El grupo de investigadores de la UHU

El equipo de investigación Estructura de la Materia del departamento de Física Aplicada de la Universidad de Huelva, liderado por el profesor Ismael Martel, desarrolla una intensa labor en el campo teórico, experimental e instrumental de la Física Nuclear, que permitirá ampliar el conocimiento de las propiedades de la materia nuclear. Y es que el estudio de la estructura de la materia contribuye decisivamente a la mejora del bienestar social y al desarrollo tecnológico.

Así pues, los científicos se encargan del estudio de las propiedades y el comportamiento del núcleo atómico, la mayor parte en el seno de colaboraciones nacionales e internacionales. Para ello desarrollan experimentos en diferentes aceleradores de partículas. En España se emplean los aceleradores tipo Tandem del Centro Nacional de Aceleradores (CNA) de Sevilla y del Centro de Microanálisis de Materiales (CMAM) de Madrid.

Por otro lado, los investigadores desarrollan una actividad intensa encaminada a la creación de instrumentación nuclear. “Para el desarrollo de dicha labor es requisito fundamental el uso de grandes infraestructuras científicas, equipadas con aceleradores de partículas e iones que permitan observar la materia a escala nuclear”, asegura Ismael Martel.

Instrumentación nuclear

Con relación al área de instrumentación nuclear, el grupo se encuentra inmerso en diferentes proyectos de investigación de envergadura, cuyos resultados podrán favorecer al desarrollo de empresas de alta tecnología en el ámbito nacional, y particularmente en Andalucía.

Así, los expertos onubenses están en la fase final de la construcción de un sistema de detector de partículas cargadas que está considerado uno de los instrumentos más eficientes de Europa. Se trata de una bola de silicio que posee un diámetro de 30 centímetros, y que detecta las partículas cargadas que se producen en las reacciones nucleares en los aceleradores.

Dicho detector servirá para realizar estudios sobre las características de la estructura nuclear y las reacciones inducidas por núcleos exóticos producidos en grandes aceleradores de partículas. Estos núcleos también son conocidos como artificiales, ya que no podemos encontrarlos en la naturaleza más inmediata, pero sí en las estrellas y participan en la dinámica estelar. Por lo tanto, muchos fenómenos estelares podrían esclarecerse gracias a las investigaciones realizadas por los propios científicos onubenses.

Sistema de detectores de silicio

Los experimentos con varios prototipos del detector ya se han realizado en distintos laboratorios nacionales, como en el Centro Nacional de Aceleradores (CNA) y el Centro de Microanálisis de Materiales (CMMA) de Madrid, y en instalaciones internacionales, como por ejemplo, en el Cyclotron Research Center de Louvain la Neuve de Bélgica; en el Centro Europeo de Investigación Nuclear o Laboratorio de Física de Partículas Elementales (CERN) de Ginebra (Suiza); en el Centro Internacional de Investigación en Física Nuclear del GSI de Darmstadt (Alemania), o en el Centro de Biorecursos del Instituto de Investigaciones Físicas y Químicas (RIKEN) de Japón.

También, en colaboración con el GSI de Alemania, el grupo coordina la construcción del detector ‘HYDE’ para partículas cargadas de baja energía, que será incorporado al acelerador internacional ‘FAIR’ (an internacional Accelerator Facility for Research with lons and Antiprotons) que se construye en Alemania. “Todo ello para el estudio de reacciones nucleares directas en la Línea de Baja Energía (LEB) del acelerador ‘FAIR’ ”, añade Ismael Martel. La actividad está prevista que finalice en el 2010 con la construcción del primer prototipo de detectores híbridos.

En esta misma línea, en colaboración con el laboratorio nacional GANIL de Francia, los investigadores participan en la construcción de los detectores ‘GASPARD’ y ‘FAZIA’, similares a ‘HYDE’, y que serán incorporados al acelerador francés denominado ‘SPIRAL 2’. “Además, el equipo ha establecido una colaboración local con los grupos de investigación de la Onubense Ingeniería de Sistemas y Automática e Ingeniería de Electrónica de Potencia, orientada fundamentalmente al desarrollo de electrónica nuclear, necesario para la construcción del detector HYDE en FAIR y de los detectores GASPARD Y FAZIA en SPIRAL 2”, asegura Ismael Martel.

Por otro lado, ya han iniciado un proyecto de I+D para la caracterización de materiales sensibles a la radiación (diamante, silicios, etc.) y el desarrollo de electrónica frontal (FEE).

Asimismo, el equipo de científicos trabaja activamente en el desarrollo de una técnica muy innovadora con sensores de silicio y Csl (TI) para la identificación de partículas cargadas, y que se denomina ‘Análisis digital de forma de pulso’. Esta técnica puede también aplicarse a la separación de radiación gammas y neutrones con sensores de estilbeno.

Con el objeto de detectar partículas no cargadas, como son los neutrones, el grupo de investigación participa, en colaboración con el Instituto Flerov de Investigación Nuclear en Dubna (Rusia), en el diseño y la construcción del detector de neutrones SAND (Small Array of Neutron detectors). “Este dispositivo ha sido financiado por la Unión Europea y la Universidad de Huelva a través de fondos FEDER”, puntualiza Ismael Martel.

Aplicaciones

Las investigaciones que se realizan en el campo de la Física Nuclear acaban produciendo sus frutos a medio y largo plazo. Tal y como asegura el responsable del grupo, Ismael Martel, tenemos el referente próximo de la Física Atómica. “El estudio básico sobre la estructura de los átomos realizado a principios del siglo XX en base a las interacciones de electrones y núcleos atómicos comenzó a dar sus primeros frutos en la década de los cincuenta. Incluso ahora, cien años después, continua desplegando un gran potencial tecnológico”, señala.

Cadena experimental de pruebas de laboratorio

El doctor Ismael Martel pone de manifiesto que, aunque estos estudios forman parte del ámbito de la investigación básica, toda la tecnología que están desarrollando podría tener una importante aplicación en campos diversos en un futuro no muy lejano.

Por lo tanto, los conocimientos que aporte el equipo de investigación son de gran importancia en aplicaciones, por ejemplo, de ingeniería médica o medicina nuclear para el tratamiento de tumores o la dosimetría. “Muchas de las técnicas de imaginería médica más avanzadas, como la tomografía por emisión de positrones (PET) o la resonancia magnética nuclear, tienen su origen en la Física Nuclear. Además otras técnicas de diagnóstico y tratamiento se basan en el uso de radioisótopos producidos en aceleradores o reactores”, afirma Ismael Martel.

Las técnicas experimentales desarrolladas también tendrán un gran impacto en estudios medioambientales. “El uso de trazadores radioactivos y técnicas de espectrometría de masas ya permiten realizar estudios precisos de corrientes marinas, intercambios de dióxido de carbono entre la atmósfera, la tierra y los océanos o estudios climáticos”, señala el responsable. Además, un mejor conocimiento del núcleo atómico podría dar lugar a nuevas fuentes de energías limpias y seguras.El estudio de la Física Nuclear también tendrá otras aplicaciones en astrofísica nuclear o en la industria aeroespacial.

Formación

Por último, hay que decir que la investigación básica de interés tecnológico no debe realizarse de forma aislada; es importante integrar estos conocimientos en la formación de los estudiantes del entorno universitario. “La experiencia acumulada por el grupo de investigación en el uso de las tecnologías nucleares, y en el propio desarrollo de instrumentación nuclear, puede y debe aprovecharse para la formación de los estudiantes de la Onubense en este área de alta tecnología y de buenas perspectivas profesionales”, afirma Ismael Martel. Es por ello que la Onubense oferta estudios de Máster en Ingeniería e Instrumentación Nuclear para la formación de ingenieros y titulados superiores.

Más información:

Ismael Martel Bravo
Universidad de Huelva
Departamento de Física Aplicada
Teléfono: 959219785

Email: imartel@uhu.es