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Cómo los muones de rayos cósmicos podrían revelar desechos nucleares ocultos
Los muones son partículas cargadas más bien como electrones, que tienen la misma carga pero más de 200 veces la masa. Son creados continuamente por rayos cósmicos que golpean la atmósfera superior y bañan el suelo a una velocidad de aproximadamente uno por centímetro cuadrado por minuto.
Es fácil imaginar que estos muones son poco más que una curiosidad, pero en las últimas décadas, los físicos los han utilizado para una serie de aplicaciones interesantes.
Debido a su enorme masa, los muones son particularmente buenos para penetrar material denso, como la roca. En la década de 1960, el físico estadounidense Luis Alvarez, ganador del premio Nobel, instaló detectores de muones en una cámara debajo de la segunda pirámide de Chephron en Egipto para medir la velocidad a la que llegaban de diferentes direcciones.
Su idea era utilizar muones de rayos cósmicos para radiografiar la pirámide, buscando cámaras ocultas dentro de la estructura. Para 1969, no había encontrado evidencia de cámaras ocultas en el 20% de la pirámide que había podido examinar.
Los muones son particularmente desviados por elementos pesados como el uranio y el plutonio, lo que hace posible detectar estos materiales mediante el análisis de las trayectorias de los muones. Por eso, varios científicos han examinado la posibilidad de usar muones para buscar plutonio y uranio para armas ocultas en contenedores de transporte.
El problema con este enfoque es que produce un gramo de sombra, como una radiografía. Y esto limita la cantidad de información que se puede obtener sobre un objeto tridimensional.
Hoy, Guy Jonkmans y sus colegas de Atomic Energy of Canada Limited en Chalk River, describen una forma de producir imágenes tridimensionales a partir de muones incidentes. Dicen que esto podría producir imágenes detalladas del contenido de los depósitos de desechos nucleares.
Su idea es medir la trayectoria de los muones, tanto cuando entran al repositorio como cuando salen. Eso requiere detectores de muones tanto en la parte superior del repositorio como debajo de él.
Eso debería revelar cualquier muón desviado por un núcleo pesado y permitir que el punto de desviación sea identificado en tres dimensiones.
Al construir una imagen de la posición de muchos núcleos pesados, el equipo puede crear una imagen tridimensional de cualquier estructura hecha de elementos pesados dentro del repositorio.
Jonkman y sus colegas prueban su idea simulando el paso de muones a través de un contenedor de haces de combustible nuclear usados y dicen que funciona bien.
Esta podría ser una técnica útil. Uno de los muchos problemas actuales que enfrenta la industria nuclear es el de caracterizar los desechos que quedan de épocas anteriores.
Nadie sabe qué llena muchos de los tanques de almacenamiento de desechos en lugares como el sitio de Hanford en el estado de Washington, porque los registros se perdieron o no se guardaron en primer lugar. Y determinar el contenido de estos repositorios utilizando métodos convencionales es simplemente demasiado peligroso.
El siguiente paso, por supuesto, es poner la idea en práctica. Eso requerirá algunos detectores, algunos desechos nucleares y una cantidad significativa de experiencia en el manejo de ambos. Una tarea que no será rápida, fácil ni barata.
Ref: arxiv.org/abs/1210.1858 : Imágenes de desechos nucleares y verificación de combustible gastado mediante tomografía de muones