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jueves, septiembre 29, 2022
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Instrumentación del FRIB en donde se detiene los iones producidos.

Gerardo Herrera Corral*

Michigan es un estado norteamericano que se encuentra muy al norte, entre los Grandes Lagos y la frontera con Canadá. Es conocido como la capital de la industria automotriz desde que Henry Ford comenzó ahí la fabricación de automóviles en serie el siglo pasado y es también un estado con creciente actividad tecnológica en física nuclear. De ahí es Clyde Cowan, descubridor del neutrino, allí trabajo Samuel Goudsmit y George Uhlenbeck quienes propusieron el concepto de spin del electrón, entre otros muchos.

Ahora la Universidad Estatal de Michigan ha construido un acelerador para producir isótopos raros de los elementos conocidos. Con una inversión de poco menos de un millón de dólares, el FRIB (por sus siglas en inglés: Facility for Rare Isotope Beams) será la principal fábrica de isótopos del mundo.

Los isótopos son variantes de los elementos químicos que cuentan con más neutrones en el núcleo, aunque tienen el mismo número de protones. Así, por ejemplo, del elemento más ligero, sencillo y conocido, el hidrógeno, conocemos el deuterio y el tritio que tienen un protón en el núcleo, pero un neutrón adicional en el caso del deuterio y dos neutrones para el tritio. El deuterio y al tritio se conocen como isótopos o nucleidos del hidrógeno.

Si bien los nucleidos tienen el mismo número de protones y, por tanto, el mismo número de electrones girando en su derredor, el hecho de contar con más neutrones no cambia su reactividad, pero sí compromete su estabilidad y por eso algunos de los isótopos conocidos tienen una vida tan corta que nos impide encontrarlos en la naturaleza.

Producir isótopos en el laboratorio es de gran interés. Permite el estudio detallado de sus propiedades para la comprensión de procesos astrofísicos, como los que ocurren en las estrellas de neutrones, así como los mecanismos que entran en juego durante las explosiones de supernovas. Algunos isótopos, además, podrían tener importantes aplicaciones en la industria y la medicina.

Actualmente se conocen cerca de 3 mil isótopos de los elementos químicos de la tabla periódica. Muchos, que son físicamente posibles, se deben haber producido en etapas tempranas del universo o en violentos eventos astrofísicos, donde, después de generarse, se desintegran rápidamente, de manera tal que no serían conocidos ni estudiados, a no ser que se produzcan de manera artificial en laboratorios de este tipo.

El nuevo laboratorio se llama “Instalación de Haces para Isótopos Raros”. Es un pequeño acelerador que podría duplicar el número de los isótopos conocidos y, quien sabe, quizás hasta descubrir elementos nuevos, que aún no están en el catálogo al que llamamos tabla periódica de los elementos.

La máquina, inaugurada a comienzos de mayo, acelera núcleos de elementos estables y los dispara contra un blanco formado por átomos de carbono o berilio. La reacción producirá isótopos que serán estudiados con instrumentación dedicada. La fracción del haz que no reaccione con el blanco se seguirá de largo para encontrarse luego con un freno de agua. Esta manera de detener al haz en agua producirá isótopos adicionales que, posteriormente, serán extraídos del agua, de la misma manera como se retiran de ella minerales por filtrado.

La producción de nuevos isótopos podría darnos nuevas maneras de diagnosticar y tratar el cáncer. Recordemos que es justamente un isótopo, el flúor 18, el que se usa en la tecnología de tomografía por emisión de positrones para hacer imágenes de muchos órganos, que permiten a los médicos encontrar anomalías fisiológicas y anatómicas. Recordemos también que son isótopos los utilizados para irradiar tumores cancerígenos, de manera que bien podría ocurrir que alguno de los nucleidos que se produzcan tenga mejores propiedades para diagnóstico y tratamiento.

Nuevos isótopos podrían también ofrecer la posibilidad de desarrollo en el área de materiales, en la ingeniería nuclear, como trazadores de la industria química, entre otras áreas de la tecnología.

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