ESS, gran cabal de neutrons
2001/03/01 Kortabarria Olabarria, Beñardo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
La Font Europea d'Espacial (European Spallation Source, ESS) és el nom del projecte europeu. Encara que el projecte és de la Fundació Europea de la Ciència (European Science Foundation), l'ESS compta amb el suport dels països de la Unió Europea. En definitiva, es tracta d'una planta d'obtenció de neutrons i recerca de materials.
Tradició
El sistema més comú per a l'obtenció de neutrons són les reaccions nuclears. En els reactors nuclears convencionals s'utilitza urani 235 radioactiu per a combustible. Aquest isòtop sol estar barrejat amb l'isòtop no radioactiu urani 238, més abundant. Això significa que per a ser un reactor nuclear que faci bé el treball, l'urani ha d'enriquir-se molt perquè tingui el màxim contingut en l'isòtop urani 235. En les reaccions normals de fissió nuclear els àtoms d'urani es trenquen, es divideixen en dos àtoms més lleugers, els altres dos més… i a més s'alliberen neutrons. Aquests neutrons que s'alliberen -després de perdre l'avia- tornen a xocar dins del nucli de combustible amb altres nuclis d'urani, es trenquen de nou i es formen nuclis més lleugers i neutrons… és la base de la reacció en cadena, la fissió nuclear.
Per a l'obtenció de neutrons es poden utilitzar reactors nuclears -i s'han usat-, però provoquen més d'un problema. Una d'elles és la naturalesa de la reacció, el caràcter de cadena, ja que és una reacció en cadena. Per tant, aquesta reacció ha de quedar d'alguna manera, ja que si no es pot detenir pot produir-se un desastre enorme. Els reactors nuclears, a més de produir la reacció, tenen aquesta funció. En aquestes reaccions típiques es produeix gran quantitat de neutrons, però més important és la quantitat d'energia que es genera per efecte de la fissió, en dividir els nuclis en nuclis més petits. Per això, la major part dels reactors nuclears s'han construït per a obtenir energia, per a transformar aquesta energia que es genera de la fissió en energia tèrmica, elèctrica, etc.
No obstant això, també s'han realitzat reactors nuclears de recerca, és a dir, estan adaptats a l'obtenció de neutrons en lloc d'energia. Aquesta tècnica és bona per a aconseguir neutrons, però té les seves limitacions. D'una banda, cal tenir en compte, almenys els investigadors ho prenen, que si el reactor no s'utilitza per a una altra cosa per a obtenir neutrons, es malgasta molta energia. D'altra banda, el problema de la radioactivitat, el dels residus radioactius, ja que avui dia ningú sap què fer per a solucionar el problema dels residus radioactius.
Trencant la tradició
A la vista de les dificultats que presenten els reactors nuclears en general, fins i tot els adaptats per a l'obtenció de neutrons, no és d'estranyar que el nombre de reactors nuclears disminueixi. Per tant, en aquest segle que acaba de començar, no té molt sentit pensar que si cal fer alguna cosa per a aconseguir neutrons, alguna cosa ha d'estar basat en tècniques de fissió.
Enfront de les tècniques de fissió hi ha, entre altres, fonts d'espacial. Existeix una diferència substancial entre l'espai i les reaccions nuclears: en les tècniques d'espaiat no es trenquen els nuclis dels àtoms. Al no trencar-se els nuclis, no es produeix fissió i al no produir-se reacció de fissió, tampoc es produeix radioactivitat. Les fonts d'expansió es basen en protons. Aquests protons s'envien a gran velocitat en els acceleradors contra metalls pesants com a mercuri o plom. Pel fet que aquests metalls pesen molts neutrons, en colpejar els protons els neutrons s'exciten i passen a un estat d'alta energia, però després es calma amb l'alliberament. Es creen neutrons però sense trencar el nucli. Això és important perquè si no es trenca el nucli atòmic no hi ha reacció nuclear i per tant no hi ha risc de radiació. Si bé en aquest procés es produeix radiació gamma, aquest tipus de radiació no presenta grans riscos.
La no ruptura del nucli té més avantatges que les reaccions nuclears. De fet, al no trencar-se els nuclis, l'energia alliberada és menor del normal. Per tant, l'energia utilitzada per a obtenir un neutró per espal·lació és molt de menor que la utilitzada per a obtenir el mateix neutró per reaccions nuclears. En aquest sentit, la tècnica de l'espai sembla més assenyada.
Si es busquen diferències entre totes dues tècniques, es pot esmentar l'absència de reacció en cadena. En les reaccions nuclears, una vegada iniciada la reacció en cadena, és impossible parar fins que acaba el combustible, mentre que en les fonts d'expansió no hi ha problema. Aquestes tècniques requereixen únicament l'obtenció de protons d'alta energia, per a això és suficient l'ajuda de l'accelerador de partícules. El procés pot quedar quan un vulgui, ja que n'hi ha prou amb deixar d'enviar protons, no fa falta controlar les reaccions en cadena ni alentir la velocitat dels neutrons.
Per a quins neutrons?
Els avantatges d'utilitzar la tècnica d'espal·lació per a l'ús de neutrons han quedat reflectides en les línies anteriors. Sembla la tècnica més adequada, però per a què es necessiten neutrons? Què fa tan valuosos?
Des del punt de vista de la usabilitat, l'ús de neutrons resulta comprensible. Quan es vol saber com respon un determinat material o com és la composició microscòpica de la matèria, és necessari saber on estan els àtoms -l'estructura atòmica- i com es mouen o responen. Encara que això és important per a la ciència bàsica, pot ser més important per a la tecnologia, ja que els nous materials són la base de les noves tecnologies, totes les àrees de la tecnologia estan relacionades amb el comportament dels nous materials. Per a saber on se situen els àtoms i com es mouen, per a comparar-los amb les característiques de determinats materials, existeixen tècniques de dispersió, en aquest cas tècniques de dispersió de neutrons. És a dir, els neutrons de determinada energia xoquen amb mostres concretes i s'investiga el que ocorre amb la mostra tant durant el xoc com després de fer-lo.
Les partícules més adequades per a tot això són els neutrons, encara que poden utilitzar-se protons, la pròpia llum, els raigs X, etc. Els neutrons són partícules subatòmiques que al costat dels protons es troben en el nucli dels àtoms. Els neutrons tenen una particularitat, no tenen càrrega elèctrica. Per això, les interaccions entre neutrons i matèria són molt especials, ja que poden penetrar molt en la matèria. Els neutrons tenen altres particularitats: tenen un moment magnètic, tenen la mateixa energia que els àtoms o molècules en interaccionar amb la matèria, tenen la longitud d'ona de la distància interatómica, són capaces de distingir els isòtops del mateix nucli… i aquestes característiques són de gran valor per a diferents estudis.
La dispersió de neutrons proporciona una excel·lent informació microscòpica sobre l'estructura i dinàmica de la matèria. En el camp de la matèria condensada, l'aportació de neutrons ha estat perfecta per a comprendre el magnetisme i la base del quàntic. Per a comprendre plàstics, proteïnes, polímers, fibres, vidre líquid, imants, superconductors, entre altres, la recerca de neutrons ha estat molt important, però pot ser més important.
Projecte ESS
En finalitzar el projecte de la vorera, serà 30 vegades més potent que qualsevol font existent.
Avui dia existeixen fonts de neutrons. No obstant això, tenen problemes ja que són menys intensos que els reactors nuclears convencionals. El projecte ESS pretén dur a terme un projecte internacional de cooperació a Europa. A més, es pretén que aquesta font tingui un cabal major que els reactors nuclears existents en l'actualitat.
Els experiments que es podrien realitzar en ESS correspondrien a una nova generació i podrien respondre a nombroses preguntes en algunes de les àrees actuals, com els superconductors i la cosmologia. A més de la física, l'ESS seria útil en biologia, química, enginyeria, geologia i medicina. Per descomptat, també per a investigar qüestions importants que s'estan introduint en la indústria.
En aquests moments el projecte està bastant madur. No obstant això, les possibilitats són diferents, per la qual cosa en l'actualitat s'estan buscant solucions, ja que tant l'edifici com els experiments hauran de ser adaptats. Així que el XXI. En previsió de possibles punts d'interès de recerca del segle XX, els experts reunits en Donostia-Sant Sebastià analitzen les possibilitats tècniques de la instal·lació. És a dir, debatran quins poden ser les instal·lacions més adequades per a donar resposta a les necessitats de recerca. Si els plans seguissin bon camí, la construcció de l'ESS començaria en 2004, finalitzaria en 2010 i estaria plenament operativa en 2012. Alemanya és el país que més possibilitats té d'acollir les instal·lacions, encara que no hi ha res decidit. En teoria, almenys.
Des del punt de vista científic, el projecte pot tenir una gran importància per a la recerca de l'estructura i dinàmica dels materials, ja que l'ESS és una eina molt més eficaç que les existents. Això significa que en el futur es poden obrir línies de recerca encara desconegudes. I això és important.
Tanmateix, en la importància d'aquest projecte també ha de veure el projecte del rival. I és que fins ara Europa ha estat el líder en aquesta línia de recerca. Si no es construís l'ESS, el lideratge seria assumit pels Estats Units, que ja estan construint la seva pròpia font d'expansió anomenada SNS. No hi ha guerra freda, però els estatunidencs van per davant. No és el pitjor esperó.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
