Research lines
The Gamma Spectroscopy Group at IFIC is devoted to the investigation of several aspects of the structure of atomic nuclei and the applications of Nuclear Physics to related fields.
Industrial applications
LEON (Low Earth Orbit compact Neutron detector) : desarrollo de un sistema compacto de detección de neutrones en nanosatélites
El Grupo de Espectroscopía Gamma y de Neutrones participa en el desarrollo del sistema de detección LEON (Low Earth Orbit compact Neutron detector) que integrará la misión PoliTech-1. El PoliTech-1 es el primer satélite diseñado por la Universidad Politécnica de Valencia, y será el primer satélite integrado completamente en la Comunidad Valenciana. La misión propuesta consiste en un nanosatélite que incluye diferentes cargas útiles, desarrolladas por diversos grupos universitarios de investigación: una cámara telescópica para actividades de observación de la Tierra (GEODEYE), que proporcionará datos de teledetección para fines académicos e investigadores, un enlace de comunicaciones descendente en banda C (HiDAC), que incluye la etapa de transmisión con antena planar, y que se empleará en la descarga de las imágenes captadas por la carga útil GEODEYE, y un novedoso sistema detector de neutrones y gamma muy compacto (LEON) para medir en órbita la radiación cósmica, caracterizar el clima espacial, y evaluar efectos de daños de la radiación cósmica ionizante en satélites.
En los últimos años, la popularización del acceso al espacio está experimentando un gran auge gracias a la aparición de los pico- y nanosatélites (pequeñas plataformas espaciales de menos de 10 kg). Este sector, con reducidos costes de diseño, fabricación y lanzamiento, ofrece un rendimiento adecuado para muchas aplicaciones, a cambio de tolerar un mayor riesgo de fallo y tener una vida útil más corta. Se le conoce con el término de “New Space”.
Es por ello que, en el contexto de esta convocatoria y en relación con Tecnologías Avanzadas para la exploración del universo, se considera relevante desarrollar una misión espacial completa basada en este tipo de satélites (CubeSats). El principal objetivo de este proyecto consiste en desarrollar, validar y finalmente lanzar al espacio un CubeSat, al que llamaremos PoliTech-1, para operar con él y sus diferentes cargas útiles embarcadas (en aplicaciones de Astrofísica y Teledetección).
El desarrollo de estos sistemas de enmarca dentro del proyecto PoliTech-1 financiado dentro del Plan de Transformación, Recuperación y Resiliencia (Ministerio de Ciencia e Innovación) financiado por la Unión Europea – NextGenerationEU.
Título del proyecto: Diseño, integración, verificación, lanzamiento y operaciones de un CubeSat para Aplicaciones de Astrofísica y Observación de la Tierra
Ref: ASFAE/2022/004
Entidades participantes: Grupo de Aplicaciones de Microondas (ITEAM-UPV) y Grupo de Espectroscopía de Neutrones y Rayos Gamma (IFIC-CSIC-UV)
Duración: 01/01/2022 – 29/06/2025
Investigadores responsables: Dr. Vicente E. Boria Esbert (ITEAM-UPV), Dr. Luis Caballero Ontanaya (IFIC-CSIC-UV)
Número de investigadores participantes: 10
GUALI: Un dispositivo para la monitorización de residuos radiactivos en el desmantelamiento de centrales nucleares
La gestión de los residuos radiactivos es una cuestión importante desde el punto de vista ambiental y económico. La próxima década afronta el cierre de muchas centrales nucleares en todo el mundo, entre ellas las siete que aún funcionan en España. El coste del desmantelamiento en nuestro país se estima en 4.000 millones, a los que se suman los gastos de gestionar los residuos radiactivos. Así, una correcta y eficiente clasificación de estos residuos es vital, puesto que el espacio para almacenarlos es muy limitado. Investigadores del Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto del CSIC y la Universitat de València, han desarrollado un sistema que ayuda a clasificar los residuos generados en el desmantelamiento de centrales nucleares que permitirá reducir costes y volumen de almacenamiento. El sistema se ha desarrollado junto con la empresa pública encargada de gestionar los residuos, ENRESA, y se ha probado con éxito en el desmantelamiento de la central de Zorita.
El sistema, denominado GUALI (Gamma Unit Advanced Location Imager), consiste en un dispositivo portátil compuesto por un detector de cristal centellador acoplado a un fotosensor sensible a la posición, que detecta la radiación gamma procedente de los isótopos radiactivos y determina su distribución mediante espectrometría. Al combinar estos datos con una cámara frontal para determinar las coordenadas espaciales, GUALI permite ubicar las zonas más activas dentro de los contenedores donde se almacenan los residuos generados en el desmantelamiento de la central. Los detectores utilizados actualmente en esta fase del proceso solo son capaces de distinguir los isótopos radiactivos presentes, asumiendo una actividad homogénea en todo el contenedor.
En la gestión de residuos nucleares, el volumen importa. De las 100.000 toneladas generadas en el desmantelamiento de la central José Cabrera (Zorita), 9.000 se catalogaron como residuos radiactivos. Estos se clasifican según su actividad: los de alta, que incluyen elementos con periodos de desintegración superiores a 30 años (combustible nuclear y componentes del reactor), se ubican durante unos años en terrenos de la propia central, a la espera de resolver la ubicación del Almacén Temporal Centralizado (ATC). Los de media y baja actividad, la gran mayoría (tierra y materiales de construcción), se almacenan en las instalaciones de ENRESA en El Cabril (Córdoba), que se encuentran casi al 80% de su capacidad.
Técnicas de medicina nuclear
Detector GUALI-I en una medida de inspección de uno de los contenedores de la central nuclear José Cabreara (Zorita-Guadalajara).
“Por eso es tan importante conocer con detalle cómo se distribuyen los radioisótopos en los contenedores y posibilitar que sean lo más homogéneos posibles”, explica Luis Caballero Ontanaya, uno de los investigadores del IFIC que ha desarrollado GUALI. Caballero tiene experiencia en el campo de la física médica y medicina nuclear, donde se utilizan cámaras gamma para diagnóstico del cáncer. La aplicación de esta técnica a la gestión de residuos nucleares surgió de un encuentro entre investigadores y empresas organizado por la Red Consolider CPAN en 2014, donde los miembros del Grupo de Espectroscopía Gamma y de Neutrones del IFIC coincidieron con representantes de ENRESA. El proyecto se ha desarrollado mediante un contrato entre ENRESA y el CSIC, y ha dado lugar a dos patentes.
“Los elementos innovadores contemplan la reconstrucción del espacio y las técnicas de incorporación de esta nueva información a sensores gamma, el empleo de cámaras gamma desarrolladas bajo parámetros de investigación de medidas precisas de tiempo de vuelo de neutrones y la experiencia en el grupo de desarrollos de detectores para física médica como el primer PET de mamografía desarrollado en España”, explica Francisco Albiol Colomer, otro de los investigadores del IFIC responsable del proyecto.
Mejora del dispositivo para próximos desmantelamientos
“GUALI permite la caracterización de los isótopos radiactivos y su distribución dentro del contenedor”, resume Caballero. “Además, hemos diseñado un dispositivo portátil, que permitirá su utilización en las diferentes áreas de la central nuclear durante el proceso de desmantelamiento, y de uso autónomo por el equipo de ENRESA mediante un software para el análisis de datos”. El primer prototipo de GUALI se ha probado en el desmantelamiento de la central José Cabrera, la primera en funcionar en España (1968) y la primera donde el proceso se realiza de forma completa (aproximadamente 10 años, 2010-2020).
En la actualidad, el equipo del IFIC continúa colaborando con ENRESA para continuar adaptando este sistema a las características propias del proceso de caracterización de residuos radiactivos. Dentro de esta colaboración se ha desarrollado la tesis doctoral de José Luis Leganés, titulada “Uso de detectores de la radiación para el desarrollo de técnicas de reconstrucción espacial en residuos radiactivos”.
La siguiente fase de GUALI incluirá el desarrollo de nuevas técnicas de reconstrucción espacial basadas en inteligencia artificial y mejoras para realizar medidas directamente en las distintas instalaciones de la central nuclear en la fase previa de caracterización de los materiales radiactivos. Estas mejoras se probarán en el desmantelamiento de Santa María de Garoña (Burgos), la última central nuclear en parar donde ENRESA tiene previsto comenzar los trabajos en 2021. El calendario de cierre de las nucleares en España prevé el cierre escalonado de las siete que aún funcionan en el periodo 2027-2035. Mucho trabajo por delante para GUALI.
La gestión de los residuos radiactivos es una cuestión importante desde el punto de vista ambiental y económico. La próxima década afronta el cierre de muchas centrales nucleares en todo el mundo, entre ellas las siete que aún funcionan en España. El coste del desmantelamiento en nuestro país se estima en 4.000 millones, a los que se suman los gastos de gestionar los residuos radiactivos. Así, una correcta y eficiente clasificación de estos residuos es vital, puesto que el espacio para almacenarlos es muy limitado. Investigadores del Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto del CSIC y la Universitat de València, han desarrollado un sistema que ayuda a clasificar los residuos generados en el desmantelamiento de centrales nucleares que permitirá reducir costes y volumen de almacenamiento. El sistema se ha desarrollado junto con la empresa pública encargada de gestionar los residuos, ENRESA, y se ha probado con éxito en el desmantelamiento de la central de Zorita.
El sistema, denominado GUALI (Gamma Unit Advanced Location Imager), consiste en un dispositivo portátil compuesto por un detector de cristal centellador acoplado a un fotosensor sensible a la posición, que detecta la radiación gamma procedente de los isótopos radiactivos y determina su distribución mediante espectrometría. Al combinar estos datos con una cámara frontal para determinar las coordenadas espaciales, GUALI permite ubicar las zonas más activas dentro de los contenedores donde se almacenan los residuos generados en el desmantelamiento de la central. Los detectores utilizados actualmente en esta fase del proceso solo son capaces de distinguir los isótopos radiactivos presentes, asumiendo una actividad homogénea en todo el contenedor.
En la gestión de residuos nucleares, el volumen importa. De las 100.000 toneladas generadas en el desmantelamiento de la central José Cabrera (Zorita), 9.000 se catalogaron como residuos radiactivos. Estos se clasifican según su actividad: los de alta, que incluyen elementos con periodos de desintegración superiores a 30 años (combustible nuclear y componentes del reactor), se ubican durante unos años en terrenos de la propia central, a la espera de resolver la ubicación del Almacén Temporal Centralizado (ATC). Los de media y baja actividad, la gran mayoría (tierra y materiales de construcción), se almacenan en las instalaciones de ENRESA en El Cabril (Córdoba), que se encuentran casi al 80% de su capacidad.
Transferencia transversal
“Por eso es tan importante conocer con detalle cómo se distribuyen los radioisótopos en los contenedores y posibilitar que sean lo más homogéneos posibles”, explica Luis Caballero Ontanaya, uno de los investigadores del IFIC que ha desarrollado GUALI. Caballero tiene experiencia en el campo de la física médica y medicina nuclear, donde se utilizan cámaras gamma para diagnóstico del cáncer. La aplicación de esta técnica a la gestión de residuos nucleares surgió de un encuentro entre investigadores y empresas organizado por la Red Consolider CPAN en 2014, donde los miembros del Grupo de Espectroscopía Gamma y de Neutrones del IFIC coincidieron con representantes de ENRESA. El proyecto se ha desarrollado mediante un contrato entre ENRESA y el CSIC, y ha dado lugar a dos patentes.
“Los elementos innovadores contemplan la reconstrucción del espacio y las técnicas de incorporación de esta nueva información a sensores gamma, el empleo de cámaras gamma desarrolladas bajo parámetros de investigación de medidas precisas de tiempo de vuelo de neutrones y la experiencia en el grupo de desarrollos de detectores para física médica como el primer PET de mamografía desarrollado en España”, explica Francisco Albiol Colomer, otro de los investigadores del IFIC responsable del proyecto.
Mejora del dispositivo para próximos desmantelamientos
Monitorización remota del contenido radiactivo mediante un dispositivo de visualización portátil en la central nuclear de Zorita, Guadalajara.
“GUALI permite la caracterización de los isótopos radiactivos y su distribución dentro del contenedor”, resume Caballero. “Además, hemos diseñado un dispositivo portátil, que permitirá su utilización en las diferentes áreas de la central nuclear durante el proceso de desmantelamiento, y de uso autónomo por el equipo de ENRESA mediante un software para el análisis de datos”. El primer prototipo de GUALI se ha probado en el desmantelamiento de la central José Cabrera, la primera en funcionar en España (1968) y la primera donde el proceso se realiza de forma completa (aproximadamente 10 años, 2010-2020).
En la actualidad, el equipo del IFIC continúa colaborando con ENRESA para continuar adaptando este sistema a las características propias del proceso de caracterización de residuos radiactivos. Dentro de esta colaboración se ha desarrollado la tesis doctoral de José Luis Leganés, titulada “Uso de detectores de la radiación para el desarrollo de técnicas de reconstrucción espacial en residuos radiactivos”.
La siguiente fase de GUALI incluirá el desarrollo de nuevas técnicas de reconstrucción espacial basadas en inteligencia artificial y mejoras para realizar medidas directamente en las distintas instalaciones de la central nuclear en la fase previa de caracterización de los materiales radiactivos. Estas mejoras se probarán en el desmantelamiento de Santa María de Garoña (Burgos), la última central nuclear en parar donde ENRESA tiene previsto comenzar los trabajos en 2021. El calendario de cierre de las nucleares en España prevé el cierre escalonado de las siete que aún funcionan en el periodo 2027-2035. Mucho trabajo por delante para GUALI.