Haces de iones

Las aplicaciones de los aceleradores de haces de iones se pueden dividir en dos amplias esferas: métodos analíticos para determinar la composición elemental e isotópica y el estado estructural de los materiales, y la modificación de materiales.

Algunas técnicas analíticas de haces de iones se basan en estimular la radiación que debe emitir la muestra, por ejemplo los métodos PIXE (emisión de rayos X inducida por partículas) y NRA (análisis por reacciones nucleares), que son sensibles a la composición química o isotópica de los materiales. Otras técnicas usan la dispersión y el retroceso de los iones de la muestra para caracterizar la constitución química y estructural de los materiales o para obtener perfiles de concentración elemental en profundidad.

Los métodos analíticos pueden utilizarse para:

• determinar el origen de contaminantes como aerosoles de partículas finas en el aire o partículas de sedimentos transportadas por el agua;
• caracterizar los contaminantes presentes en los alimentos;
• obtener imágenes de células biológicas individuales; y
• determinar la distribución de los oligoelementos en los tejidos y los mecanismos de las enfermedades.

Los métodos que emplean haces de iones también se pueden utilizar para analizar de manera no destructiva bienes del patrimonio cultural. Permiten examinar la composición de tintas, pinturas y esmaltes en cerámicas y vidrios a fin de determinar el origen de las obras de arte o de los bienes arqueológicos. Este método también puede revelar si un objeto es auténtico o falso, si en el pasado ha sido alterado, qué mecanismos de corrosión y deterioro han intervenido, y cómo pueden preservarse los bienes afectados.

En la esfera de la modificación de materiales, los haces de iones pueden aplicarse en:

• la nanotecnología, por ejemplo en la creación de estructuras nanofabricadas;
• semiconductores y dispositivos electrónicos, por ejemplo mediante la implantación iónica; y
• la modificación del ADN, por ejemplo el fitomejoramiento por mutagénesis.

Estos métodos también son útiles para llevar a cabo estudios básicos sobre las interacciones entre la radiación y los materiales. Muchos conceptos de reactores avanzados podrían generar grandes flujos de neutrones con energías muy superiores a las que se obtienen de la actual generación de reactores. Estos flujos de neutrones rápidos causan muchos más daños a los materiales presentes en el reactor, como las vainas que rodean el combustible nuclear. Los gases producidos por las reacciones nucleares pueden agravar la dilatación de la vaina. Los haces de iones energéticos se pueden usar para acelerar la velocidad a la que se dañan esos materiales hasta unos niveles que superen considerablemente los alcanzables en un reactor de ensayo. Además, al aplicar simultáneamente dos haces de iones más, pueden producirse dentro del material gases de hidrógeno y helio. Por lo tanto, todos los grandes procesos de daños que se dan dentro de un reactor pueden simularse con haces de iones, lo que permite analizar rápidamente posibles materiales que se estén considerando.

En el Portal de Conocimientos sobre Aceleradores del OIEA puede encontrarse una lista de aceleradores de haces de iones de todo el mundo.