A 88 años del descubrimiento del neutrón, científicos del Departamento de Ciencias Nucleares de la Comisión Chilena de Energía Nuclear montaron un experimento que pretende medir el espectro de energía de los neutrones producidos en un plasma denso y caliente de corta duración, generado por un dispositivo plasma focus.
Francisco Molina y Cristian Pavez (CCHEN) junto a Ariel Tarifeño-Saldivia, de la Universidad Politécnica de Cataluña, España unieron tres proyectos: uno de FONDECYT [1], a cargo del Dr. Francisco Molina; un proyecto Anillo de CONICYT [2], a cargo de Leopoldo Soto y Cristián Pavez, también de la CCHEN; y un tercer proyecto (externo) de la Universidad Politécnica de Cataluña, dirigido por Ariel Tarifeño-Saldivia [3].
Para esta campaña experimental se buscó un lugar que ofreciera bajas condiciones de scattering (dispersión) de neutrones, ideal para minimizar la detección de neutrones que rebotan en la sala y optimizar el conteo de neutrones directos de la fuente. En la sala multiuso del Centro de Estudios Nucleares La Reina se encontraron estas condiciones, por lo cual se construyó allí una estructura transitoria de perfiles de aluminio, ya que su probabilidad de interacción con los neutrones de la descarga es menor que la de otros materiales como hierro, plástico o madera.
“Coordinar y concretar una campaña experimental como esta, en tan corto tiempo, requiere experiencia y una importante 
preparación. En esta colaboración, la forma de trabajo se asemeja más a la de los experimentos realizados en grandes instalaciones de física nuclear donde los tiempos son acotados, obligando al equipo a abocarse de lleno a las tareas requeridas”, comentó Molina.
La experiencia de medir neutrones provenientes de plasmas pulsados en estas condiciones es única en el mundo y acá cada parte ofrece un aporte concreto. En el caso del proyecto de Francisco Molina, el objetivo del experimento es obtener el espectro de energías en la emisión “disparo a disparo”, observando la emisión de neutrones desde distintos ángulos. Simular, diseñar, construir y testear un espectrómetro de neutrones, capaz de medir tanto fuentes continuas como pulsadas en amplio rango, permitirá contar con una herramienta única de caracterización de campos neutrónicos.
Por su parte, el proyecto ANILLO, liderado por Leopoldo Soto, busca realizar una mejor caracterización de la emisión de neutrones en los equipos de plasmas pulsados, diseñados y construidos en la CCHEN. El equipo estudia el efecto de las radiaciones pulsadas (rayos X y neutrones) en materia viva, particularmente en células cancerosas.
Finalmente, el proyecto Tarifeño-Saldivia busca desarrollar un dosímetro ambiental de mejor portabilidad (menor peso y tamaño), mejor sensibilidad energética y con la capacidad de responder a emisiones de neutrones provenientes de una estructura temporal compleja (continua, pulsada y cuasi-continua). «Una buena medición del espectro de los neutrones emitidos por los plasmas densos producidos en nuestros equipos plasma focus podría entregar información de los procesos que gatillan una reacción de fusión nuclear”, comenta Pavez.
El investigador reconoce tres grandes hitos, de interés común a los objetivos científicos definidos por su equipo: i) exploración de nuevos regímenes de operación de los dispositivos plasma focus para aumentar la eficiencia en la producción de neutrones. En esta campaña se incrementó en un orden de magnitud la producción de neutrones ii) medición del espectro de neutrones de dispositivos de fusión de baja energía en ambiente de scattering de neutrones controlado iii) medición de dosis de pulsos ultra corto de neutrones, en ambiente de alto ruido electromagnético.
“Esta interacción es un ejemplo más de las capacidades de colaboración multidisciplinaria y transdisciplinaria que hemos ido desarrollando en la CCHEN, a nivel nacional e internacional. No solo hemos puesto ideas en el mundo con nuestros experimentos de plasmas densos a pequeña escala, también hemos abierto colaboraciones y temas de investigación en común”, señala Soto, convencido de que para lograr nuevos avances en el conocimiento y en la búsqueda de soluciones a los problemas complejos que hoy nos aquejan, debemos abrir las fronteras disciplinarias a otros saberes y experiencias y trabajar en forma colaborativa.
Equipo de trabajo
Esta campaña experimental se realizó gracias al aporte de investigadores y profesionales de la CCHEN y de la Universidad Técnica Federico Santa María, estudiantes de la Universidad de Chile, además de un investigador invitado del Instituto de Técnicas Energéticas de la Universidad de Cataluña, España. Todo bajo la coordinación de Francisco Molina y Cristian Pavez, del Departamento de Ciencias Nucleares.
Laboratorio de Investigaciones Nucleares DCN-CCHEN:
– Investigadores: Francisco Molina, Marcelo Zambra.
– Estudiantes Universidad de Chile:
Postgrado: Pablo Aguilera y Jaime Romero (tesistas Doctorado)
Andrés Ruiz, Franco López y Byron Parra (tesistas de Magíster)
Pregrado: Ariel Tello (estudiante de pregrado)
Laboratorio de Física de Plasmas y Fusión Nuclear DCN-CCHEN
– Investigadores: Gonzalo Avaria, José Moreno, Cristian Pavez y Leopoldo Soto.
– Profesional mecánico: Marcelo Vásquez.
Universidad Técnica Federico Santa María:
– Ingeniero (M.Sc.) Luis Orellana.
En una campaña experimental previa (marzo de 2019) hubo resultados preliminares que dieron paso al diseño de estos experimentos. Entonces, colaboraron Biswajit Bora, Sergio Davis y Jalaj Jain, todos del Departamento de Ciencias Nucleares de la CCHEN. Esta primera campaña también recibió apoyo del profesor de la Universidad de Chile, Hugo Arellano.
Proyectos
[1] “Estudios experimentales en campos neutrónicos usando un sistema espectroscópico multipropósito de amplio rango energético basado en el método de las esferas de Bonner” (FONDECYT 1171467).
[2] “Física de Plasmas y Potencia Pulsada para Energía y Vida, Efectos y Aplicaciones a Materiales y Materia Viva” (CONICYT Anillo ACT-172101).
[3] “Dosímetros Innovativos para Campos Neutrónicos Continuos y Pulsados, LINrem”, Universidad Politécnica de Cataluña.
