Una visión más profunda gracias a los neutrones de una fuente láser
El deseo de hacer visible lo oculto ha sido siempre un motor de la investigación
Un equipo dirigido por la Universidad Técnica de Darmstadt ha conseguido por primera vez que los neutrones generados por láser puedan utilizarse para una aplicación industrial. Los investigadores han demostrado que los neutrones generados de forma compacta con láser pueden utilizarse en pruebas de materiales no destructivas. Como partículas eléctricamente neutras, los neutrones penetran en la materia con relativa facilidad. Esto abre un amplio abanico de posibles aplicaciones, como la comprobación de contenedores de residuos radiactivos. Los resultados se han publicado en la revista "Nature Communications".
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El deseo de hacer visible lo oculto ha sido siempre un motor de la investigación. Los usuarios de la ciencia y la industria pueden acceder a una amplia gama de opciones. Por ejemplo, los rayos X pueden utilizarse para ver el interior de los objetos. Sin embargo, los elementos ligeros, como el hidrógeno o las sustancias orgánicas, son difíciles de detectar y distinguir de este modo, sobre todo si se encuentran detrás de elementos más pesados y apantallados. Esto puede solucionarse con el uso de neutrones, que son especialmente sensibles a estos materiales y pueden penetrar fácilmente los blindajes, como el plomo.
Además, existe la capacidad única de distinguir diferentes isótopos con la ayuda de los neutrones, lo que permite determinar claramente la distribución espacial de los isótopos dentro de un objeto. Esto significa que si se "bombardea" una muestra con neutrones, se puede deducir su contenido a partir de la distribución de isótopos.
Esto es especialmente relevante en el contexto del desmantelamiento de instalaciones nucleares, donde se han producido grandes cantidades de contenedores con residuos radiactivos que se han almacenado en instalaciones de almacenamiento provisional durante el último siglo. Sin embargo, antes de que puedan seguir siendo transportados a su lugar de almacenamiento definitivo, su contenido debe ser claramente identificado. Esto ha resultado difícil con la tecnología clásica de rayos X, ya que estos contenedores suelen estar diseñados para ser lo más impenetrables posible para este tipo de radiación.
Entonces, ¿cómo se pueden examinar los objetos con neutrones? Los haces de neutrones necesarios para ello suelen generarse en grandes instalaciones de aceleración de partículas, cuya construcción y funcionamiento son extremadamente costosos. La cuestión se complica aún más por el hecho de que los objetos a examinar no pueden ser transportados a las pocas grandes instalaciones existentes. Por tanto, esta tecnología no es accesible para una gran parte de la industria.
Los investigadores del Instituto de Física Nuclear de la Universidad Técnica de Darmstadt, dirigidos por el Dr. Marc Zimmer y el profesor Markus Roth, han conseguido recientemente sustituir los aceleradores convencionales por un láser de alta intensidad para producir neutrones. De este modo, la distancia necesaria para acelerar y medir las muestras se ha reducido de los cientos de metros habituales a menos de dos metros. Esto ha sido posible, en primer lugar, gracias al uso de láseres de pulso ultracorto basados en el método de "amplificación de pulso chirpado", por el que se concedió el Premio Nobel en 2018. En segundo lugar, las condiciones de las investigaciones en el Centro Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados del GSI en Darmstadt se optimizaron hasta el punto de que se pudieron demostrar varias aplicaciones de relevancia industrial al mismo tiempo.
El experimento demostró que una fuente de neutrones compacta impulsada por láser puede utilizarse para identificar de forma no destructiva diferentes isótopos en piezas de trabajo e incluso hacerlos espacialmente "visibles". Además, se detectó una impureza desconocida hasta entonces en una de las piezas. Además de su uso para residuos radiactivos, la fuente de neutrones también puede utilizarse para otras aplicaciones, como el examen no destructivo de hallazgos arqueológicos o la visualización del flujo de combustible dentro de un motor durante su funcionamiento.
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.
Publicación original
Marc Zimmer, Stefan Scheuren, Annika Kleinschmidt, Nikodem Mitura, Alexandra Tebartz, Gabriel Schaumann, Torsten Abel, Tina Ebert, Markus Hesse, Şêro Zähter, Sven C. Vogel, Oliver Merle, Rolf-Jürgen Ahlers, Serge Duarte Pinto, Maximilian Peschke, Thorsten Kröll, Vincent Bagnoud, Christian Rödel & Markus Roth: „Demonstration of non-destructive and isotope-sensitive material analysis using a short-pulsed laser-driven epi-thermal neutron source“, Nature Communications 13, 1173 (2022)
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