Investigadores del Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro de investigación del
Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de València, ha
publicado en la revista Physical Review Letters el primer estudio completo sobre la
desintegración beta de dos isótopos del niobio, un elemento importante para conocer
el funcionamiento de un reactor nuclear y uno de los más difíciles de medir. Para ello
han utilizado un detector y un método de análisis ideados en Valencia.
La fisión nuclear, reacción que divide el núcleo atómico y se aprovecha en las centrales
nucleares para producir energía, produce también otros elementos radiactivos. Para
buscar la estabilidad, estos elementos realizan la llamada desintegración beta, proceso
fundamental para entender lo que ocurre en el interior de un reactor nuclear, aun
cuando está apagado.
El estudio forma parte de la tesis doctoral de Víctor Guadilla, dirigida por los
investigadores del IFIC Alejandro Algora y José Luis Taín, del Grupo de Espectroscopía
Gamma y de Neutrones. Utilizaron el detector DTAS, un instrumento diseñado por este
grupo de investigación formado por 18 cristales de yoduro de sodio que funciona como
un calorímetro, registrando el espectro gamma emitido durante la desintegración beta.
Una de las principales dificultades del estudio fue conseguir un haz de partículas de los
isótopos de interés del niobio, un metal refractario extremadamente resistente. Para
ello, los investigadores valencianos utilizaron la instalación IGISOL IV, en el laboratorio
finlandés de Jyväskylä, equipada con varias ‘trampas’ de iones que les permitieron crear
un haz de niobio ‘puro’.
Mediante la técnica conocida como Espectroscopía Gamma de Absorción Total (TAGS,
por sus siglas en inglés), los científicos del IFIC obtuvieron por primera vez el espectro
de desintegración beta de varios isótopos del niobio (100Nb y 102Nb), uno de los
elementos más importantes en las desintegraciones beta asociadas al proceso de fisión
nuclear. Además, es uno de los núcleos más desconocidos precisamente por las
dificultades para su estudio.
“Por cada proceso de fisión se producen 6 desintegraciones beta”, explica Alejandro
Algora, uno de los autores del estudio. “Conocer el espectro de la desintegración beta
del niobio es importante para conocer mejor su papel en procesos como el calor residual
generado por las desintegraciones beta, que afecta a los materiales del reactor nuclear
una vez ‘apagado’, y la producción de antineutrinos en las centrales nucleares”.
Este último aspecto tiene una importante repercusión en el estudio del neutrino, una
de las partículas elementales más abundantes del Universo que apenas interactúa con
el resto de la materia. En cada desintegración beta se produce un antineutrino, su réplica
de antimateria, por lo que los reactores nucleares son una fuente abundante de estas
partículas. Así, una de las principales formas de estudiarlas es colocar detectores cerca
de centrales nucleares.
“En este tipo de estudios es fundamental conocer con precisión la cantidad de
antineutrinos que esperas detectar”, apunta Algora. Esa cantidad se puede obtener de
dos formas: extrapolando medidas del espectro beta total emitido por los combustibles
más relevantes (uranio, plutonio…) después de la fisión, o mediante la suma de los
espectros de la desintegración beta de cada producto de fisión. Al obtener el espectro
de la desintegración beta del niobio por primera vez, los investigadores del IFIC aportan
valiosa información para mejorar el conocimiento de la producción de antineutrinos por
este último método.
“Con nuestros datos se consigue reducir de manera notable la discrepancia entre los
cálculos del espectro de antineutrinos elaborado por el método de suma y el flujo de
neutrinos esperado que observan varios experimentos”, asegura Algora. Se refiere a los
resultados reportados obtenidos por detectores situados cerca de centrales nucleares
en Francia (Double Chooz), China (Daya Bay) y Corea del Sur (RENO), que capturaron
menos antineutrinos de los esperados. Algunos explican este déficit mediante la
existencia de un nuevo tipo de neutrino aún no descubierto, que no interaccionan con
la materia, el neutrino ‘estéril’. Los nuevos resultados del grupo de Valencia debilitan
esta hipótesis.
V. Guadilla et al. Large Impact of the Decay of Niobium Isomers on the Reactor ¯νe
Summation Calculations. Phys. Rev. Lett. 122, 042502. DOI:
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.042502
Más información:
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.042502
http://webgamma.ific.uv.es/gamma/es/
