La técnica LIBS optimizada mejora el análisis de los materiales de los reactores nucleares
Un láser ultrarrápido permite medir mejor los isótopos de hidrógeno
En un nuevo estudio, los investigadores informan de un enfoque optimizado para utilizar la espectroscopia de descomposición inducida por láser (LIBS) para analizar los isótopos del hidrógeno. Sus nuevos hallazgos podrían permitir una identificación y medición más rápidas del hidrógeno y otros isótopos ligeros que son importantes en los materiales de los reactores nucleares y otras aplicaciones.
Los investigadores han desarrollado un enfoque optimizado para utilizar la espectroscopia de descomposición inducida por láser (LIBS) para analizar los isótopos del hidrógeno. Utilizaron imágenes espectrales 2D para rastrear dónde y cuándo la emisión de los isótopos de hidrógeno era más fuerte. Esta imagen muestra un ejemplo de imagen espectral 2D y los cambios en la intensidad de la emisión con diferentes distancias del objetivo.
Sivanandan S. Harilal, Pacific Northwest National Laboratory
La tecnología LIBS es prometedora para medir los isótopos del hidrógeno porque no requiere preparación de la muestra y los datos pueden adquirirse rápidamente con una configuración experimental relativamente sencilla. Sin embargo, cuantificar la concentración de hidrógeno ha sido un reto con esta técnica analítica.
En la revista Optics Express de la Sociedad Óptica (OSA), investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico demuestran que la combinación de un láser ultrarrápido -que tiene pulsos ultracortos- con determinadas condiciones ambientales ayuda a mejorar las mediciones LIBS de isótopos de hidrógeno en aleaciones de importancia industrial. Esta técnica optimizada podría permitir un análisis más rápido de los materiales que han sido irradiados en los núcleos de los reactores nucleares.
"La mejora de las imágenes químicas de los isótopos de hidrógeno, como la que realizamos en este trabajo, puede servir para controlar el comportamiento de los materiales en los reactores nucleares que nos proporcionan electricidad", afirma el jefe del equipo de investigación, Sivanandan S. Harilal. "También puede ser muy valioso para el desarrollo de materiales de próxima generación para el almacenamiento de hidrógeno que pueden permitir nuevas tecnologías energéticas y para analizar la corrosión de los materiales cuando se exponen al agua".
Medición de isótopos
En el nuevo trabajo, los investigadores se esforzaron por encontrar las mejores condiciones para medir los isótopos del hidrógeno en el Zircaloy-4. Las aleaciones de circonio se utilizan ampliamente en la tecnología nuclear, incluso como revestimiento de las barras de combustible nuclear en los reactores de agua a presión. Medir la cantidad de hidrógeno que capta el material durante el funcionamiento del reactor es importante para comprender el rendimiento del material.
Para realizar la LIBS, se utiliza un láser pulsado para generar un plasma en la muestra. El plasma producido por el láser emite luz que es característica de las diferentes especies en el penacho de plasma, como iones, átomos, electrones y nanopartículas.
El uso de la LIBS para detectar isótopos específicos requiere la medición de espectros de emisión extremadamente estrechos de los átomos. Esto es difícil en el caso de los isótopos de elementos más ligeros, como el hidrógeno, porque las temperaturas extremas -10.000 Kelvin o más- de los plasmas producidos por láser amplían las líneas espectrales.
Para el estudio, los investigadores realizaron la LIBS con diferentes condiciones de generación de plasma utilizando varios láseres para generar plasmas y probando diferentes entornos de análisis. Recogieron la luz emitida en diferentes momentos tras la generación del plasma y a diferentes distancias de la muestra utilizando imágenes espectrales resueltas espacial y temporalmente, o imágenes espectrales 2D.
"Las imágenes espectrales 2D nos permitieron rastrear dónde y cuándo era más fuerte la emisión de los isótopos de hidrógeno", dijo Harilal. "Debido a las múltiples especies presentes en una pluma de plasma y a su naturaleza transitoria, es fundamental analizar los plasmas de forma espacial y temporalmente resuelta".
Lo más rápido es lo mejor
Los resultados mostraron que los plasmas producidos por láseres ultrarrápidos eran mejores para el análisis isotópico del hidrógeno que los plasmas tradicionales producidos por láseres de nanosegundos y que la generación de los plasmas en un entorno de gas helio con una presión moderada proporcionaba las mejores condiciones de análisis.
"El hidrógeno está presente en todos los entornos, lo que hace difícil distinguir el hidrógeno que hay que medir del que está en el entorno utilizando cualquier técnica analítica", dijo Harilal. "Nuestros resultados demuestran que la LIBS ultrarrápida es capaz de diferenciar las impurezas de hidrógeno del hidrógeno soluble".
Los investigadores tienen previsto realizar estudios adicionales para optimizar aún más el uso de los láseres ultrarrápidos para el análisis isotópico del hidrógeno con LIBS.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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