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Rayos de neutrones para captar casi todo

El laboratorio europeo ILL utiliza un reactor nuclear para adentrarse en la materia sin destruirla

Experimento en uno de los instrumentos de la fuente de neutrones en el Instituto Laue-Langevin (ILL) en Grenoble.
Experimento en uno de los instrumentos de la fuente de neutrones en el Instituto Laue-Langevin (ILL) en Grenoble.

Un jabón magnético, las fibras de celulosa, el almacenamiento de hidrógeno, la soldadura en aeronáutica y los efectos cuánticos en el agua son algunos de los temas que se investigan con rayos de neutrones, esas partículas que, por su carga neutra, pueden adentrarse en la materia sin destruirla y revelar sus secretos. Los neutrones son parte del átomo, pero no se confirmó su existencia hasta 1932, cuando el físico inglés James Chadwick lo logró, bastante después de que se identificaran el protón y el electrón, los otros componentes atómicos.

Se cumplen ahora 80 años de la histórica publicación de Chadwick, un aniversario que coincide con los 40 años de existencia del mayor centro europeo dedicado a aplicaciones del bombardeo con neutrones, para estudiar problemas difíciles o imposibles de resolver con otro tipo de partículas, incluida la luz. Es el Instituto Laue-Langevin, más conocido como ILL, un organismo internacional que en Grenoble (Francia) alberga la fuente de neutrones más intensa del mundo. En sus 40 avanzados instrumentos se han dilucidado recientemente la microestructura del primer jabón magnético, muy deseado para poder retirar el detergente del agua después de tratar vertidos marinos; la nanoestructura de las microfibras de celulosa, importante para la fabricación de biocombustible; nuevas estructuras ligeras para almacenar hidrógeno en pilas de combustible; procesos de soldadura y de tensiones residuales en materiales de aluminio, para aplicaciones en aeronáutica; y los efectos cuánticos del agua, que permitirán conocer mejor esta misteriosa y básica sustancia.

España es el cuarto país, por número de científicos, que usa la instalación

Se puede decir que una fuente de neutrones y un sincrotrón (que utiliza la luz para investigar la materia) son “primos”, ambos son centros de servicio a los científicos, aunque con especialidades distintas

Según el físico español José Luis Martínez Peña, director adjunto del ILL desde 2007, “este tipo de grandes instalaciones pluridisciplinares son de gran utilidad en tiempos de crisis, ya que permiten a grupos de investigación de universidades y centros pequeños el acceso a técnicas punteras, lo cual posteriormente da lugar a publicaciones de alto impacto. Todo esto sin necesidad de repetir en cada país socio las mismas instalaciones, lo que, por otro lado, sería imposible”.

El trabajo de Chadwick (que luego participó en el Proyecto Manhattan) abrió la puerta a la fisión del átomo: el aprovechamiento de la energía nuclear tanto en la bomba atómica como en sus aplicaciones pacíficas. Una fuente de neutrones es en realidad un reactor nuclear que, además, fisiona uranio muy enriquecido, de calidad militar, con las medidas de seguridad y la polémica que ello implica.

El ILL produce neutrones a partir de una única barra de combustible de 9,5 kilogramos que le dura 50 días, y funciona 200 días al año, atendiendo centenares de propuestas de experimentos de científicos de toda Europa. El resultado son más de 600 artículos científicos al año. Curiosamente, ahora el uranio enriquecido lo compra el ILL a EE UU, por el Tratado de No Proliferación, y está en marcha un proyecto conjunto de I+D para rebajar mucho el enriquecimiento necesario.

Además de los aniversarios citados se cumplen 25 años de la pertenencia de España al ILL. Martínez recuerda que la española es la cuarta comunidad en el ILL por número de usuarios, tras Alemania, Francia y Reino Unido, y que por publicaciones científicas está muy cerca de Italia y Suiza. “Creo que la progresión es excelente desde finales de los ochenta, donde solo había cuatro o cinco científicos que usaban estas técnicas, hasta la cifra actual de 500 personas en todas las disciplinas”, dice Martínez Peña. Y centros tecnológicos españoles, como Tekniker, aportan de forma regular instrumentos al ILL.

El ILL es una fundación de la que son propietarios tres países: Alemania, Francia y Reino Unido, que cubren el 75% del presupuesto. Luego hay 11 países colaboradores científicos, entre ellos España, que contribuyen con el 25% restante y próximamente se van a producir nuevas incorporaciones. La crisis económica está afectando al ILL, con un recorte real superior al 10% hasta 2015, pero se espera que en poco tiempo se compense con programas específicos de mejora de los instrumentos y seguridad. Es una instalación única en Europa, lo que la hace especialmente valiosa.

Un proyecto a su aire en Bilbao

España presentó su candidatura para albergar la nueva fuente de neutrones europea ESS, un gran proyecto mediante el que Europa quiere mantener su liderazgo en estas técnicas. Bilbao competía con las ciudades de Debrecen (Hungría) y Lund (Suecia). Hace tres años se decidió que la sede sería Lund y el proyecto está en marcha, aunque el acuerdo para obtener los fondos necesarios no está todavía firmado.

Cuando se tomó la decisión sobre la sede, la entonces ministra Cristina Garmendia y el secretario general de Innovación Juan Tomás Hernani se apresuraron a firmar un acuerdo de colaboración con el Gobierno sueco de apoyo al ESS, con la promesa de participación de hasta un 10%. A cambio, España se comprometió a crear y financiar en Bilbao un centro de I+D en aceleradores y neutrónica cuya inversión sería considerada, siempre que se hiciera en colaboración con el ESS y pasara la auditoría correspondiente, como parte de la aportación española al proyecto principal, la verdadera fuente de neutrones.

Sin embargo, el consorcio público ESS Bilbao, que es como se llama y que tiene un presupuesto aprobado teórico de 180 millones de euros, se está desarrollando al margen del ESS principal, según José Luis Martínez Peña, director adjunto de la fuente de neutrones europea ya existente, el Instituto Laue-Langevin (ILL) en Grenoble. “Debería cambiar de nombre, porque no tiene nada que ver con el ESS y esta inversión no va a ser considerada como aportación española”, señala este experto. Como se espera que la ronda de negociaciones para la financiación del ESS empiece a finales de este año, España deberá aclarar y fijar su posición muy pronto, sobre todo si quiere que su posible aportación en especie se base en tecnología avanzada. El ESS será una fuente de nueva tecnología, llamada de espalación, que produzca neutrones en pulsos, mientras que el ILL los produce de forma continua.