Fuentes de espalación

Los neutrones son fundamentales para el sondeo de materiales por varias características intrínsecas:

• Los neutrones son partículas neutras que se dispersan desde los núcleos de los átomos. Esto hace que los neutrones tengan una mayor capacidad de penetración que los haces de iones o los rayos X. Una de las aplicaciones de esta penetración es la cartografía 3D de las tensiones que se encuentran en lo más profundo de grandes objetos de ingeniería, como los bloques de los motores.
• Los neutrones también tienen espín nuclear, lo que los hace muy sensibles a la ubicación y la orientación de los momentos magnéticos en los materiales y los convierte en la sonda preferida en muchos estudios sobre magnetismo.
• La masa del neutrón le permite transmitir impulso y energía a una muestra, de modo que es muy útil para estudiar las vibraciones fundamentales en el interior de los materiales, lo que proporciona información sobre los puntos fuertes de los enlaces químicos y de las interacciones magnéticas.

Los neutrones pueden crearse por las reacciones nucleares que se dan en reactores y aceleradores. Una fuente de espalación se compone de un acelerador de alta potencia que lanza protones de más de 0,5 GeV (gigaelectronvoltio) de energía contra un blanco de metal pesado, como el mercurio o el tungsteno. Estos metales, que son la fuente de neutrones más luminosa del mundo con fines de investigación, “espalan” neutrones libres en respuesta al impacto. Dado que los aceleradores pueden pulsarse cuando es necesario, las fuentes de espalación normalmente son fuentes de neutrones pulsadas, a diferencia de la mayoría de reactores, que generan neutrones de forma continua.

Cuando procede, el OIEA presta apoyo a los países en el desarrollo de fuentes de neutrones (reactores de investigación o aceleradores) y desempeña una función de coordinación en el desarrollo de tecnología. Un ejemplo de ello es un proyecto sobre el diseño avanzado de un moderador frío. En el caso de muchos estudios de materiales, los neutrones rápidos producidos en la espalación o la reacción de fisión iniciales transportan demasiada energía, de modo que es preciso reducirla antes de dirigirla contra una muestra. Los moderadores que se suelen emplear son agua líquida (una fuente térmica) o un líquido o un sólido refrigerados que sean ricos en hidrógeno (una fuente fría). El OIEA está llevando a cabo un proyecto coordinado de investigación sobre diseños avanzados de moderadores fríos tanto para reactores como para fuentes de espalación con el objetivo de mejorar su diseño y rendimiento a nivel mundial.

Una próxima aplicación de las fuentes de espalación la encontramos en los futuros reactores híbridos, que emplearán neutrones sin moderar fruto de la espalación para quemar desechos nucleares o producir combustible nuclear. Se están desarrollando diversos proyectos a nivel mundial en este ámbito.

En el Portal de Conocimientos sobre Aceleradores del OIEA figura una lista de fuentes de espalación de todo el mundo.