Lo que hay que saber sobre los haces de iones

Ya sea para determinar el origen de contaminantes, caracterizar contaminantes presentes en los alimentos, obtener imágenes de células biológicas individuales o determinar la antigüedad de objetos históricos, los científicos utilizan los haces de iones para darnos respuestas. Pero, ¿qué son y cómo se utilizan?

Como su nombre indica, los haces de iones son corrientes de átomos cargados eléctricamente. Los iones de un haz se producen mediante unos instrumentos especiales llamados fuentes de iones. Estos adquieren velocidad al entrar en un campo eléctrico, que se genera en un acelerador de partículas, y campos magnéticos los dirigen y centran para que tracen trayectorias paralelas en un vacío dentro de un tubo metálico. En función del tipo de acelerador, es posible acelerar los haces de iones a una velocidad cercana a la de la luz.

En el caso de los aceleradores electroestáticos tándem (véase el gráfico), los haces de iones son bombardeados en una muestra de material o un objeto.  La interacción con el material puede hacer que los iones del haz cambien de dirección, o la colisión puede provocar que se liberen partículas o radiación, principalmente en forma de rayos X o rayos gamma, radiación que es posible detectar y analizar.

Las propiedades de la energía y de la radiación emitida revelan detalles sobre la composición de la muestra bombardeada, por ejemplo, si es cristalina o no, su dureza y propiedades físicas que son de interés para las tecnologías emergentes. Asimismo, los materiales de muestra u objetos bombardeados pueden variar en cuanto a forma y fase de la materia, y pueden ser láminas; pequeñas pastillas de suelo; células humanas, animales o vegetales; semillas; rocas; líquidos o incluso bienes históricos o estatuas. Dependiendo de la forma y composición del material, el bombardeo puede producirse en un vacío o en aire.

Gracias a sus capacidades únicas de análisis y modificación, los haces de iones acelerados se usan en muchas aplicaciones.  En el fitomejoramiento por inducción de mutaciones, se utilizan para irradiar material vegetal o plántulas con el fin de acelerar su proceso de evolución natural induciendo mutaciones, a efectos de conseguir que los cultivos tengan mayor rendimiento o sean resistentes a enfermedades y sequías.

Los protones y otros iones se utilizan mucho para producir los radioisótopos necesarios para crear radiofármacos destinados al diagnóstico y el tratamiento del cáncer. En la terapia oncológica se utilizan haces de protones y de iones de carbono para bombardear tumores cancerosos, especialmente cuando no es posible administrar otra terapia. Estos haces suministran energía a un tumor para calentarlo y desintegrarlo.

Con el aumento de la demanda de materiales más fuertes y mejores, también se utilizan diversos haces de iones para modificar las propiedades de los materiales y, así, reforzar su resistencia. Un ejemplo de ello son los vehículos espaciales o los reactores de fusión, que precisan materiales que les permitan operar en entornos con altos niveles de radiación.

Haces de electrones

De manera similar a los haces de iones, los haces de electrones son una corriente de electrones generada por fuentes de electrones en diversos tipos de aceleradores. Se utilizan para producir rayos X, que se aplican en los tratamientos médicos para irradiar y destruir células cancerosas. Los haces de electrones o los rayos X también se emplean para irradiar alimentos y destruir bacterias peligrosas sin degradar su valor nutricional, su calidad ni su sabor.

Proyecto futuro de una instalación de haz de iones del OIEA

Los países de todo el mundo pueden sacar provecho de los haces de iones y electrones, y el OIEA planea crear su propia instalación de haz de iones (IBF) tándem de última generación en Seibersdorf (Austria). Con este acelerador, el OIEA prestará apoyo a las actividades de investigación y ayudará a formar y capacitar a científicos de todo el mundo sobre las diversas aplicaciones de los haces de iones, entre ellas, la producción de partículas secundarias como los neutrones.

“Los haces de partículas son sondas excepcionales que pueden utilizarse no solo para comprender mejor el universo, sino también para analizar y aprovechar los procesos físicos capaces de mejorar la vida y sostener el crecimiento económico —señala Danas Ridikas, Jefe de la Sección de Física del OIEA—. Los aceleradores de partículas son inversiones rentables que contribuyen a lograr un desarrollo sostenible.” Con el nuevo acelerador de haces de iones tándem, el OIEA podrá prestar más ayuda a los países para que refuercen sus capacidades en tecnologías de aceleradores y sus aplicaciones”.

Para que el proyecto de la IBF pueda albergar el acelerador tándem, la infraestructura necesaria y la instrumentación conexa, al igual que los recursos para su funcionamiento, el OIEA busca recaudar aproximadamente 4,6 millones de euros.