Un equipo de investigadores del Instituto de Física Corpuscular (IFIC) dirige un estudio internacional para medir mejor la desintegración de los productos de fisión que se originan en las centrales nucleares. La precisión de las mediciones puede ayudar a optimizar el diseño de los nuevos reactores nucleares.
Investigadores del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y de la Universidad de Valencia dirigen un estudio internacional que mide con precisión la desintegración de productos de fisión producidos en el funcionamiento de una central nuclear. La mejora de estas mediciones contribuiría a optimizar el diseño de nuevos reactores.
Combinando distintas técnicas por primera vez, este estudio ha mejorado las mediciones de la desintegración de productos de fisión que se producen durante el funcionamiento de las centrales nucleares. La mejora de estas mediciones, que en algunos casos corrige hasta un factor cinco los datos utilizados actualmente como referencia, serviría para diseñar nuevos reactores nucleares u optimizar los tiempos de apagado de los actuales. El estudio ha sido publicado recientemente en Physical Review Letters.
Aproximadamente entre un 8 y un 10 % del total de la energía generada por un reactor nuclear procede de la energía liberada en la desintegración de elementos producidos durante la fisión del ‘combustible’ nuclear. Aunque la base de este combustible nuclear es el isótopo 235 del uranio (235U), “cuando comienza la fisión nuclear se producen alrededor de mil núcleos de otros elementos no estables, los llamados productos de fisión”, explica José Luis Taín, investigador del CSIC en el IFIC y uno de los autores del estudio.
Estos elementos “permanecen activos cuando se para el proceso de fisión del reactor”, continúa el investigador, hecho que ocurre cuando se produce una parada técnica para cambiar el combustible, por ejemplo. Así, estos elementos continúan produciendo energía en forma de calor aunque la actividad del reactor esté detenida. De hecho, “la radioactividad procedente de la desintegración beta de los productos de fisión es la principal fuente de calor cuando se para la fisión nuclear en el reactor”, asegura Alejandro Algora, científico del CSIC en el IFIC y otro de los autores del artículo.
Las medidas de la desintegración natural en los elementos resultantes de la fisión del combustible nuclear son esenciales para diseñar los reactores nucleares y planificar sus paradas. Sin embargo, “diversos estudios científicos previos han puesto de manifiesto un desacuerdo entre los cálculos teóricos utilizados y resultados experimentales”, manifiesta Taín. Según el investigador, estos cálculos se realizan basándose en datos generalmente obtenidos mediante detectores de germanio, uno de los detectores de radiación típicos que, sin embargo “es poco eficiente para medir la radiación emitida”, aclara Algora.
Nuevas técnicas
Por este motivo, este grupo de investigación del IFIC comenzó a desarrollar en el 1996 nuevas técnicas que permitiesen estudiar con mayor precisión la desintegración del núcleo. Estos estudios se basan en el uso de espectrómetros de absorción total (TAS, por sus siglas en inglés), un tipo de detector que, a diferencia del de germanio, “está diseñado para medir cascadas completas de rayos gamma (uno de los productos de la desintegración)”, argumenta el investigador del IFIC.
En una metodología nunca antes empleada, los investigadores del IFIC utilizaron este detector junto a una “trampa de iones” desarrollada en la Universidad de Jyväskylä (Finlandia), que permite producir los isótopos de interés de forma muy “pura”, para estudiar con gran precisión el proceso de desintegración. Como parte de este estudio, siete isótopos presentes en el combustible nuclear (niobio, molibdeno y varios isótopos del tecnecio), fueron seleccionados debido a su importancia para explicar el calor residual de los reactores que queda cuando se para la fisión.
“Los resultados nos muestran que algunas de las energías de desintegración establecidas anteriormente difieren en factores de cuatro o cinco veces respecto a nuestras mediciones”, asegura José Luis Taín. Así, los datos recopilados pueden ser útiles para optimizar los tiempos de parada de los reactores nucleares actuales, además de servir para mejorar los diseños de nuevas centrales nucleares. Este proyecto cuenta con la financiación del Programa Nacional de Física de Partículas, del Ministerio de Ciencia e Innovación. Además, los investigadores forman parte del Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN), un proyecto Consolider formado por 26 grupos de universidades y centros de investigación españoles y más de 400 científicos.
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