Importante aporte de un investigador del CONICET para optimizar el diseño de reactores nucleares

José Ignacio Márquez Damián es ingeniero nuclear e investigador asistente del CONICET en el Centro Atómico Bariloche de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CAB, CNEA) y para la realización de su tesis de doctorado se dedicó a estudiar e intentar comprender mejor las interacciones entre neutrones y agua liviana y pesada. Recientemente, los resultados obtenidos, publicados originalmente en 2014, fueron incluidos en una de las bibliotecas de datos nucleares más importantes a nivel mundial llamada ENDF/B, que sirve de estándar para el diseño de reactores nucleares.

Los reactores nucleares funcionan en base a reacciones que, a partir de la interacción entre neutrones con uranio, producen energía -tal como ocurre en las centrales nucleares de Atucha (Provincia de Buenos Aires) y de Embalse (Provincia de Córdoba)- o  radiaciones usadas para la realización de experimentos (en Argentina la CNEA posee varios reactores experimentales).

“La probabilidad de obtener reacciones nucleares aumenta cuando los neutrones involucrados poseen baja energía, lo que se busca obtener a través de su interacción con el agua del reactor –también usada como refrigerante- en un proceso denominado moderación. Son estas interacciones entre el agua y los neutrones las que nosotros estudiamos y modelamos con el objetivo de optimizarlas para poder mejorar todo el proceso”, explica Márquez.

Para llevar adelante esta tarea, los investigadores estudiaron la dinámica de las moléculas de agua, a partir de modelos computacionales y  en base a ellos calcular las probabilidades de que interactúen con neutrones dadas diferentes circunstancias.

“Básicamente lo que se quiere  averiguar a través de la simulaciones por computadora es cómo funcionaría el reactor dadas determinadas cantidades de agua y de uranio (colocado a su vez de tal forma), qué tan reactivo sería, cuál sería la distribución de los neutrones, que partes estarían calientes y habría que refrigerar, qué partes serían radioactivas. Obtener buenos modelos de las interacciones necesarias para una reacción nuclear te permite optimizar los diseños y en definitiva hacer más económico el desarrollo de reactores eficientes”, afirma Márquez.

Los modelos desarrollados contemplan tanto las interacciones de neutrones con agua liviana o común, que es la que se utiliza en los reactores experimentales, como con agua pesada –en la que el hidrógeno es reemplazado por deuterio (hidrógeno con un protón y un neutrón en el núcleo)-, usada en las centrales nucleares para generar energía.

Si bien ENDF/B no es la única biblioteca de datos nucleares a nivel mundial es una de las más importantes y la que se toma de estándar para el diseño de reactores en Argentina , tanto a nivel de los desarrolladores como de los organismo de control, de ahí la importancia de la incorporación de los modelos obtenidos por Márquez y sus compañeros del Grupo de Datos Nucleares del Departamento de Física de Neutrones del CAB, donde también se desempeña quien fue su director de tesis, José Rolando Granada, investigador principal del CONICET hasta fines de 2013.

Tanto Márquez como Granada son además egresados y docentes del Instituto Balseiro, unidad académica integrada al CAB que depende la Universidad Nacional de Cuyo (UNCuyo) y la CNEA.

“Para nosotros es muy importante saber que la información que generamos a través de tantos años de trabajo va a ser efectivamente utilizada por los ingenieros nucleares de nuestro país en futuros desarrollos de reactores”, concluye el investigador.