Pequeñas grandes aplicaciones de la Energía Nuclear de Bariloche al mundo

Es tan amplio el mundo de posibilidades cuando hablamos de energía atómica o energía nuclear que nos cuesta imaginar la cantidad de utilidades posibles que tiene. En Bariloche hay grupos de investigación que trabajan a diario con algunas de esas aplicaciones. En el Centro Atómico Bariloche (CAB) se encuentran varios de los grupos de trabajo que forman parte del Instituto de Nanociencia y Nanotecnología (INN, CNEA - CONICET).

Uno de estos grupos, que integra la División de Resonancias Magnéticas, trabaja en la búsqueda de materiales, tan necesarios para una gran cantidad de requerimientos mecánicos, electrónicos y para construcción. Particularmente se investigan materiales sensibles a la radiación ionizante, tanto a la electromagnética (fotones) como a la de neutrones o electrones. Un ejemplo es la alanina, un aminoácido que cuando es irradiado presenta defectos en su estructura molecular cuya cantidad puede ser medida con técnicas de Espectroscopía de Resonancia Paramagnética Electrónica. Gracias a esa respuesta a la radiación estos materiales son caracterizados y utilizados como dosímetros (la dosimetría de radiación es la medición, el cálculo y la evaluación de las dosis absorbidas y la asignación de esas dosis a los individuos u objetos). Estos dosímetros son los sensores que después se utilizan para algunos procesos industriales como la esterilización de alimentos o instrumental quirúrgico. Los alimentos son guardados en contenedores e irradiados con radiación ionizante para mejorar la seguridad y vida útil de los mismos mediante la disminución o eliminación de los microorganismos e insectos hasta su consumo. Es fundamental medir con estos sensores los niveles de radiación para lograr la esterilización efectiva y evitar la contaminación. Esta técnica se utiliza principalmente en alimentos frescos, fruta fina para exportación, carnes sin hueso, entre otras.

Entre los materiales de estudio están los que forman parte de los mismos reactores. Por un lado las llamadas “barras de control”, que son los elementos que permiten regular la potencia del reactor. Es un elemento esencial en la seguridad; sin ellas, la potencia del núcleo del reactor aumentaría sin control. Miembros de la División Resonancias Magnéticas han colaborado con otros grupos del CAB en la caracterización de los materiales magnéticos que se utilizan para el posicionamiento preciso de las barras de control en un entorno con condiciones extremas de presión, temperatura y niveles de radiación.

Por otro lado está la caracterización de las pastillas de combustible que son las que dan energía al reactor. Están hechas de óxido de uranio a las que se le agrega óxido de gadolinio para optimizar la forma en que se consume el combustible. Como el gadolinio (ion Gd3+) da una señal muy clara en medidas de resonancia paramagnética electrónica, es posible determinar su distribución dentro de las pastillas y caracterizar su calidad como elemento combustible. También se trabaja en la caracterización magnética de aceros estructurales, de modo de poder estimar con técnicas no destructivas (magnetización y resonancia magnética) el daño por radiación producido en el material constituyente del recipiente de presión del reactor.

Otra aplicación en la que se trabaja en Bariloche es la que orienta el uso de la energía nuclear a la física médica. En la División de Resonancias Magnéticas se estudia el mecanismo de hipertermia magnética que se propone como un tratamiento antitumoral en el que se emplean nanopartículas magnéticas que generan calor al ser expuestas a un campo magnético y de esta manera induce la muerte de células tumorales. Actualmente se propone la aplicación de este tratamiento en conjunto con la radioterapia. Con esta motivación en el laboratorio se está estudiando el efecto sinérgico de aplicar hipertermia magnética y radiación ionizante a cultivos celulares con el fin de potenciar sus efectos, esto  posibilitaría disminuir la dosis de radiación y disminuir así los efectos secundarios en las personas.

Otro ejemplo de aplicación es el reciente desarrollo de un nanocompuesto formado por partículas de hidroxiapatita, material que es sensible a la radiación y que contiene nanopartículas magnéticas. Por un lado, quedan entonces las partículas que generan calor y pueden producir muerte celular y por el otro lado la matriz a partir de la cual se puede medir la dosis de esa radiación. Es un material bifuncional, que permite producir muerte celular por calentamiento local y medir esas dosis de radiación para, en el futuro, lograr hacer más preciso y localizado el tratamiento.

En el Departamento de Materiales Nucleares (DMN) se realizan investigaciones en materiales cerámicos para diversos fines. Por un lado, hay capacidades de fabricación de combustibles nucleares, en particular los de dióxido de uranio y sus posibles modificaciones/optimizaciones como, por ejemplo, mejoras en la eficiencia o las adaptaciones que los hacen tolerantes a accidentes (ATF accident tolerant fuels). Por otro  lado, se ejecutan investigaciones relativas a la gestión y tratamiento de combustibles gastados y residuos radiactivos como puede ser el método de vitrificación de los mismos, que consiste en fusionar estos desechos con materiales vítreos. Además se efectúan investigaciones con la tecnología de plasma para reducir en gran medida el volumen de estos residuos, una capacidad que más allá de ser útil y necesaria en el ciclo combustible, también responde a otras necesidades como por ejemplo la gestión de residuos urbanos.

También en el DMN se efectúan investigaciones en aplicaciones médicas; dentro de las mismas se encuentra el desarrollo experimental de microesferas vítreas que contienen Itrio, y que al ser activadas por un proceso de radiación neutrónica en un reactor nuclear de investigación, se obtiene un material con contenido del radiosótopo Y-90 (Itrio 90). Este tipo de microesferas tienen el objetivo de ser utilizadas en el tratamiento de cáncer de hígado, a través de un procedimiento conocido como radioembolización, el cual permitiría aumentar la expectativa de vida de las personas que padecen esta enfermedad.

Las investigaciones en el área nuclear han generado el conocimiento necesario para desarrollar otro tipo de aplicaciones, tales como el uso de microesferas vítreas con la capacidad de transportar químico-fármacos como la doxorrubicina, la cual es una droga muy utilizada en quimioterapia; sin embargo, con efectos secundarios que deseablemente se deben evitar. Por lo tanto, se propone usar microesferas vítreas para transportar este medicamento de la forma más localizada posible en el cuerpo y hacia el órgano afectado.

A su vez, se han podido desarrollar investigaciones en el área de regeneración ósea. Para este fin se trabaja con materiales vítreos y cerámicos muy porosos conocidos como bioactivos, los cuales tienen la capacidad de formar hidroxiapatita en su superficie que es el mineral más abundante en el tejido óseo, allí radica la importancia de su investigación.

Las investigaciones en aplicaciones médicas son altamente interdisciplinarias, por lo tanto, la colaboración con investigadores/as del Instituto de Energía y Desarrollo Sustentable (IEDS)  y del Instituto de Tecnologías Nucleares para la Salud (INTECNUS), han permitido obtener resultados promisorios necesarios para la aplicación final.

El estudio de todos estos materiales expuestos a diversos tipos de radiación genera el conocimiento necesario para sumar avances tanto en infraestructura como en procesos y aplicaciones que irán mejorando la calidad y la seguridad necesaria para el medio ambiente y la ciudadanía en general. Desde el Instituto de Nanociencia y Nanotecnología ubicado geográficamente en el Centro Atómico Bariloche y en el Centro Atómico Constituyentes, se trabaja en la constante búsqueda de soluciones y proyectos de innovación apuntados a mejorar la calidad de vida de todos y todas.

Por: Comisión de Comunicación del INN 

INN - Instituo de Nanociencia y Nanotecnología - Unidad ejecutora de doble dependencia CNEA - CONICET. Nodo CAB.

Fuente:

Elin Winkler: - Dra. en Física - INN CAB
Alejandro Butera - Dr. en Ciencias Físicas - INN CAB
Irina Viatela -  MSc-PhD Candidata - INN CAB