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Miden por primera vez la desintegración de uno de los principales productos de la fisión nuclear

1/06/2019 - 

VALÈNCIA. Investigadores del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-Universitat de València) han medido por primera vez la desintegración de uno de los principales productos de la fisión nuclear, al estudiar la desintegración beta de isótopos del niobio, uno de los elementos "más desconocidos" en el funcionamiento de un reactor nuclear.

La fisión nuclear, reacción que divide el núcleo atómico y se aprovecha en las centrales nucleares para producir energía, produce también otros elementos radiactivos. Para buscar la estabilidad, estos elementos realizan la llamada desintegración beta, un proceso "fundamental" para entender lo que ocurre en el interior de un reactor nuclear, aún cuando está apagado, ha explicado la institución académica en un comunicado.

Los investigadores de la UV han publicado en Physical Review Letters el primer estudio completo sobre la desintegración beta de dos isótopos del niobio, "un elemento importante para conocer el funcionamiento de un reactor nuclear y uno de los más difíciles de medir". Para ello, han utilizado un detector y un método de análisis ideados en València.

El estudio forma parte de la tesis doctoral de Víctor Guadilla, dirigida por los investigadores del IFIC Alejandro Algora y José Luis Taín, del Grupo de Espectroscopía Gamma y de Neutrones. Los científicos utilizaron el detector DTAS, un instrumento diseñado por este grupo de investigación, que está formado por 18 cristales de yoduro de sodio que funciona como un calorímetro, registrando el espectro gamma emitido durante la desintegración beta.

Una de las principales dificultades del estudio fue conseguir un haz de partículas de los isótopos de interés del niobio, un metal refractario "extremadamente resistente". Los investigadores valencianos utilizaron la instalación IGISOL IV, en el laboratorio finlandés de Jyväskylä, equipada con varias 'trampas' de iones que les permitieron crear "un haz de niobio 'puro'".

Mediante la técnica conocida como Espectroscopía Gamma de Absorción Total (TAGS, por sus siglas en inglés), los científicos del IFIC obtuvieron por primera vez el espectro de desintegración beta de varios isótopos del niobio (100Nb y 102Nb), "uno de los elementos más importantes en las desintegraciones beta asociadas al proceso de fisión nuclear". Además, ha puntualizado que es "uno de los núcleos más desconocidos precisamente por las dificultades para su estudio".

El papel de la desintegración Beta del Niobio

Alejandro Algora, uno de los autores del estudio, ha detallado que por cada proceso de fisión se producen seis desintegraciones beta y ha añadido que conocer el espectro de la desintegración beta del niobio "es importante para conocer mejor su papel en procesos como el calor residual generado por las desintegraciones beta, que afecta a los materiales del reactor nuclear una vez 'apagado', y la producción de antineutrinos en las centrales nucleares".

Así, ha puntualizado que en este último aspecto tiene "una importante repercusión" en el estudio del neutrino, "una de las partículas elementales más abundantes del universo que apenas interactúa con el resto de la materia".

En este contexto, ha explicado que en cada desintegración beta se produce un antineutrino, su réplica de antimateria, por lo que los reactores nucleares son una fuente abundante de estas partículas. De esta forma, una de las principales formas de estudiarlas es colocar detectores cerca de centrales nucleares.

Conocer "con precisión" la cantidad de antineutrinos

"En este tipo de estudios es fundamental conocer con precisión la cantidad de antineutrinos que esperas detectar", ha subrayado Algora, que ha precisado que esa cantidad se puede obtener de dos formas: extrapolando medidas del espectro beta total emitido por los combustibles más relevantes (uranio, plutonio...) después de la fisión; o mediante la suma de los espectros de la desintegración beta de cada producto de fisión.

Al obtener el espectro de la desintegración beta del niobio por primera vez, los investigadores del IFIC aportan "valiosa información" para mejorar el conocimiento de la producción de antineutrinos por este último método, ha señalado.

"Con nuestros datos se consigue reducir de manera notable la discrepancia entre los cálculos del espectro de antineutrinos elaborado por el método de suma y el flujo de neutrinos esperado que observan varios experimentos", ha asegurado Algora.

En este sentido, ha apuntado a los resultados reportados obtenidos por detectores situados cerca de centrales nucleares en Francia (Double Chooz), China (Daya Bay) y Corea del Sur (RENO), que capturaron menos antineutrinos de los esperados. Algunos, ha señalado, explican este déficit mediante la existencia de un nuevo tipo de neutrino aún no descubierto, que no interaccionan con la materia, el neutrino 'estéril', pero los nuevos resultados del grupo de València "debilitan esta hipótesis".

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