Un grupo de físicos, químicos y metrólogos acaba de desarrollar un aerogel centelleante que permite realizar mediciones en tiempo real con excelente sensibilidad de determinados gases radiactivos, esenciales para controlar el buen funcionamiento de las centrales nucleares.
Este método ofrece una alternativa más rápida y económica que los métodos actuales, que suelen ser complejos y costosos. Este trabajo fue publicado en la revista Fotónica de la naturaleza el 2 de septiembre de 2024.
El tritio (3H), el criptón-85 (85Kr) y carbono-14 (14C) se encuentran entre los gases radiactivos más liberados por elindustria nuclear durante la producción deelectricidad o reciclaje residuos radiactivos [1].
Si estos radionucleidos [2] no constituyen un riesgo importante, su medición precisa es un indicador esencial para controlar el buen funcionamiento de las centrales nucleares y prevenir accidentes. Sin embargo, estos radionucleidos se encuentran entre aquellos cuya desintegración radiactiva no va acompañada de la emisión de rayos gamma, son emisores beta puros y requieren procesos específicos de detección y medición.
Actualmente, las tecnologías utilizadas se basan en principios de mezcla gas-líquido y gas-gas, pero son costosas y complejas, no permiten distinguir rápidamente los radionucleidos, generan residuos y son muy ineficaces para algunos de los gases radiactivos analizados.
El trabajo realizado por científicos del Instituto de la Materia Ligera (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1), el Laboratorio de Química de la ENS de Lyon (CNRS/ENS de Lyon/Université Claude Bernard Lyon 1) y el Laboratorio Nacional Henri Becquerel (CEA ) han permitido desarrollar una tecnología Detección en tiempo real confiable y de bajo costo, basada en una mezcla gas-sólido.
Se basa en la síntesis de un aerogel de aproximadamente un centímetro de espesor y unos pocos centímetros de diámetro, a partir de nanopartículas de materiales Partículas centelleantes cuyo tamaño es del orden de 5 nanómetros. Este composite tiene una estructura ultraporosa, similar a una esponja, compuesta solo por un 15% de sólidos y a la vez transparente.
Esta arquitectura única permite que los gases se difundan con gran facilidad. Cuando el gas entra en la cubeta de centelleo y entra en contacto con el aerogel, el aerogel convierte la energía producida por la emisión de electrones durante la desintegración de los radionucleidos en luz visible. Este destello de luz es inmediatamente capturado por un sistema de detección ultrasensible, capaz de medir cada fotón casi al instante.
El análisis detallado de estas emisiones luminosas ha permitido desarrollar un método innovador para distinguir y medir en línea emisiones beta puras de diferentes energías, como por ejemplo las de tritio y criptón-85 en una misma muestra de gas. Estos descubrimientos se desarrollaron y validaron tanto teórica como experimentalmente utilizando un experimento de gas radiactivo de última generación. Las eficiencias de detección obtenidas son del 20% para el tritio y casi del 100% para el criptón. Finalmente, el centelleador El material inorgánico no está contaminado por gases radiactivos, lo que lo hace reutilizable y limita la producción de residuos, a diferencia de otras técnicas.
Este nuevo enfoque para la detección de gases radiactivos permite prever un gran despliegue de sensores dedicados al seguimiento de las actividades nucleares civiles. Podría extenderse a otros radionucleidos emisores beta, también cruciales para la vigilancia territorial, como el carbono-14 (14C), xenón-133 (133Xe) et l’argon-37 (37Ar), lo que permitiría ampliar los campos de aplicación al ámbito civil, médico y militar.
Este descubrimiento forma parte del proyecto europeo SPARTE [3] y es objeto de varias solicitudes de patente.
Notas:
[1] Un promedio de 400 terabecquerel (es decir, 400 x 1012 becquerel), por gigavatio eléctrico al año para la producción de electricidad.
[2] Átomo con núcleo inestable.
[3] Financiado por la Unión Europea como parte del programa Horizonte 2020 FET – OPEN.
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