La energía nuclear se considera una de las formas de reducir la dependencia de los combustibles fósiles, pero cómo abordar los productos de desecho nuclear es una de las cuestiones que la rodean. Los productos de desecho radiactivos se pueden convertir en elementos más estables, pero este proceso aún no es viable a escala.
Una nueva investigación dirigida por físicos de la Universidad de Tokio revela un método para medir, predecir y modelar con mayor precisión una parte clave del proceso para hacer que los desechos nucleares sean más estables. Esto podría conducir a mejores instalaciones de tratamiento de residuos nucleares y también a nuevas teorías sobre cómo surgieron algunos elementos más pesados del universo.
La misma palabra "nuclear" puede ser un detonante para algunas personas, algo comprensible en Japón, donde la bomba atómica y el desastre de Fukushima son algunos de los momentos cruciales de su historia moderna. Sin embargo, dada la relativa escasez de espacio adecuado en Japón para formas renovables de energía como la solar o la eólica, la energía nuclear se considera una parte fundamental del esfuerzo para descarbonizar el sector energético.
Debido a esto, los investigadores están trabajando arduamente para mejorar la seguridad, la eficiencia y otros asuntos relacionados con la energía nuclear. El profesor asociado Nobuaki Imai del Centro de Estudios Nucleares de la Universidad de Tokio y sus colegas creen que pueden contribuir a mejorar un aspecto clave de la energía nuclear:el procesamiento de residuos.
"En términos generales, la energía nuclear funciona hirviendo agua mediante reacciones de desintegración nuclear autosostenidas. Los elementos inestables se rompen y se descomponen, liberando calor, que hierve el agua y acciona las turbinas. Pero este proceso eventualmente deja residuos inutilizables que aún son radiactivos", dijo. Imai.
"Estos desechos pueden permanecer radiactivos durante cientos de miles de años, por lo que generalmente se entierran a gran profundidad. Pero existe un deseo creciente de explorar otra manera, una manera en que los desechos radiactivos inestables puedan volverse más estables, evitando su desintegración radiactiva y haciéndolo mucho más seguro de manejar. Se llama transmutación."
La transmutación es como lo opuesto a la desintegración nuclear; En lugar de que un elemento se rompa y libere radiación, se puede agregar un neutrón a un elemento inestable y convertirlo en una versión ligeramente más pesada de sí mismo. Dependiendo de la sustancia inicial, esta nueva forma puede ser lo suficientemente estable como para considerarse segura.
El problema es que, aunque este proceso se conoce desde hace algún tiempo, ha sido imposible cuantificarlo con suficiente precisión para llevar la idea a la siguiente etapa e idealmente producir prototipos de instalaciones de gestión de residuos de nueva generación.
"La idea en realidad surgió de una fuente sorprendente:estrellas en colisión, específicamente estrellas de neutrones", dijo Imai. "Tras recientes observaciones de ondas gravitacionales que emanan de fusiones de estrellas de neutrones, los investigadores han podido comprender mejor las formas en que interactúan los neutrones y su capacidad para modificar otros elementos".
"Basándonos en esto, utilizamos una serie de instrumentos para centrarnos en cómo se comporta el elemento selenio, un producto de desecho nuclear común, cuando es bombardeado por neutrones. Nuestra técnica nos permite predecir cómo los materiales absorben neutrones y sufren transmutación. Este conocimiento puede contribuir al diseño de instalaciones de transmutación de residuos nucleares."
Es difícil para los investigadores hacer este tipo de observaciones; de hecho, no pueden observar directamente los actos de transmutación. Más bien, el equipo puede observar qué parte de una muestra no se transmuta y, al tomar lecturas para saber si la transmutación realmente tuvo lugar, pueden estimar, aunque con mucha precisión, qué parte de la muestra sí se transmutó.
"Confiamos en que nuestras mediciones reflejen con precisión la tasa real de transmutación del selenio inestable en una forma más estable", afirmó Imai. "Ahora estamos planeando medir esto para otros productos de desechos nucleares. Con suerte, este conocimiento se combinará con otras áreas necesarias para realizar instalaciones de tratamiento de desechos nucleares, y es posible que las veamos en las próximas décadas".
"Aunque nuestros objetivos son mejorar la seguridad nuclear, me parece interesante que exista una relación bidireccional entre esta investigación y la astrofísica. Nos inspiramos en la colisión de estrellas de neutrones, y nuestra investigación puede afectar la forma en que los astrofísicos buscan signos de síntesis nuclear, la creación de elementos en las estrellas, para comprender mejor cómo se produjeron los elementos más pesados que el hierro, incluidos los esenciales para la vida."
El trabajo está publicado en la revista Physics Letters B .
Más información: N. Imai et al, Sección transversal de la reacción de captura de neutrones del 79Se a través de la reacción del 79Se(d,p) en cinemática inversa, Physics Letters B (2024). DOI:10.1016/j.physletb.2024.138470
Proporcionado por la Universidad de Tokio
