Una partícula que amb prou feines ocuparia una nota a peu de pàgina en un text sobre física podria ajudar a superar ben aviat un obstacle decisiu per a les tasques de neteja del complex nuclear accidentat de Fukushima Daiichi, al Japó. A l’interior del complex hi ha tres nuclis de reactors nuclears destrossats que han quedat convertits en un embull de centenars de tones d’urani, plutoni, cesi i estronci, altament radioactius, entortolligats. Després de les fusions dels nuclis, que es van produir el 2011 de resultes d’un terratrèmol i el consegüent tsunami, la majoria del material dels reactors de la central es va tornar a solidificar, prenent formes complicades i ocupant espais closos, abraçant i travessant les parts estructurals dels reactors i dels edificis.

O, si més no, això creuen els enginyers. El cas és que ningú no ho sap del cert, ja que moltes de les parts principals de les instal·lacions accidentades encara no han pogut ser examinades. Malgrat que han passat tres anys i mig, ficar-s’hi per fer un cop d’ull segueix sent massa perillós, i enviar-hi una càmera implicaria córrer el risc que hi hagués més fuites. Els enginyers ni tan sols disposen de prou dades per dissenyar un model informàtic que els indiqui quines parts dels nuclis dels reactors estan intactes i quines es van fondre, perquè els sistemes de mesura de l’interior dels edificis no van estar operatius durant els dies posteriors a l’accident. A més, tot i que hi pugui haver fuites, els edificis tenen uns murs de formigó i d’acer tan gruixuts que no hi ha manera de poder emprar la radiografia o altres tècniques d’imatgeria per obtenir representacions de la runa des d’una distància segura. Duncan W. McBranch, director de tecnologia del Laboratori Nacional de Los Álamos, a Nou Mèxic (EUA), assegura que per netejar els reactors cal fabricar eines especials fetes expressament. Però aquestes eines “es poden dissenyar molt millor si tens una idea com cal del que hi ha a l’interior”. I ara per ara, “ningú no sap què va passar allà dins”, afegeix.

Muons per planificar la neteja

Toshiba, el contractista que es va encarregar de les tasques de neteja inicials, i el Laboratori Nacional de Los Alamos volen aplicar a la neteja una nova tècnica que els experts esperen que reporti imatges tridimensionals dels nuclis dels reactors accidentats, i permeti diferenciar l’urani i el plutoni d’altres materials. Fa anys que el departament d’Energia dels Estats Units dedica esforços a desenvolupar aquesta tècnica i ja ha autoritzat l’ús d’una forma menys avançada per a una tasca més limitada: una empresa de Virgínia l’ha incorporada a un dispositiu que explora els contenidors de transport de mercaderies a la recerca d’urani o plutoni de contraban, combustibles amb els quals es podria fabricar una bomba atòmica. La nova versió del laboratori serà molt més ambiciosa i se centrarà més en l’obtenció d’imatges que en la mera detecció de certs materials.

La tècnica aprofita el fet que tot el que hi ha a la Terra és bombardejat constantment per muons, unes partícules subatòmiques semblants en certa manera als electrons però 200 vegades més pesades. La radiació còsmica agita els muons de les molècules de l’atmosfera fins que s’alliberen i plouen sobre la Terra a una velocitat pròxima a la de la llum. Les partícules poden penetrar desenes de metres sota terra. Ocasionalment, però, un muó toparà per casualitat amb un nucli atòmic i, en fer-ho, canviarà de direcció, cosa que donarà pistes sobre la forma i la densitat de l’objecte amb què ha topat. La tècnica consistent a detectar aquestes partícules disperses i inferir contra què han topat s’anomena tomografia muònica o de muons. “Té una certa semblança amb la radiografia, però els detalls del procés són diferents des del punt de vista de la física”, explica McBranch.

L’operació trigarà setmanes, però s’obtindrà una imatge en tres dimensions i es podrà distingir el formigó, l’acer i l’aigua de l’urani, el plutoni i altres materials molt pesats. “No necessitem una imatge ràpida, només cal que sigui bona. Tenim tot el temps del món”, comenta Stanton D. Sloane, conseller delegat de Decision Sciences, una empresa que també hi està implicada. Segons fonts del laboratori, està previst que enguany comenci a provar-se la tècnica i que l’any vinent s’obtinguin imatges definitives.

Detectors especials

L’aportació de Los Alamos al projecte de Fukushima consisteix fonamentalment en programari informàtic. L’equip material que l’acompanya, que ja s’ha posat a prova amb un petit reactor intacte, consta de dos detectors de la mida d’una tanca publicitària col·locats en dos costats oposats de l’edifici. Cada detector està format per una sèrie de tubs que recorden un òrgan d’església, cadascun dels quals conté gasos inerts, com per exemple l’argó, que transmeten un senyal en el moment que xoca un muó. Aquesta partícula és impossible de marcar, però els detectors en poden fer un seguiment a través dels tubs que reben l’impacte d’un muó quan entra i surt del reactor, així com l’angle en què hi ha incidit. Els enginyers poden saber que es tracta de la mateixa partícula que entra i surt cronometrant les deteccions.

A més, no cal instal·lar els detectors a l’interior de l’edifici del reactor. De fet, funcionarien pitjor des de dins, perquè la radiació gamma que emana del combustible que s’ha fos dificultaria la detecció dels muons. En lloc d’això, els detectors es col·locaran a uns quants pams dels murs exteriors de l’edifici del reactor i estaran protegits per 10 cm d’acer que aturaran els rajos gamma sense afectar els muons. Al nivell del mar passaran uns 10.000 muons per cada metre quadrat dels detectors per minut. Només una petita part dels muons es desviaran i aportaran dades d’interès, de manera que els detectors hauran de funcionar durant setmanes per reunir prou informació per oferir una imatge clara.

Tecnologia de piràmides

Val a dir que la tomografia muònica no és una tècnica completament nova. Als anys 60 es va fer servir per investigar l’interior de la Gran Piràmide de Gizeh. Tot i això, la versió actual genera imatges d’una resolució molt superior, segons McBranch.

El Japó recorre cada cop més a l’ajuda estrangera per dotar-se de la tecnologia que necessita per netejar Fukushima. Aquest mes, Tepco, l’empresa que gestionava la central nuclear, ha anunciat que ha arribat a un acord amb Kurion, una empresa de gestió de residus d’Irvine, Califòrnia, perquè elimini l’estronci radioactiu de 340.000 tones d’aigua contaminada que es troben al lloc de la catàstrofe mitjançant un sistema mòbil.

Lake H. Barrett és enginyer i no participa directament en el projecte. Va ser director de la Comissió Reguladora Nuclear dels Estats Units establerta sobre el terreny durant les tasques de neteja durant l’accident a la central nuclear de Three Mile Island, situada a prop de Harrisburg, Pennsilvània. En referència al seu ús per a la detecció de combustible nuclear de contraban destinat a la fabricació d’armament, comenta: “M’alegro de veure la sinergia que es genera amb tècniques en les quals als Estats Units ens hem gastat centenars de milions de dòlars. Pel que fa a la seva efectivitat, haurem d’esperar i veure què passa, però tots som optimistes”, conclou.