Usos pacíficos de la energía nuclear (segunda parte)
Uso eficiente de energía y contaminación
Objetivos
El objetivo de la Unidad es desarrollar estudios y servicios que contribuyan directamente a mejorar el medio ambiente, desde la perspectiva del uso eficiente de la energía y de la aplicación de tecnologías de descontaminación que utilicen radiaciones ionizantes en los casos que estas resulten ventajosas.
Equipamiento
La Unidad cuenta con un completo equipamiento para realizar mediciones en terreno de los parámetros operacionales que permiten diagnosticar las condiciones de utilización de la energía y la eficiencia en equipos tales como calderas, hornos, ventiladores y otros, en una instalación industrial.
Este equipamiento está compuesto por medidores de flujo, temperatura, presión y analizadores de gases de combustión tanto portátiles como para monitoreo continuo. Además se cuenta con instrumentos de medición de parámetros complementarios tales como humedad del aire, flujos de agua, etc.
Durante 1.995 se agregó un equipo de adquisición de datos con su respectivo procesador automático, con el fin de potenciar las posibilidades de realizar mediciones independiente del operador de los equipos. Esto reviste especial potencialidad durante el año 96.
Líneas de Trabajo
La unidad cuenta con dos líneas de trabajo:
1) Aplicación de radiaciones ionizantes para la descontaminación de afluentes de procesos industriales
2) Prestación de servicios al sector industrial, ya sea público o privado, en el ámbito de Auditorías Energéticas y Uso Eficiente de Energía
Laboratorio de isótopos ambientales
Objetivos
Desarrollo y aplicaciones de técnicas isotópicas basadas en el uso de isótopos existentes en el medio ambiente (Oxígeno-18, Deuterio, Tritio, Carbono-13 y Carbono-14), en sus concentraciones naturales, en Hidrología y Medio Ambiente, para realizar investigación aplicada y para la prestación de servicios a Empresas e Instituciones.
Uso de estos isótopos como trazadores en concentraciones por sobre las naturales (enriquecidos), en aplicaciones en estudio de Nutrición y Salud Pública.
Equipamiento
Para el desarrollo de sus actividades el Laboratorio cuenta con el siguiente equipamiento:
- Espectrómetro de Masa VG. Micromass 602 C., de doble colector, para análisis de razones isotópicas muestra a muestra
- Espectrómetro de Masa Finnigan Mat 252, de multiples colectores, para análisis automático de razones isotópicas de hasta 12 muestras
- Líneas de vacío y sistemas de preparación de muestras, para análisis de Oxígeno-18, Deuterio y Carbono-13 en H₂O, CO₂, H₂, carbonatos y materia orgánica
- Equipos menores de laboratorio y terreno
Espectrómetro de masas del laboratorio de isótopos ambientales
Líneas de Trabajo
1) Hidrología Isotópica: - hidrología básica de zonas áridas y semiáridas, orígenes de recarga de aguas subterráneas, interconección de acuíferos, interconección entre aguas superficiales y subterráneas, evaporación de salares, filtraciones de lagos y embalses, tiempo de residencia de aguas subterráneas
2) Medio Ambiente: - estudio de procesos de transporte de contaminación en aguas subterráneas, estudio de ecosistemas aguas-suelo-planta, determinación de ciclos fotosintéticos, estudio de impacto de procesos productivos en el medio ambiente
3) Nutrición y salud pública: - uso de trazadores (H-2, O-18 y C-13) en estudios nutricionales (agua corporal total), desórdenes metabólicos (gasto energético) y algunas patologías
4) Servicios y Asesorías: servicios de análisis de H-2, O-18, C-13 y N-15 en agua, CO₂, carbonatos, nitrógeno y materia orgánica; servicio de muestreo y mediciones en terreno para los isótopos mencionados, más Tritio y Carbono 14; asesoría en uso de técnicas isotópicas y diseño, montaje y mantención de sistemas de vacío
Interacción de la radiación ionizante con la materia
El efecto inmediato de las radiaciones ionizantes al interactuar con la materia es la ionización, es decir la creación de iones positivos o negativos.
Otro efecto que genera la radiación ionizante es conocido con el nombre de "excitación del átomo". La excitación ocurre cuando un electrón salta a una órbita o nivel de energía superior, para después volver a su órbita original, emitiendo energía en el transcurso del proceso.
a) Interacción de las radiaciones alfa con la materia
La partícula alfa se compone de 2 protones y 2 neutrones. Su poder de penetración en la materia es muy bajo y sólo es capaz de recorrer algunos centímetros en el aire. Su corto recorrido describe una trayectoria prácticamente en línea recta. Cuando penetra la materia presenta un alto poder de ionización, formando verdaderas columnas de iones (cuando penetra en un centímetro de aire puede producir hasta 30.000 pares de iones).
b) Interacción de la radiaciones beta con la materia
La masa de las partículas beta (electrones negativos) es muy pequeña, por lo tanto, su movilidad es mayor respecto de las partículas alfa. Durante su recorrido cambia fácilmente de trayectoria y su alcance y poder de penetración es mayor. Además, su poder de ionización es inferior, respecto de la partícula alfa.
Si una partícula beta se acerca a un núcleo atómico, desvía su trayectoria y pierde parte de su energía (se "frena"). La energía que ha perdido se transforma en rayos X. Este proceso recibe el nombre de "Radiación de Frenado".
Otra interesante reacción ocurre cuando una partícula beta colisiona con un positrón (electrón positivo). En este proceso, ambas partículas se aniquilan y desaparecen, liberando energía en forma de rayos gamma.
Interacción de la radiaciones beta con la materia
c) Interacción de las radiaciones gamma con la materia
Las radiaciones gamma carecen de carga eléctrica, por lo tanto, no sufren desviaciones en su trayectoria como producto de la acción de campos eléctricos de núcleos atómicos o electrones. Tales características permiten que la radiación gamma sea capaz de traspasar grandes espesores de material y de ionizar indirectamente las sustancias que encuentra en su recorrido.
Un rayo gamma es capaz de sacar un electrón de su órbita atómica. El electrón arrancado producirá ionización en nuevos átomos circundantes, lo que volverá a suceder hasta que se agote toda la energía de la radiación gamma incidente.
Interacción de las radiaciones gamma con la materia
d) Interacción de los neutrones con la materia
Los neutrones también carecen de carga eléctrica y no sufren la acción de campos eléctricos ni magnéticos. Al igual que la radiación gamma son capaces de atravesar grandes espesores de material.
Cuando un neutrón choca con un átomo le cede parte de su energía mediante la acción de choques elásticos (la energía total del sistema se mantiene constante) e inelásticos (la energía total del sistema no se conserva). Como producto de los sucesivos choques el neutrón pierde velocidad en forma gradual, hasta alcanzar una magnitud de 2.200 metros/segundo. A estos neutrones se les denomina "Neutrones Térmicos".
Si un neutrón colisiona con un núcleo atómico y sus masas son muy parecidas, entonces el neutrón pierde una gran cantidad de energía. Mayor será la pérdida de energía mientras más se asemejen sus masas. Por lo tanto, los choques que aseguran gran pérdida de energía ocurren con los núcleos de los átomos de Hidrógeno. El proceso por el cual los neutrones reducen su velocidad en forma gradual recibe el nombre de "Termalización" o "Moderación de Neutrones".
Los neutrones térmicos se pueden desintegrar, formando un protón y un electrón, o bien pueden ser absorbidos por los núcleos de los átomos circundantes, dando lugar a reacciones nucleares, como por ejemplo la fisión nuclear.
Interacción de los neutrones con la materia
Bibliografía:
- "Partículas Subatómicas", Steven Weinberg, Editorial Losada, 1985.
- "Para Comprender el Atomo", Fritz Kahn, Ediciones Destino - Barcelona, 1960.
- "Apuntes de Elementos de Física Nuclear", Ing. Manuel Echeverría, CCHEN, 1995.
- "Energía Nuclear", Erik Herrera, Juan Galvez, Lila Trujillo, CCHEN, 1984.
- "El Cuaderno de La Energía", García Alonso, Forum Atómico Español, 1989.
- "Vigilancia y Control de Los Residuos Radiactivos", Consejo de Seguridad Nuclear de España, 1993.
- "Protección Radiológica", Consejo de Seguridad Nuclear de España, 1992.
- "Utilización de la Energía Nuclear Para la Producción de Energía Eléctrica", Consejo de Seguridad Nuclear de España, 1992.
- "Radiaciones Ionizantes y No Ionizantes", Consejo de Seguridad Nuclear de España, 1994.
- Páginas Internet: Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas IVIC.
- Instituto Chileno de Investigaciones Científicas ICIC.
Autor: Giovanny Guillén Bustamante. Venezuela.
Editor: Ricardo Santiago Netto (Administrador de Fisicanet)
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