Por María Laura Guevara. En U-238 #17 Mayo-Junio 2015.
Los detectores de neutrones son fundamentales para el correcto y seguro funcionamiento de centrales y reactores nucleares. Hasta hace 10 años, este tipo de instrumentación era pura y exclusivamente importada. Hoy, gracias al trabajo de un equipo de la Subgerencia de Instrumentación y Control de la Comisión Nacional de Energía Atómica, existe una alternativa nacional.
Los detectores neutrónicos, o lanzas de instrumentación, tienen como objetivo medir la distribución del flujo neutrónico dentro de, por ejemplo, el núcleo de una central atómica. Aunque sus usos pueden extenderse más allá de las centrales y ser utilizados, también, en medicina nuclear.
“El objetivo de siempre fue lograr la capacidad tecnológica para poder fabricar en el país las distintas familias de detectores neutrónicos y gamma, que se aplican fundamentalmente a centrales y reactores nucleares”, contó el físico Marcelo Miller.
Es que hasta hace poco más de diez años, la totalidad de los detectores neutrónicos que se utilizaban en el país eran de origen extranjero. El caso de la Central Atucha I sea, tal vez, paradigmático. Hasta 2001, esta central utilizaba lanzas de instrumentación de manufactura alemana. Cuando las lanzas comenzaron a fallar, se convocó al grupo liderado por Miller para intentar su reemplazo.
“Fue la primera vez que se construyeron este tipo de lanzas en el país, con manufactura local. Han estado funcionando durante 13 años y pudieron mantener una tasa de falla más baja que la provista por las lanzas originales”, ilustró el físico, discípulo de Emilio Matatai. “Luego de más de diez años nos han vuelto a contratar para reemplazar las pocas lanzas que han fallado”, agregó.
La División de Instrumentación y Dosimetría también colaboró con la puesta a crítica de la Central Atucha II. En este caso, Nucleoeléctrica Argentina contrató al grupo para lograr poner una instrumentación adicional que permitiera medir el flujo neutrónico desde el momento en el que el reactor se encuentra apagado, que se llena con agua pesada y poder empalmar esa medición con la instrumentación original del reactor, que se encuentra por fuera del recipiente de presión.
“Con el diseño original toda esa primera evolución del flujo no iba a ser posible medirla. Con la instrumentación adicional que nosotros pusimos se pudo cubrir toda esa. Propusimos cómo poner esa instrumentación adicional dentro del núcleo y construimos la contención necesaria que permitió introducir esos detectores adicionales. Esto fue muy valioso para la gente de puesta a crítica, porque les permitió ver cómo estaba subiendo el flujo neutrónico y estar tranquilos de la evolución hasta que el flujo fue suficiente como para que las cadenas externas originales pudieran medir”, explica Miller.
Aunque en algunos casos, como la Central de Embalse, todavía cuentan con detectores importados, el objetivo es poder reemplazarlos por la instrumentación de manufactura nacional.
La importancia de la detección
La importancia central de los detectores está relacionada a la seguridad del reactor/central nuclear. Los reactores tienen estipulados ciertos límites a partir de los cuales se tienen que tomar medidas de seguridad como bajar las barras o, directamente, apagar el reactor. El tiempo de reacción de las cadenas de instrumentación frente a una situación que se aleja de los parámetros fijados es muy rápido, por lo que resultan muy efectivos a la hora de tomar decisiones respecto de la seguridad.
Otra aplicación muy importante tiene que ver con el manejo del combustible dentro de un reactor nuclear. Ciertos detectores, como los que están funcionando en Atucha, se ubican en el centro del núcleo y tienen como objetivo medir la afluencia neutrónica y hacer un mapeo del flujo, ver como se distribuye. La información que brindan resulta indispensable para manejrar los cambios de combustible.
“Donde hay más flujo neutrónico, el combustible se quema más y hay que cambiarlo más rápido. Entonces, el hecho de tener muchos detectores distribuidos a lo largo del núcleo te permite saber en forma experimental cómo es esa distribución, cómo está el quemado y cuál es el combustible que tengo que cambiar primero o si puedo dejarlo un tiempo más, porque no tuvo el suficiente tiempo de quemado”, ejemplificó Miller.
En el caso de un reactor experimental, los detectores permiten conocer la relación de afluencia neutrónica. Miller explicó: “cuando vas a irradiar una muestra, se determina un valor de afluencia al que querés llegar. Los detectores te permiten conocer la cantidad de neutrones por unidad que llegaron a esa muestra, para ver si llegaste a ese valor inicial que habías determinado. Es decir, si es necesario retirar la muestra o no”.
Darles respuesta a la Argentina y al mundo
El grupo de Marcelo Miller, o mejor dicho, sus detectores, han formado parte de muchos proyectos. Trabajaron junto a Nucleoeléctrica Argentina y también proveyeron detectores a INVAP para los reactores que se comercializaron a Egipto y Australia.
“En el caso del reactor que se llevó a Australia, todos los detectores neutrónicos, cuya función consiste en medir la afluencia neutrónica en las instalaciones donde se irradian muestras bajo flujo neutrónico, fueron construidos aquí en el Centro Atómico Ezeiza”, cuenta el físico, que forma parte de la CNEA desde hace 24 años.
El sector a cargo de Miller también está involucrado en el proyecto del reactor R10 y del Carem 25. En ambos casos el laboratorio tiene la responsabilidad de llevar adelante la instrumentación neutrónica. Para el Carem 25, específicamente, el grupo va a estar a cargo de la definición de las cadenas neutrónicas y de la provisión y calificación de los detectores y de la electrónica de procesamiento, aunque esta última va a ser construida por el sector de electrónica.
Los detectores de la División de Instrumentación y Dosimetría también fueron requeridos por universidades norteamericanas como la universidad de Pardue y el Massachusetts Institute of Technology (MIT). Para la universidad de Pardue, se les proveyó de detectores para llevar a cabo un estudio sobre blindajes para viajes espaciales. En este caso, el MIT requería un detector con características particulares que no existía en el mercado.
“Ellos querían tener detectores de bajísima sensibilidad, porque necesitaban tener el sensor midiendo en modo pulso con un alto pulso neutrónico, donde estaría totalmente saturado. Eso hacía que tuviera que tener contenidos de uranio mínimos. Es algo que no es típico. Con nuestra capacidad tecnológica pudimos abordar eso, y les dimos una muestra, y quedaron muy contentos. En paralelo, compraron detectores norteamericanos y no les dieron buenos resultados. Entonces terminaron comprándonos la totalidad de los detectores a la CNEA”, relató Marcelo Miller.
Terapia de detección
Hace poco más de diez años, el grupo interdisciplinario liderado por Marcelo Miller, que hoy cuenta con once miembros entre físicos, físicos-médicos, ingenieros, técnicos y una bioquímica, se involucró en la boro-terapia.
Dicha terapia, que se aplica en enfermos de cáncer, se denomina “terapia binaria”, porque consiste en administrarle al paciente una sustancia que contiene boro combinándola con radiación neutrónica. El boro es absorbido de manera preferencial por las células tumorales. La combinación de ambas hace que la combinación de los neutrones y el boro generen reacciones locales que destruyen las células afectadas, sin dañar en demasía los tejidos sanos.
¿Pero cuál fue el aporte de la División de Instrumentación? El físico ilustró: “El paciente es irradiado con un haz de neutrones. El flujo neutrónico tiene que ser monitoreado para asegurarse de que no se esté irradiando de más o de menos. Para eso ideamos un receptor muy chiquito que se pone sobre el paciente, pudiendo medir si efectivamente está recibiendo la cantidad de irradiación deseada y en base a eso decidir si extender o disminuir el tiempo de irradiación”.
Los detectores neutrónicos también están siendo utilizados para la medición de radón, aplicación que puede servir para la detección temprana de sismos y erupciones volcánicas. Cuando hay movimiento bajo tierra, el radón migra hacia la superficie. Dicho detector está ubicado cerca del volcán Peteroa, en Mendoza, donde no hay alimentación eléctrica, por lo que se tuvieron que implementar varias innovaciones.
“Se partió de algo que ya estaba construido, pero se le agregaron paneles solares para suplir la falta de energía eléctrica. Además se implementó todo el sistema de adquisición de la señal grabada en memoria, que envía señales en forma remota, con lo cual uno desde Buenos Aires puede estar viendo lo que se está detectando en Mendoza”, describe Miller.
El camino de la División de Instrumentación y Dosimetría es largo. Durante los últimos diez años han sabido dar respuesta a necesidades propias y ajenas. Pero todavía queda mucho camino por recorrer. Siempre con un mismo objetivo: lograr un beneficio para la sociedad.
“Cuando uno hace tecnología busca eso: lograr un beneficio para la sociedad en la que uno vive y eso lo hace a través de tener productos que generen mano de obra, sustitución de importaciones y eventualmente exportaciones. Lo que se busca es, con el tiempo, lograr autonomía, porque uno sabe que redunda en un beneficio para la sociedad”, concluyó Miller.
