HFIR, el Reactor de Isótopos de Alto Flujo en Oak Ridge (Estados Unidos)

El High Flux Isotope Reactor (HFIR) es un reactor de investigación ubicado en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) en Tennesse, Estados Unidos.

Puesto en funcionamiento, en 1966, con 85 megavatios, el HFIR es la fuente de neutrones para investigación basada en un reactor con el flujo más alto en los Estados Unidos y proporciona uno de los flujos de neutrones en estado estacionario más altos de todos los reactores de investigación del mundo. 

Los neutrones térmicos y fríos producidos por HFIR se utilizan para estudiar física, química, ciencia de materiales, ingeniería y biología. 

Este reactor con un intenso flujo de neutrones, una densidad de potencia constante y con los ciclos de combustible de longitud constante es utilizado, cada año, por más de 500 investigadores para estudiar la dispersión de neutrones en las propiedades fundamentales de la materia condensada.

El reactor está moderado y refrigerado por agua ligera y utiliza uranio-235 altamente enriquecido como combustible. Los ciclos operativos en HFIR duran aproximadamente 25 días y, por lo general, se realizan siete ciclos cada año y la recarga de combustible del reactor es un proceso extenso y complicado que durante, aproximadamente, 26 días.

Para aumentar su vída útil más allá de 2050, se ha previsto el reemplazo del reflector de berilio. En la parada programada para realizar esta tarea, brindará la oportunidad de instalar una fuente de frío en el tubo de haz radial HB-2, que proporcionaría un flujo incomparable de alimentación de neutrones fríos.

Las instalaciones de investigación de dispersión de neutrones del HFIR contienen una colección de instrumentos de primer nivel utilizados para la investigación fundamental y aplicada sobre la estructura y la dinámica de la materia.

Los isótopos clave que se producen habitualmente en HFIR incluyen californio-252, níquel-63, selenio-75, actinio-227 y estroncio-89.

HFIR también se utiliza para la producción de isótopos médicos, industriales y de investigación; investigación sobre daños graves causados ​​por neutrones a materiales y análisis de activación de neutrones para examinar oligoelementos en el medio ambiente. Además, el edificio alberga una instalación de irradiación gamma que utiliza conjuntos de combustible gastado y puede proporcionar altas dosis gamma para estudios de los efectos de la radiación en los materiales.

Los recientes descubrimientos, posibles gracias a los neutrones en HFIR, están ayudando a desentrañar los secretos de los materiales y la energía. Este nuevo conocimiento también conduce a mejoras en productos cotidianos como células solares, discos duros, medicamentos y biocombustibles. Además, las capacidades de los HFIR ayudan a resolver crímenes y los isótopos producidos en los HFIR están impulsando el descubrimiento de nuevos elementos y los vuelos espaciales.

Algunos datos curiosos acerca del HFIR:

• El núcleo del reactor es pequeño pero potente

El HFIR produce uno de los flujos de neutrones más altos del mundo a pesar de que su núcleo mide aproximadamente 2 pies de alto y 15 pulgadas de diámetro. Su diseño único consta de placas de combustible curvas y un orificio centralizado para atrapar los neutrones termalizados dentro del reactor, que se enfría con agua a un caudal de casi 16.000 galones por minuto.

• La investigación no siempre se realiza en el reactor

Los neutrones se pueden dirigir a uno de los cuatro tubos de haz horizontal con los que cuenta el reactor para experimentos especializados fuera de él.

• Puede calentarse o enfriarse

HFIR puede producir neutrones térmicos o fríos para todo tipo de estudios, desde física y química hasta ciencia e ingeniería de materiales. 

• Es un proveedor líder de Californio-252

HFIR es el único proveedor de californio-252 en el mundo occidental. Este isótopo se utiliza para el registro de pozos y el escaneo industrial. También se utilizó para tratar el cáncer y detectar explosivos, aunque fue reemplazado posteriormente por al actinio-227 (cáncer) y níquel-63 (explosivos), isótopos también fabricados en HFIR.

• Ayudará a impulsar futuras misiones espaciales

Oak Ridge y el Laboratorio Nacional de Idaho están trabajando con la NASA para producir alrededor de 1,5kg de plutonio-238 al año para futuras misiones espaciales. HFIR irradia óxido de neptunio para crear el plutonio-238.

• Determinó la causa de la muerte del presidente de los Estados Unidos, Zachary Taylor

Utilizando HFIR, los investigadores pudieron examinar muestras de cabello y uñas del presidente Zachary Taylor y determinaron que los niveles de arsénico eran mucho más bajos de lo que se asociaría con el envenenamiento, acabando así con con una de las teorías en el debate acerca de su muerte, acaecida en 1850.

• Ayudó a descubrir un nuevo elemento

Las capacidades de fuente fría de HFIR se utilizaron para descubrir el elemento 117 en 2010. El elemento fue oficialmente denominado tennessine siete años después por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada.