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Láseres podrían detectar uranio enriquecido desde lejos

ANN ARBOR- Una técnica usada normalmente para identificar químicos a la distancia podría permitir detectar uranio enriquecido con láser.

La técnica permitiría diferenciar a la distancia entre el uranio 238 y el uranio propenso a la fisión, uranio 235. La diferencia de tres neutrones hacen una gran diferencia en el potencial del elemento. 

Igor Jovanovic

“Tratar de medir los diferentes isótopos de un mismo elemento es un problema mucho más difícil,” dijo Igor Jovanovic, profesor de ingeniería nuclear y ciencias radiológicas en la Universidad de Michigan, quien llevó a cabo partes de la investigación mientras estaba en la Universidad Estatal de Pensilvania. “Los diferentes isótopos son muy importantes en el caso del uranio porque algunos de ellos pueden ser utilizados para la producción de armas nucleares.”

La detección química ordinaria utilizada por el vehículo Mars Curiosity, por ejemplo, un láser golpea una superficie y hace que los electrones ‘salten’ de los átomos y moléculas, formando un plasma. Cuando los electrones de nuevo se incorporan a los átomos y moléculas, y bajan de los estados de mayor energía dentro de ellos, emiten luz en un determinado conjunto de colores que sirven como una huella digital para ese átomo o molécula.

Jovanovic y su equipo, Kyle Hartig, profesor asistente de ingeniería nuclear en la Universidad de Florida, e Isaac Ghebregziabher, quien realiza su trabajo postdoctoral en la Universidad Estatal de Pensilvania, demostraron que esta técnica puede demostrar la diferencia entre el uranio-235 y uranio-238 cuando el uranio es enlazado con oxígeno.

“No sólo es posible realizar mediciones en el aire, pero algunos constituyentes del aire, de hecho, hacen de esta una detección más fácil de lograr”, dijo Jovanovic.

La técnica se aprovecha de un fenómeno conocido como filamentación de láser. Cuando pulsos muy cortos y muy intensos de láser atraviesan el aire, creando un canal de gas cargado eléctricamente (o plasma) a lo largo de la línea del haz. El canal sirve como una especie de fibra óptica, manteniendo los pulsos de láser enfocados de manera que golpean sus objetivos en un pequeño punto, incluso a distancias de un kilómetro o más.  

Los pulsos de láser intensos crean un plasma de uranio y de aire, dando oportunidades para que el uranio se una al oxígeno. Cuando lo hace, la energía almacenada en el enlace entre el oxígeno y el uranio-235 ó -238 es suficientemente distinto como para ser detectable.

“Estas moléculas sólo irradian ligeramente diferentes colores, dependiendo de si estamos ante uranio-235 ó uranio-238”, dijo Jovanovic.

A menudo, los sistemas de detección tienen como objetivo captar la radiación de fisiones espontáneas de uranio-235-o causar las fisiones disparando neutrones al elemento sospechoso. Estos métodos convencionales pueden verse a través del envase e incluso a través de algunos blindajes destinados a impedir que la radiación salga.

El nuevo método requeriría que el uranio estuviera expuesto, tal vez en el polvo alrededor de la bahía de carga en una instalación secreta de enriquecimiento. Pero podría ser visto desde fuera del sitio: El sistema podría encajar en la parte trasera de un camión, un kit de mochila, o incluso un avión no tripulado, dice Jovanovic.

Jovanovic y sus colegas tuvieron acceso a los materiales nucleares enriquecidos en la Penn State, donde todavía funciona un reactor de investigación. Para averiguar si podían diferenciar uranio 235 del uranio 238, cargaron la muestra en una cámara con el láser situado a pocos metros de distancia. El láser produzco un plasma de aire y uranio en la superficie de la muestra. El equipo recogió la luz a del plasma de un sistema de luz de detección situado a un metro de la muestra.

Jovanovic anticipa que el método podría ser útil en otros escenarios, como ciencia forense nuclear. Si una bomba nuclear se detonara, los gobiernos quieren saber lo que había en ella y de dónde viene. Para el análisis más preciso, los científicos necesitarían muestras recogidas en el lugar de la explosión. Sin embargo, sería más seguro y más rápido ejecutar este tipo de análisis a distancia.

O podría ser útil en las instalaciones nucleares legítimos, como seguimiento de la producción de combustible nuclear, y asegurando el correcto nivel de enriquecimiento.

Este estudio fue financiado por el  Consortium for Verification Technology, un proyecto de $ 25 millones dirigido por U-M para desarrollar nuevos métodos para la no proliferación nuclear. La CVT es apoyada por el Departamento de Energía. La financiación también vino del Departamento de Seguridad Nacional.

Igor Jovanovic