El uso de aceleradores para comprender el medio ambiente y abordar la contaminación

Los metales pesados y otras sustancias químicas tóxicas pueden contaminar el aire, el agua y el suelo y, como consecuencia, la flora y la fauna. A fin de contrarrestar los efectos de estos elementos, los científicos necesitan primero comprender mejor su comportamiento. Para ello pueden utilizarse aceleradores, los cuales, mediante la emisión de haces de partículas cargadas contra determinados materiales, permiten analizar dichos materiales o modificar su superficie, composición, estructura u otras propiedades.

“Las técnicas basadas en aceleradores ofrecen capacidades únicas y proporcionan información muy valiosa sobre la contaminación de forma rápida, rentable y no destructiva —indica Román Padilla, Físico de Instrumentación Nuclear del OIEA—. Los aceleradores de partículas utilizados para entender y mejorar el medio ambiente tienen muchas formas y tamaños distintos, y, en particular, los métodos de haces iónicos basados en aceleradores pueden ayudarnos a caracterizar muestras de suelo, sedimentos, biota, agua o de partículas finas suspendidas en el aire”.

Los aceleradores electroestáticos son los que más se utilizan para caracterizar muestras de monitorización radiológica del medio ambiente. 

La evaluación de la contaminación atmosférica y del agua es vital para abordar la salud mundial. El 60 % de la población mundial y las 13 ciudades más grandes del mundo están en Asia. En las zonas más urbanizadas del continente, la contaminación atmosférica y del agua son una cuestión prioritaria. A fin de ayudar a los expertos a caracterizar las muestras de aire, el OIEA ha estado colaborando con 15 países de Asia en la recolección semanal de muestras de partículas finas y gruesas en suspensión, que afectan el aire que respiran más de 110 millones de personas. Entre 2002 y 2017, las técnicas de haces iónicos basadas en aceleradores no solo revelaron la presencia de muchos elementos en las muestras recolectadas, sino que también ayudaron a identificar posibles fuentes de contaminación atmosférica.

Además, se pueden utilizar haces de electrones, que son diferentes de los haces iónicos, para tratar las aguas residuales o los plásticos. Por ejemplo, esta técnica tiene una ventaja clara frente a las tecnologías convencionales de tratamiento del agua, tales como los tratamientos químicos y biológicos, porque, en el caso de los haces de electrones, no se necesitan desinfectantes químicos para destruir los microorganismos. En la provincia de Hubei (China), hay una instalación de tratamiento especializada que se sirve de la tecnología de haces de electrones para esterilizar las aguas residuales médicas y descomponer los antibióticos. Con capacidad para tratar 30 millones de litros de aguas residuales industriales al día, se trata de la mayor instalación del mundo de tratamiento de aguas residuales mediante irradiación y se construyó con tecnología facilitada por el OIEA. Este proceso de tratamiento permite ahorrar 4500 millones de litros de agua dulce al año, cantidad suficiente para satisfacer el consumo de 100 000 personas.

Por otro lado, también se utilizan los sincrotrones, un tipo especial de acelerador con forma de anillo, en estudios ambientales para ayudar a los expertos a analizar elementos químicos, registrar su distribución en mapas y determinar la especie química a la que pertenecen. Mediante el uso de los rayos X como sonda, estos aceleradores complejos pueden utilizarse en procesos industriales y de minería en los que los métodos tradicionales no pueden proporcionar datos suficientes para predecir los posibles efectos ambientales, la biodisponibilidad o los riesgos que presenta la contaminación. En el campo de la minería, por ejemplo, los sincrotrones ayudan a predecir el comportamiento futuro, como el movimiento de los metales y minerales o su disolución.

Desde hace más de siete años, el OIEA opera conjuntamente con el centro Elettra Sincrotrone Trieste de Italia estaciones finales de espectrometría y de la línea de haces de fluorescencia de rayos X (XRF) multipropósito y ha desarrollado hardware y métodos analíticos nuevos. Mediante ese tipo de colaboraciones, el OIEA presta apoyo y fomenta las actividades de investigación y capacitación basadas en la radiación sincrotrónica dirigidas a grupos de investigación, particularmente en países con limitada experiencia y recursos limitados para acceder a instalaciones de radiación sincrotrónica y utilizarlas. Estos experimentos han contribuido al estudio de cuestiones ambientales en varios países, entre ellas la presencia de partículas finas de aerosoles en la atmósfera y espacios interiores en Hungría y Jordania, la distribución espacial del plomo en la vegetación que crece en las cercanías de las zonas mineras de España, la distribución y el estado químico del cadmio acumulado en ostras y vieiras en Italia, la presencia de titanio en suelos agrícolas mejorados con lodo procedente de plantas de tratamiento de aguas en México y los procesos microscópicos que tienen lugar en la reducción de contaminantes en los ríos italianos contaminados a causa de la minería.