Los resultados del experimento de física Chi-Nu en el Laboratorio Nacional de Los Álamos del Departamento de Energía de EE. UU. proporcionan datos importantes nunca antes vistos para mejorar las aplicaciones de seguridad nuclear, comprender la seguridad de criticidad y diseñar reactores de energía de neutrones rápidos. El Proyecto Chi-Nu, un experimento de años de duración que mide el espectro de energía de los neutrones emitidos por la fisión inducida por neutrones, completó recientemente el análisis de incertidumbre más detallado y extenso de los tres principales elementos actínidos, uranio-238, uranio-235 y plutonio-239.

Jaime Gómez (izquierda) y Keegan Kelly configuraron el experimento Chi-Nu, calibrando la distancia del detector e instalando tuberías de gas para el objetivo de conteo de fisión (centro). Fuente: Laboratorio Nacional de Los Álamos

Keegan Kelly, físico del Laboratorio Nacional de Los Álamos, dijo: "La fisión nuclear y las reacciones en cadena nucleares relacionadas se descubrieron hace más de 80 años, y los experimentadores todavía están trabajando para proporcionar una imagen completa del proceso de fisión de los principales actínidos. A lo largo del proyecto, observamos características distintas del proceso de fisión que, en muchos casos, nunca se habían observado en ningún experimento anterior".

El estudio final Chi-Nu del equipo de Los Álamos sobre el isótopo uranio-238 se publicó recientemente en la revista Physical Review C. El experimento midió el espectro de neutrones de fisión instantánea del uranio-238: la energía de los neutrones que inducen la fisión (los que golpean el núcleo y lo dividen) y la distribución de energía potencialmente amplia (espectro) de los neutrones así liberados. El objetivo del experimento Chi-Nu es la fisión "inducida por neutrones rápidos", en la que los neutrones incidentes tienen energías de hasta millones de electronvoltios y para la cual las mediciones son generalmente escasas.

El físico Keegan Kelly instaló un objetivo de conteo de fisiones para el experimento Chi-Nu, que contiene alrededor de 100 miligramos de actínidos relacionados. El dispositivo incluye 54 detectores de neutrones de centelleo líquido y 22 detectores de vidrio de litio para medir neutrones en diferentes rangos de energía. Fuente: Laboratorio Nacional de Los Álamos

Datos importantes para el trabajo relacionado con la fisión

Junto con mediciones similares realizadas con uranio-235 y plutonio-239, los resultados del experimento Chi-Nu son ahora, en muchos casos, la principal fuente de datos experimentales que guían las evaluaciones modernas de los espectros de neutrones de fisión transitoria. Estos datos proporcionan la base para modelos nucleares, cálculos de Monte Carlo, cálculos del rendimiento de los reactores, etc.

Los actínidos y sus posibles reacciones en cadena son importantes para las armas nucleares y los reactores de energía. (Los actínidos se refieren a los 15 elementos con números atómicos del 89 al 103. Todos son radiactivos). Cuando un núcleo se fisión o se divide, se liberan varios neutrones, lo que puede provocar la fisión de los núcleos vecinos, lo que resulta en una reacción en cadena. La probabilidad de reacciones posteriores en una reacción en cadena depende de la energía del neutrón de fisión.

Proceso experimental LANSCE

El experimento Chi-Nu, realizado en el Centro de Investigación de Neutrones de Armas del Centro Científico de Neutrones de Los Alamos (LANSCE), se basa en instrumentos de precisión que prueban múltiples rangos de energía. El haz de protones de LANSCE golpea el objetivo de tungsteno y los neutrones producidos vuelan a lo largo de la trayectoria de vuelo hacia el dispositivo Chi-Nu. Cuando estos neutrones chocan con el isótopo de uranio-238, se produce un evento de fisión en el que el núcleo de uranio-238 se divide y queda registrado. Dependiendo del rango de energía del experimento, los neutrones emitidos por el evento de fisión se miden en una serie de detectores de centelleo líquido o de vidrio de litio, los cuales registran el destello de luz que los neutrones causan dentro del detector.

aplicaciones futuras

Los investigadores continúan esbozando el panorama completo de los isótopos actínidos. En un trabajo adyacente financiado por el Programa de Seguridad y Criticidad Nuclear, el equipo del Experimento Chi-Nu está actualmente recopilando y analizando datos sobre plutonio-240 y uranio-233.

Una vez completado el trabajo de medición de la Oficina de Ciencias Experimentales, el equipo busca aplicar las habilidades y métodos adquiridos a partir de las mediciones de neutrones de fisión a mediciones de una variedad de otros isótopos. También están avanzando hacia la medición de los neutrones emitidos por la reacción de dispersión de neutrones. En estas reacciones, los neutrones atraviesan el material y depositan energía a medida que lo hacen. Además de medir la energía y los espectros angulares de los neutrones y rayos gamma emitidos, también se mide la probabilidad de que se produzca una reacción, a menudo denominada sección transversal de dispersión de neutrones.