¿Qué son los muones, y cómo pueden aplicarse a las técnicas de seguridad nuclear?
El muón es una partícula elemental, lo que significa que no se descompone en otras partículas. Actualmente solo se encuentra en los rayos cósmicos y en los laboratorios. No existe de forma permanente en el universo, pues su existencia es muy efímera (2,2 microsegundos).
El muón no se descompone en otras partículas y actualmente solo se encuentra en los rayos cósmicos y en los laboratorios
Tomografía con muones
Los muones atmosféricos producidos por los rayos cósmicos son una de las formas naturales de radiación a la que estamos expuestos diariamente. Hasta las últimas décadas, su estudio se centraba en entender su origen y propiedades, pero se está también investigando posibles aplicaciones, desde radiografiar pirámides hasta detectar restos radiactivos para realizar limpiezas y reparaciones.
La masa del muón es muy pequeña, pero casi 200 veces mayor que la del electrón: 0,106 GeV. Debido a su alta masa, los muones tienen gran capacidad de penetración. Son capaces de penetrar la roca varios metros antes de detenerse. Aunque muchos se crean en las capas altas de la atmósfera, pueden de atravesarla hasta alcanzar la superficie de la tierra. Su flujo no es muy grande (alrededor de un muón por centímetro cuadrado por minuto al nivel del mar), pero nos llegan continuamente. En total representan unos 0.39 mSv (miliSievert) de los alrededor de 3 mSv a los que estamos expuestos anualmente.
Debido a su alta masa, los muones tienen gran capacidad de penetración y son capaces de penetrar la roca varios metros antes de detenerse
Durante años, los físicos han estudiado esta radiación para intentar entender qué la origina y cuáles son sus características. Mientras tanto, se buscan aplicaciones prácticas. Una de las primeras aplicaciones de los muones atmosféricos la realizó el premio Nobel americano Luis Álvarez, que los utilizó para hacer una radiografía de la de la pirámide de Khafre en Giza, Egipto. Colocó cámaras de detección bajo la pirámide que medían el flujo que le llegaba de distintas direcciones. Las diferencias de flujo indicarían la existencia de cavidades o cámaras escondidas en la pirámide. En 1969, tras explorar el 20% de la pirámide, no se encontró ninguna evidencia de que tales cámaras existieran.
Desde entonces los muones se han utilizado para más cosas, como por ejemplo obtener imágenes de la estructura de los volcanes e intentar predecir erupciones. Pero lo que han propuesto recientemente Guz Jonkmans et al. (arXiv) es utilizar los muones para analizar los residuos nucleares o intentar descubrir material nuclear escondido en grandes contenedores. Al atravesar materiales de alto número atómico (como plutonio y uranio), la dispersión sufrida por los muones es mayor. La idea es detectar los muones antes de pasar por el contenedor, para después calcular el ángulo de dispersión. Con estos datos se puede llegar a medir el contenido de estos contenedores, y aunque puede haber problemas de resolución se consigue realizar imágenes del interior. En el caso de almacenes nucleares se pueden obtener imágenes detalladas de los residuos nucleares dentro del almacén.
Medidas del estado del reactor nuclear en Fukishima
Un grupo de científicos japoneses ha completado con éxito un programa piloto que les permitirá utilizar los muones de los rayos cósmicos para determinar la ubicación de combustible nuclear dentro de la central de Fukushima.
El programa se realizó en la central nuclear de Ibaraki, que estuvo fuera de servicio desde febrero de 2012 hasta el mes pasado. Mientras que algunas sustancias alteran ligeramente la vía de los muones, otras los bloquean por completo, concretamente el uranio y el plutonio que se usan como combustible nuclear. Las desviaciones como resultado de este efecto son específicas, coherentes y bien conocidas por los científicos. Mediante mediciones se puede obtener los contornos de las sustancias que impiden el paso de los muones, y crear un mapa tridimensional para detectarlas.
Fuentes: Astrojem, La Hora Cero
