Desarrollan un equipo con neutrones para hallar objetos sepultados
UN/DICYT Vasijas indígenas, artesanías o huesos enterrados podrán hallarse, por primera vez en el país, a partir de neutrones y sin necesidad de técnicas invasivas. Un dispositivo que les servirá a arqueólogos e ingenieros agrícolas, entre otros profesionales, acaba de ser desarrollado por físicos nucleares para hallar objetos sepultados. La técnica sirve también para determinar la humedad en el suelo.
El experimento consistió en implementar, con la física nuclear, un instrumento no invasivo para hallar objetos orgánicos enterrados. El equipo: una fuente radioactiva de neutrones, un sistema electrónico moderno y tubos detectores llenos con helio 3 y argón. El objetivo es contar con una técnica propia y mejorada con respecto a la de otros países. Por el momento, los resultados obtenidos en el laboratorio muestran que la técnica funciona. Ahora el camino queda abierto para la aplicación en varios campos.
Ángel Cruz, estudiante de la Maestría en Física de la Universidad Nacional en Bogotá, sabe que el trabajo que desarrolla con el profesor Fernando Cristancho dejará una huella importante en el campo científico colombiano, sobre todo en el de la física aplicada. Investigadores de varias disciplinas verán mejorar sus prácticas con el uso de un detector que utiliza neutrones para saber si un material orgánico se encuentra enterrado en determinado terreno.
En la actualidad, son comunes los detectores de metales para diversos fines, pero estos no sirven para hallar elementos tales como vasijas indígenas, artesanías o huesos enterrados, entre otra gran cantidad de objetos ricos en hidrógeno, carbono y oxígeno. La técnica propuesta sirve también como un método adicional para determinar la humedad en el suelo.
Hace un par de años, para Ángel Cruz y el grupo de Física Nuclear no era posible hacer un experimento de laboratorio con neutrones. Por eso se recurrió a la simulación por computador, con un modelo Monte Carlo de alta calidad. “Uno entiende, en teoría, cuáles son las interacciones cuando se trabaja con neutrones. Con un software especializado estudiamos cómo sería la técnica, tanto el proceso de retrodispersión de los neutrones cuando chocan con la materia enterrada, como el proceso de detección. Nos dimos cuenta que era viable aplicar la técnica en Colombia”, explica el joven físico.
Funcionamiento de la técnica
La técnica funciona así, en el Laboratorio de Física Nuclear los investigadores instalaron una caja que contiene una tonelada de arena; allí pueden enterrar cualquier objeto orgánico que quieran hallar con ayuda de los neutrones. Sobre la arena, instalados en un soporte móvil, se encuentran ocho cilindros metálicos llenos con helio 3, que actúan como detectores. Cada uno de estos tubos está unido a un sistema electrónico que lleva la información generada en el experimento a un computador. Guardado en un espacio aparte y con un blindaje especial, el elemento más importante es la fuente radioactiva californio 252, un emisor potente de neutrones.
“La particularidad del californio 252 es que se desintegra naturalmente, emitiendo neutrones. La cualidad de los neutrones es que no tienen carga y eso les permite penetrar bastante bien en la tierra, a diferencia de otras partículas como los protones, que sí tienen carga”, explica.
Cuando los neutrones ingresan en la arena o en la tierra colisionan con los núcleos que la componen, así como con los núcleos del objeto que se quiere detectar. En ese proceso los neutrones pierden energía y los detectores se vuelven sensibles a ellos. “Un neutrón de baja energía, al entrar en contacto con el helio 3 de los detectores, genera una señal eléctrica que va directo al sistema de cómputo. La señal es amplificada con una electrónica especial. De allí podemos determinar cuántos neutrones llegaron al detector. Dependiendo de la cantidad, se puede determinar si hay algo enterrado rico en hidrógeno o no”, detalla Cruz.
Cooperación con el Organismo Internacional de Energía Atómica
Este trabajo hace parte de un proyecto de cooperación con el Organismo Internacional de Energía Atómica. Dentro de esta colaboración se entró en contacto con científicos de Sudáfrica, unos de los primeros en proponer esta técnica. Cruz asegura que con la ayuda de este detector y del simulador virtual se pueden analizar otras variables. Por ejemplo, cuando se quiso estudiar cómo se comporta el detector en terreno húmedo, técnicamente era complicado mojar uniformemente una tonelada de arena.
“Lo que hicimos fue mojar un segmento de arena y, con la simulación, extrapolar lo que sería mojar toda la tonelada. Se trata de mirar toda la física que hay detrás, basándose en la simulación, y contrastarla con los resultados experimentales obtenidos. Podemos jugar en la simulación con cosas que logísticamente no podemos tener en el laboratorio”.
El prototipo desarrollado en el Laboratorio de Física Nuclear Aplicada de la UN es el primero de su tipo en Colombia. Además de ser innovador, presenta un estudio adicional al tener en cuenta la posible humedad presente en el suelo y su influencia en el proceso de detección.