Este método propone una alternativa más rápida y económica que los métodos actuales, a menudo complejos y costosos. Este trabajo fue publicado en la revista Nature Photonics el 2 de septiembre de 2024.
El tritio (3H), el criptón-85 (85Kr) y el carbono-14 (14C) son algunos de los gases radiactivos más emitidos por la industria nuclear durante la producción de electricidad o el reciclaje de desechos radiactivos [1].
Si bien estos radionucleidos [2] no constituyen un riesgo mayor, su medición precisa es un indicador esencial para monitorizar el buen funcionamiento de las centrales nucleares y prevenir accidentes. Sin embargo, estos radionucleidos pertenecen a aquellos cuya desintegración radiactiva no va acompañada de la emisión de rayos gamma, son emisores beta puros y requieren procesos de detección y medición específicos.
Actualmente, las tecnologías empleadas se basan en principios de mezcla gas-líquido y gas-gas, pero resultan costosas y complejas, no permiten distinguir rápidamente los radionucleidos, generan desechos y son muy poco eficaces para algunos de los gases radiactivos analizados.
El trabajo realizado por los científicos del Instituto luz materia (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) ha permitido desarrollar una tecnología de 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 grosor y con unos pocos centímetros de diámetro, a partir de nanopartículas de materiales centelleantes cuyo tamaño es del orden de 5 nanómetros. Este compuesto posee una estructura ultraporosa, similar a una esponja, constituida en solo un 15 % de sólido, y al mismo tiempo es transparente.
Esta arquitectura singular permite que los gases se difundan con gran facilidad. Cuando el gas penetra en la cubeta de centelleo y entra en contacto con el aerogel, este convierte la energía producida por la emisión de electrones durante la desintegración de los radionucleidos en luz visible. Este destello de luz es inmediatamente captado por un sistema de detección ultrasensible, capaz de medir cada fotón casi instantáneamente.
El análisis detallado de estas emisiones de luz ha permitido desarrollar un método innovador para distinguir y medir en línea las emisiones beta puras de diferentes energías, como las del tritio y el criptón-85 en una misma muestra de gas. Estos descubrimientos se han desarrollado y validado tanto teórica como experimentalmente gracias a un experimento de vanguardia con gases radiactivos. Los rendimientos de detección obtenidos son del 20 % para el tritio y de casi el 100 % para el criptón. Finalmente, el centelleador inorgánico no es contaminado por los gases radiactivos, lo que lo hace reutilizable y limita la generación de desechos, a diferencia de otras técnicas.
Este nuevo enfoque de detección de gases radiactivos permite imaginar un amplio despliegue de sensores dedicados a la monitorización de actividades nucleares civiles. Podría extenderse a otros radionucleidos emisores beta, también cruciales para la vigilancia del territorio, como el carbono-14 (14C), el xenón-133 (133Xe) y el argón-37 (37Ar), lo que permitiría ampliar los campos de aplicación a los ámbitos civil, médico y militar.
Este descubrimiento se enmarca en el proyecto europeo SPARTE [3] y ha sido objeto de varias solicitudes de patentes.
Notas:
[1] Un promedio de 400 terabecquereles (es decir, 400 x 1012 becquereles), por gigavatio eléctrico por año para la producción de electricidad.
[2] Átomo con un núcleo inestable.
[3] Financiado por la Unión Europea en el marco del programa Horizon 2020 FET - OPEN.