Una innovadora técnica de análisis de materiales mejorará la seguridad nuclear

Una nueva tecnología, que emplea la microscopía electrónica de ensayos mecánicos in situ, podría propiciar el desarrollo de materiales para aplicaciones de energía nuclear con mejores condiciones que los actuales, como así también perfeccionar las pruebas de seguridad efectuados en las centrales nucleares. La innovación ha sido desarrollada por especialistas del Lawrence Berkeley National Laboratory, de la Universidad de California en Berkeley y de Los Alamos National Laboratory.

A pesar del desastre de Fukushima, que ha puesto en tela de juicio la viabilidad de la energía nuclear en muchos aspectos y ha puesto en marcha nuevos controles de seguridad, esta fuente energética es un componente importante en los esfuerzos realizados por muchas naciones para disminuir las emisiones de carbono.

En Estados Unidos, por ejemplo, alrededor del 20% de la electricidad en general y casi el 70% de la electricidad libre de emisiones de carbono es generada mediante energía nuclear. Además de la generación de energía, muchas de las instalaciones nucleares del mundo se utilizan para la investigación científica, ensayos de materiales o la producción de radioisótopos para la industria médica.

Sin embargo, la vida útil de los materiales estructurales y funcionales de estas instalaciones es crucial para asegurar una operación confiable. En este sentido, la nueva técnica de ensayo de materiales a escala nanométrica, que puede aplicarse también a estructuras a macroescala, promete mejorar las condiciones de seguridad y viabilizar el desarrollo de nuevos y avanzados materiales nucleares.

Conocer a fondo los materiales nucleares

El trabajo efectuado por los ingenieros y científicos norteamericanos del Lawrence Berkeley National Laboratory, de la Universidad de California en Berkeley y de Los Alamos National Laboratory ha aparecido publicado en un artículo recientemente publicado en el medio especializado Nature Materials. Además, una nota de prensa del Lawrence Berkeley National Laboratory también difunde el hallazgo.

Según Andrew Minor, especialista del National Center for Electron Microscopy (NCEM) y profesor asociado en el departamento de ciencia de materiales e ingeniería de la Universidad de California en Berkeley, se ha demostrado en el marco de esta investigación que es posible obtener las propiedades reales de los materiales con el análisis de muestras irradiadas de solamente 400 nanómetros de diámetro.

En su estudio, Minor y sus colaboradores analizaron muestras de cobre irradiadas con protones de alta energía, un método diseñado para descubrir cómo la radiación afecta a las propiedades mecánicas del cobre. Para ello, emplearon un microscopio electrónico especializado en ensayos mecánicos in situ. Al descubrir las interacciones que provocan que los materiales irradiados se vuelvan frágiles, o la cantidad de fuerza que un material determinado puede soportar antes de colapsar, esta técnica podría ayudar a los diseñadores de reactores a encontrar materiales adecuados para los componentes utilizados en plantas nucleares.

Instalaciones nucleares más seguras

Al mismo tiempo, la técnica de prueba a pequeña escala podría ayudar a extender la vida útil de un reactor nuclear. Mediante el uso de un ejemplar más pequeño, que limitaría los problemas de seguridad relacionados con el manejo del material de prueba, se podrían llegar a medir las propiedades exactas de un material que ya se utiliza en una instalación nuclear con 40 años de actividad, por ejemplo.

De esta forma, será posible verificar si esta estructura seguirá siendo segura en un futuro. Comprender el comportamiento de los materiales nucleares es una cuestión fundamental para incrementar la seguridad de esta fuente energética. Este estudio permite iniciar el diseño de un nuevo sistema de prueba para el desarrollo de materiales nucleares avanzados.

La gran ventaja es que permite explorar los materiales reales in situ, de una forma práctica y aplicable a las necesidades de la energía nuclear. Asimismo, facilita que la industria nuclear aproveche los beneficios de las pruebas a nanoescala, entre otros puntos favorables.

Cabe destacar, además, que al comprender la forma en la que se producen los defectos en las propiedades mecánicas de los materiales empleados en reactores nucleares, será posible diseñar en el futuro materiales más resistentes al daño por radiación, para dar lugar así a tecnologías nucleares más avanzadas y seguras.