ESS, neutroien emari oparoa

Europako Espalazio Iturria (European Spallation Source, ESS), hori da Europak eskuartean duen proiektuaren izena. Sortzez proiektua Europako Zientzia Fundazioa (European Science Foundation) erakundearena bada ere, ESSak Europako Batasuneko herrialdeen babesa du. Labur-labur esanda, neutroiak lortu eta materialak ikertzeko instalazioa da.

Tradizioa

Itsasoko plataformetan ateratzen den petrolioa eta hondoko harrien arteko lotura ere neutroien sakabanatzeaz azter daiteke.

Neutroiak lortzeko sistemarik arruntena erreakzio nuklearrak dira. Ohiko erreaktore nuklearretan erregaitarako uranio 235 erradioaktiboa erabiltzen da. Isotopo hori ugariagoa den uranio 238 isotopo ez-erradioaktiboarekin nahasita izaten da. Horrek esan nahi du lana ondo egingo duen erreaktore nuklearra izateko uranioa asko aberastu behar dela, uranio 235 isotopoa ahalik eta gehien eduki dezan. Fisio nuklearreko erreakzio arruntetan uranio-atomoak hautsi egiten dira, bi atomo arinagotan erdibitzen dira, beste hauek beste bitan… eta, gainera, neutroiak askatzen dira. Askatzen diren neutroi horiek -abiada galdu eta gero- erregai-nukleoaren barruan berriro ere talka egiten dute beste uranio-nukleo batzuekin, hautsi egiten dira berriro eta nukleo arinagoak eta neutroi gehiago sortzen dira… kate-erreakzioaren oinarria da hori, fisio nuklearra.

Neutroiak lortzeko erreaktore nuklearrak erabil daitezke -eta erabili izan dira-, baina arazo bat baino gehiago eragiten dute. Horietako bat erreakzioaren izaera da, kate-izaera, kate-erreakzioa baita. Hortaz, erreakzio hori nola edo hala geratu beharra dago, geratu ezin bada sekulako hondamendia gerta daitekeelako. Erreaktore nuklearrek -erreakzio sortzeaz gain- zeregin hori ere badute. Ohiko erreakzio horietan neutroi ugari sortzen da, baina horrek baino garrantzi handiagoa du fisioaren eraginez -nukleoak nukleo txikiagoetan zatitzen direnez- sortzen den energia-kopuruak. Horregatik, erreaktore nuklear gehienak energia lortzeko eraiki izan dira, fisiotik sortzen den energia hori gero energia termiko, elektriko… bihurtzeko.

Dena den, ikerketarako erreaktore nuklearrak ere egin izan dira; hau da, energia lortzeko egokituta egon beharrean neutroiak lortzeko egokituta daude. Teknika hori ona da neutroiak lortzeko, baina baditu bere mugak. Batetik, kontuan hartzeko modukoa da -behintzat ikertzaileek hartzen dute- erreaktorea neutroiak lortzeko beste ezertarako erabiltzen ez bada, energia ugari alferrik galtzen dela. Bestetik, erradioaktibitatearen arazoa dago, hondakin erradioaktiboena, gaur egun inork ez baitaki zer egin hondakin erradioaktiboen arazoa konpontzeko.

Tradizioa hautsiz

Erreaktore nuklearrek, oro har -baita neutroiak lortzeko egokitutakoak ere- , sortzen dituzten eragozpenak ikusita, ez da harritzekoa joera erreaktore nuklearren kopurua gutxitzekoa izatea. Hortaz, hasi berri den mende honetan, ez du zentzu handirik neutroiak lortzeko zerbait egin behar bada, zerbait horrek fisio-tekniketan oinarritua egon behar duela pentsatzeak.

Espalazioa oso egokia da garraiobideetan erabiltzeko material berrien garapenerako.

Fisio-tekniken aurrean, besteak beste, espalazio-iturriak daude. Espalazioaren eta erreakzio nuklearren artean funtsezko desberdintasun garrantzitsua dago: espalazio-tekniketan atomoen nukleoak ez dira hausten. Nukleoak hausten ez direnez, ez da fisiorik gertatzen, eta fisio-erreakziorik gertatzen ez denez, erradioaktibitaterik ere ez da sortzen. Espalazio-iturrien oinarrian protoiak daude. Protoi horiek azeleragailuetan abiada handiz bidaltzen dira metal pisuen -merkurioa edo beruna- aurka. Metal pisu horiek neutroi ugari izaten dituztenez, protoiak jotzen dituenean neutroiak kitzikatu egiten dira eta energia altuko egoerara iragaiten dira, baina gero -askatzearekin batera- baretu egiten dira. Hortaz, neutroiak sortzen dira, baina nukleoa hautsi gabe. Hori garrantzitsua da, nukleo atomikoa hausten ez bada ez dagoelako erreakzio nuklearrik eta, ondorioz, ez dagoelako erradiazio-arriskurik. Prozesu horretan gamma erradiazioa sortzen bada ere, erradiazio-mota horrek ez du arrisku handirik.

Nukleoa ez hausteak erreakzio nuklearren aldean abantaila gehiago ere badu. Izan ere, nukleoak hausten ez direnez, askatzen den energia ohi baino txikiagoa da. Beraz, espalazioaren bidez neutroi bat lortzeko erabiltzen den energia, neutroi bera erreakzio nuklearren bidez lortzeko erabiltzen dena baino askoz ere txikiagoa da. Alde horretatik begiratuta, espalazioaren teknikak zentzudunagoa dirudi.

Bi tekniken artean desberdintasunen bila joanez gero, beste bat aipatzea ere badago: kate-erreakziorik eza. Erreakzio nuklearretan, kate-erreakzioa hasi eta gero, erregaia bukatzen den arte erreakzio hori geratzea ezinezkoa izaten da; espalazio-iturrietan, berriz, ez dago arazorik. Teknika hauetan energia altuko protoiak lortzea besterik ez da behar; horretarako partikula-azeleragailuaren laguntza nahikoa da. Prozesua norberak nahi duenean gera daiteke, protoiak bidaltzeari utzita nahikoa baita, ez dago kate-erreakzioak kontrolatu beharrik, ez eta neutroien abiada moteldu beharrik.

Zertarako neutroiak?

Neutroiak erabiltzeko espalazioaren teknika erabiltzeak izan ditzakeen abantailak aurreko lerroetan agertu dira. Teknikarik egokiena dirudi, baina zertarako behar dira neutroiak? Zerk egiten ditu hain baliotsu?

Erabilgarritasunaren ikuspegitik, neutroien erabilera ulergarria gertatzen da. Material jakin batek nola erantzungo duen jakin nahi denean edo materiaren konposizio mikroskopikoa nolakoa den jakin nahi denean, behar-beharrezkoa izaten da atomoak non dauden -egitura atomikoa- eta nola mugitzen diren edo nola erantzuten duten jakitea. Oinarrizko zientziarentzat horrek garrantzia badu ere, teknologiarentzat garrantzitsuagoa izan daiteke, material berriak baitira teknologia berrien oinarria; teknologiaren arlo guztiek zerikusia dute material berrien portaerarekin. Atomoak non kokatzen diren eta nola mugitzen diren jakiteko, hori material jakinen ezaugarriekin alderatzeko, dispertsio-teknikak daude; kasu honetan, neutroien dispertsio-teknikak. Hau da, energia jakineko neutroiek lagin jakinekin talka egiten dute, eta talka egitean nahiz egin eta gero, laginarekin zer gertatzen den ikertzen da.

ESS proiektuko laborategietako bat

ESS

Horretarako guztirako partikularik egokienak neutroiek dirudite, nahiz eta protoiak, argia bera, X izpiak… erabil daitezkeen. Neutroiak partikula subatomikoak dira, protoiekin batera atomoen nukleoan daudenak. Neutroiek badute berezitasun bat, ez dute karga elektrikorik. Hori dela eta, neutroien eta materiaren arteko interakzioak oso bereziak dira, materian asko sar baitaitezke. Neutroiek bestelako berezitasunak ere badituzte: momentu magnetikoa dute, atomoek edo molekulek materiarekin interakzioan jartzean izaten duten energiaren parekoa dute, atomoen arteko distantziaren uhin-luzera dute, nukleo bereko isotopoak bereizteko gai dira… eta ezaugarri horiek balio handia dute hainbat ikerketarako.

Neutroiak sakabanatzeak informazio mikroskopiko bikaina ematen du materiaren egiturari eta dinamikari buruz. Materia kondentsatuaren arloan, neutroien ekarpena ezin hobea izan da magnetismoa eta kuantuaren oinarria ulertzeko. Plastikoak, proteinak, polimeroak, zuntzak, beira likidoak, imanak eta, besteak beste, supereroaleak ulertzeko, neutroiak ikertzea oso garrantzitsua izan da, baina garrantzizkoagoa izan daiteke.

ESS proiektua

Espalazioaren proiektua bukatzen denean, gaur egun dagoen edozein iturri baino 30 aldiz indartsuagoa izango da.

Izan ere, gaur egun badaude neutroi-iturriak. Arazoak dituzte hala ere, ohiko erreaktore nuklearrak baino intentsitate txikiagokoak dira eta. ESS proiektuaren bidez, nazioarteko proiektua gauzatu nahi da, Europan lankidetzaz bideratutakoa. Horretaz gain, iturri hori gaur egun dauden erreaktore nuklearrak baino emari handiagokoa izatea nahi da.

ESSn egin ahal izango liratekeen esperimentuak belaunaldi berri batekoak izango lirateke eta gaur egun dauden arlo batzuetan -supereroaleetan eta kosmologian, adibidez- galdera ugariri erantzun ahal izango liekete. Fisikaz gain, ESSa erabilgarria izango litzateke biologia, kimika, ingeniaritza, geologia eta medikuntzan. Jakina, baita industrian sartzen ari diren gai garrantzitsuak ikertzeko ere.

Lur barneko osagaien dinamika izango da neutroien bitartez aztergai.

Une honetan proiektua heldu samar dago. Hala ere, aukerak desberdinak direnez, irtenbideen bila ari dira gaur egun, eraikina nolakoa izan esperimentuak ere hartara moldatu beharko direlako. Hortaz, XXI. mendean egon daitezkeen ikerketa interes-guneak aurreikusita, Donostian bildutako adituek instalazioa egiteko dauden aukera teknikoak aztertu dituzte. Hau da, ikerketa-beharrei erantzungo dien instalazioa egokienak zein izan daitezkeen eztabaidatuko dute. Planak bide onetik joango balira, 2004. urtean hasiko litzateke ESS eraikitzen, 2010. urtean bukatuko litzateke eta 2012. urtean bete-betean egongo litzateke lanean. Instalazioak hartzeko aukera gehien Alemaniak ditu, erabakita ezer ez badago ere. Teorian, behintzat.

Zientziaren ikuspegitik, proiektuak garrantzi handia izan dezake, materialen egitura eta dinamika ikertzeko, ESS gaur egun daudenak baino askoz ere tresna eraginkorragoa delako. Horrek esan nahi du, etorkizunean gaur egun oraindik ezagutzen ez diren ikerketa-lerroak ireki daitezkeela. Eta hori garrantzitsua da.

Dena den, proiektu honen garrantzian, arerioaren proiektuak ere badu zerikusirik. Izan ere, orain arte ikerketa-lerro honetan Europa izan da liderra. ESSa eraikiko ez balitz, lidergoa Estatu Batuek hartuko lukete; haiek, dagoeneko, beren espalazio-iturria eraikitzen ari direlako, SNS izenekoa. Gerra hotzik ez dago, baina estatubatuarrak aurretik doaz. Ez da akuilurik txarrena.