¿Son útiles los aceleradores de partículas?

¿Son útiles los aceleradores de partículas?
Qué puede depararnos el futuro

Los aceleradores de partículas son herramientas indispensables en la industria, medicina e investigación. En el futuro, podrían ser incluso más importantes, ya que los avances tecnológicos podrían abrir un nuevo abanico de posibilidades.

En medicina, la utilización de haces de partículas está en constante crecimiento, tanto en terapias contra el cáncer como en la fabricación de radio-fármacos. Más aún, los aceleradores podrían facilitarnos escalpelos láser de haces para cirugía de precisión. El láser ya es utilizado en cirugía para operaciones de eliminación de tejidos dañados que exigen alta precisión. La consecución de aceleradores que empleen láser de electrones libres (FELs), capaces de alcanzar precisiones de una fracción de milímetro, podrán aportar soluciones que prácticamente no dañarán los tejidos vecinos.

En materia de protección medioambiental, los aceleradores jugarán también un papel importante. Gracias a ellos podremos dividir los residuos nucleares de larga duración y transformarlos en material inocuo. La técnica, desarrollada en el laboratorio norteamericano de Los Álamos, fue bautizada como Acelerador de Transmutación de Residuos (en inglés ATW). Cuando los haces de alta intensidad bombardean un objetivo, producen neutrones, los cuales se combinan luego con los residuos radiactivos haciendo que estos se dividan en elementos estables.

Los aceleradores para el tratamiento de residuos nucleares requerirán grandes instalaciones, pero aceleradores más pequeños pueden ayudar también en el control medioambiental. Mezclando los residuos tóxicos gaseosos que generan las factorías y las estaciones generadoras de energía con amonio, e irradiando la mezcla con haces de electrones, los gases venenosos (como los óxidos de nitrógeno y el dióxido de azufre) pueden transformarse en productos útiles, por ejemplo fertilizantes. Técnicas parecidas pueden emplearse para esterilizar las aguas residuales, de modo que también podamos utilizarlas como fertilizante.

Quizás el desarrollo reciente más significativo en cuanto a las aplicaciones de los aceleradores sea el de la generación de energía, donde en la actualidad se persigue activamente este fin desde tres enfoques distintos.

Uno utiliza los haces de partículas para comprimir núcleos atómicos tan apretadamente que llegan a fusionarse a la vez, emitiendo energía. Otro método emplea un acelerador para producir muones, los cuales son inyectados en un tanque que contiene el combustible a fusionar. Algunos de estos muones ocupan el lugar de los electrones en las órbitas atómicas, y como son 200 veces más pesados que estos, obligan a los núcleos a fusionarse. Hasta el momento, ambas técnicas consumen más energía de la que producen, pero cada vez se está más cerca de alcanzar el equilibrio.

La idea más reciente, llamada Amplificador de Energía, fue inventada por el premio Nóbel Carlo Rubbia, que trabaja en el CERN. El Amplificador de Energía bombardeará su objetivo (consistente en combustible nuclear) con un haz de protones de alta intensidad, provocando fisión nuclear y la liberación de energía.

Este método brinda dos grandes ventajas. La primera, al contrario que en las centrales nucleares convencionales, es imposible que se de una reacción en cadena, ya que sin el acelerador la reacción se detiene. Segunda, ya que la técnica es similar a la ATW, los residuos generados por las centrales nucleares de hoy en día, podrían mezclarse con el combustible nuclear, para ir dividiéndolos en sustancias inocuas.

Amplificador de Energía

Una de las utilidades potenciales más prometedoras del empleo de aceleradores de partículas es la de producir energía limpia, segura y casi inagotable. El plan es combinar un acelerador de partículas con un reactor nuclear, y fue ideado por Carlo Rubbia, anterior director general del CERN.

La idea básica es sencilla, y difiere de las centrales nucleares estándar en dos puntos.

El primero, el combustible del reactor sería torio en lugar de uranio. El torio es fácil de extraer y es tres veces más abundante que el uranio (prácticamente la mitad de abundante que el plomo). Segundo, se emplearía un acelerador de partículas para producir los neutrones que provocasen la fisión nuclear. Esto aporta múltiples ventajas. La principal es que la reacción no es auto-sostenida, de modo que es imposible una pérdida de control, tal y como ocurrió en Chernobyl. Al contrario que los reactores convencionales de fisión, la máquina de Rubbia necesita energía para seguir trabajando. Pero la cantidad de energía producida sería varios órdenes superior a la suministrada (de ahí el nombre “Amplificador de Energía”).

La diferencia crucial entre el Amplificador de Energía y un reactor nuclear radica en la media de electrones producidos tras la ruptura de un núcleo. Los reactores nucleares convencionales usan un isótopo raro, el uranio-235, mezclado con un isótopo más común, el uranio-238. El primero de ellos se da en la naturaleza en un porcentaje del 1% sobre el total de uranio hallado, y es costoso de extraer. Cuando un átomo de uranio-235 absorbe un neutrón, se fisiona en elementos más ligeros, liberando energía y dos o tres neutrones. El uranio-238 se ve así mismo transformado en plutonio, lo cual ocasiona un serio problema de seguridad ya que este elemento es un residuo muy peligroso. Los neutrones liberados siguen provocando más fisiones, liberando más energía y más electrones; una reacción en cadena. Debido a que el número total de neutrones crece con cada fisión, es necesario “fregar” el reactor usando unas barras de control de grafito para moderar o detener la reacción.

En el Amplificador de Energía, los átomos de torio absorben neutrones y se dividen liberando energía. También se producen neutrones, pero no los suficientes como para mantener activa la reacción. Si el suministro externo de neutrones se agota, la reacción simplemente se para.

En 1993, Rubbia inició su colaboración en un proyecto encaminado a desarrollar su idea y comprobar su viabilidad. Al año siguiente, financiada con fondos de la Unión Europea, la investigación demostró que uno de sus cálculos fundamentales era correcto: la energía producida por fisión es aproximadamente 30 veces superior a la suministrada por el acelerador.

En 1995, la investigación sobre el Amplificador de Energía se extendió al concepto de la incineración de residuos nucleares de larga duración. La idea es mezclar residuos de plutonio con el torio que sirve de combustible, de modo que mientras se efectúa la fisión, el residuo se divida en elementos inocuos. Los fundamentos de este trabajo, ideados originalmente en el laboratorio norteamericano de Los Álamos, fueron puestos a prueba en 1996 en el CERN, de nuevo con el apoyo económico de la Unión Europea. Los resultados fueron muy estimulantes y demostraron que no solo se podían fisionar los residuos, sino que además, varios de los subproductos originados en el proceso eran isótopos que tenían aplicaciones en medicina.


Nota del traductor: El Amplificador de Energía, es conocido también como Rubbiatron en honor a su ideólogo, Carlo Rubbia.

Fuente información original: CERN

Traducido por Miguel Artime para

http://public.web.cern.ch/Public/Welcome.html

Temas
Astroseti © 2017 - Todos los derechos reservados.Desarrollado por Tecnux