Un nuevo detector de centelleo lidia con haces de neutrones brillantes
El elemento central de la ESS será un acelerador lineal de 600 metros que dispara protones a un objetivo de volframio, desde el que, consecuentemente, se emitirán neutrones. Utilizará neutrones para investigar la estructura y el movimiento de diferentes materiales a nivel atómico o molecular a fin de permitir un análisis científico. Su construcción requiere unos avances tecnológicos considerables en todos los ámbitos del diseño de los componentes del instrumento. Los detectores no son una excepción. Estas nuevas fuentes superan las capacidades de los detectores de neutrones actuales en lo que respecta a su aptitud para medir tasas altas de partículas emitidas o para detectar las posiciones de las partículas en el espacio con alta precisión, o ambas. A este fin, con frecuencia es necesario atenuar el haz de neutrones, que inicialmente es muy brillante, emitido por una fuente de neutrones potente. «Las siguientes generaciones de fuentes de neutrones, como la ESS, son tan potentes que la mayoría de los detectores modernos quedan cegados por ellas, igual que una persona que mira directamente al sol», comenta Sebastian Jaksch, coordinador del proyecto financiado con fondos europeos SoNDe. Otra función esencial de los detectores de neutrones de alta eficacia es su capacidad para distinguir con claridad entre neutrones y radiación gamma, o cualquier otro tipo de radiación.
El primer detector modular de estado sólido para flujos de neutrones altos
El proyecto SoNDe fue el primero en diseñar un detector de centelleo que elimina la necesidad de atenuar el haz de neutrones. «SoNDe utiliza un diseño modular para el detector que permite a los científicos contar hasta 250 000 neutrones por segundo mediante un único módulo de 5x5 cm2. Así, este detector tiene una capacidad veinte veces mayor que los detectores avanzados de neutrones. Cada módulo se puede usar de forma independiente o unirse a otros detectores organizándolos tal como sea necesario», explica Jaksch. En primer lugar, los neutrones impactan en el vidrio del centelleador, que contiene litio-6, un isótopo de litio estable que emite una ráfaga de luz débil como respuesta. Por cada neutrón capturado, se emiten aproximadamente seiscientos fotones. Tal como explica Jaksch: «Con SoNDe, tenemos el rango dinámico para distinguir si se emiten 1 o 250 000 neutrones por segundo. El fotomultiplicador nos ayuda a detectar tanto las señales muy débiles como las señales potentes para medir correctamente su intensidad». El equipo del proyecto aprovechó el potencial de los tubos fotomultiplicadores de varios ánodos que se comportan como muchos detectores en uno y donde un único píxel actúa como un fotomultiplicador. Gracias a un diámetro mucho menor, puede alojar más sensores en la superficie, mejorando así la tasa de recuento y la resolución del detector. Otra gran ventaja de esta nueva tecnología del detector de neutrones es que el centelleador no contiene helio-3, un gas escaso y caro.
Una ventana al futuro
Los detectores de neutrones de alta eficacia son fundamentales en muchos sectores, como la ciencia de los materiales, la medicina, la biología y la astronomía. «Si se hace un seguimiento del transporte de las moléculas de un fármaco usando neutrones, se pueden desarrollar mejores medios para administrar los fármacos que permitan llevar grandes cantidades a las partes del cuerpo adecuadas. También pueden ofrecer a los arqueólogos información importante, a la que, de otra forma, no tendrían acceso, sobre artefactos antiguos sin destruirlos ni cortarlos», señala Jaksch. Otra aplicación es la investigación de baterías de alto rendimiento en funcionamiento, lo cual es necesario para los vehículos eléctricos. Además de las investigaciones científicas, estas tecnologías de detectores abren la puerta a nuevas aplicaciones prácticas y pueden adaptarse a ellas. «Los vehículos autónomos necesitarán detectores adecuados para identificar obstáculos, calcular la velocidad de otros vehículos y recorrer la carretera de forma segura. Por último, la tecnología de detectores también puede resultar útil para ayudar a detectar turbulencias durante los vuelos», concluye Jaksch.
Palabras clave
SoNDe, neutrón, detector de neutrones, Fuente Europea de Neutrones por Espalación (ESS), detector de centelleo, litio, fotomultiplicador de varios ánodos, vehículos autónomos
