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El calcio-41 ha llegado al CNA para quedarse

21/02/2018

Se está llevando a cabo la optimización del sistema de espectrometría de masas con aceleradores, AMS, del CNA para las medidas del isótopo radiactivo calcio-41.

Con este nuevo radioisótopo se abarcarán nuevos campos de estudio tales como protección radiológica o biomedicina.

 

Los sistemas de espectrometría de masas con aceleradores están invirtiendo la tendencia de aumento de voltaje de épocas anteriores, de tal modo que cada vez se buscan sistemas más compactos y de más baja energía.

El sistema SARA (Spanish Accelerator for Radionuclide Analysis) del CNA, de un millón de voltios, se ha convertido en uno de los buques insignia de los sistemas de baja energía, avanzando frente a sistemas de mayores energías por tratarse de sistemas más manejables y con unos costes de funcionamiento inferiores.

En particular, el sistema SARA del CNA es uno de los pocos aceleradores que existen de este tipo en el mundo, aceleradores de 1 millón de voltios fabricado por High Voltage.

A pesar de que el sistema se diseñó inicialmente para ser capaz de detectar la presencia de unos determinados radionúclidos, se continúa desarrollando para ampliar su capacidad tanto en número de isótopos detectables como en su sensibilidad.

Según nos relataba el Dr. Gómez Guzmán,  “SARA fue diseñado en un principio para el transporte de iones pesados tales como 129I e isótopos de plutonio pero solo fue testeado para 14C, 10Be o 26Al”.

La consecuencia de este prediseño establecido obliga a que cualquier otro estudio asociado a un nuevo radioisótopo, como ocurre con el calcio-41, implique una nueva configuración del sistema y parámetros asociados que permita llevar a cabo las medidas del mismo en óptimas condiciones.

La principal aplicación que se busca en el CNA para las medidas de 41Ca es la medida de dicho isótopo en muestras de hormigón procedentes de blindajes de centrales nucleares. A causa de la radiación que se genera en los reactores nucleares, se ha de emplear un hormigón con unas características específicas, hormigón de alta densidad, para detener esta radiación. Uno de los componentes del hormigón es el óxido de calcio, de tal modo que los neutrones térmicos escapados del reactor, interaccionan con el 40Ca, dando lugar al 41Ca, isótopo radiactivo con un periodo de semidesintegración del orden de 100.000 años.

De esta manera, la caracterización del contenido de 41Ca no sólo tiene interés por el hecho de ser un radioisótopo, que por su largo período de semidesintegración se mantendrá en los hormigones durante miles de años, sino también porque la relación isotópica 41Ca/40Ca nos permite calcular directamente la fluencia neutrónica térmica sufrida por el blindaje, es decir, el número de neutrones que, en un determinado intervalo de tiempo, entran en el hormigón.

Las conclusiones que se extraen del estudio realizado ponen de manifiesto que las condiciones de medida del calcio-41 con el sistema de AMS de 1 MV del CNA son bastante competitivas comparadas con otros sistemas compactos de AMS. En concreto, estas condiciones permiten llevar a cabo medidas tanto de la caracterización de distintas zonas del blindaje biológico de reactores nucleares; como potenciales futuras medidas de interés biomédico.

Estos estudios se llevan a cabo dentro de la colaboración con Enresa, Empresa Nacional de Residuos Radiactivos, habiéndose realizado medidas en un gran número de muestras procedentes de la central nuclear José Cabrera, en proceso de desmantelamiento.

Recientemente se ha comprobado que los resultados obtenidos para muestras de interés biomédico medidas en la ETH Zurich para el Dpto. de Química de la Universidad de Singapur coinciden con las medidas también en el CNA, verificándose la utilidad del sistema del CNA para las medidas de calcio-41 como trazador del metabolismo del calcio.

El Centro Nacional de Aceleradores es una ICTS de localización única que forma parte del Mapa de ICTS actualmente vigente, aprobado el 7 de octubre de 2014 por el Consejo de Política Científica, Tecnológica y de Innovación (CPCTI).

Referencia bibliográfica:
41Ca measurements on the 1 MV AMS facility at the Centro Nacional de Aceleradores (CNA, Spain)
Carlos Vivo-Vilches, José María López-Gutiérrez, Manuel García-León, Christof Vockenhuber, Thomas Walczyk
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 413, (13-18) (2017)

http://dx.doi.org/10.1016/j.nimb.2017.10.003