Los secretos de la fisión fría y de la ruptura de parejas en el núcleo

Por Modesto Montoya

Física nuclear, relatividad y docencia en UNI

En la Universidad Nacional de Ingeniería (UNI), dirigido por el físico doctor Víctor Latorre, a partir de 1970, realicé  la simulación del experimento de Ernst Rutherford, consistente en la dispersión de partículas alfa que inciden sobre una lámina de oro. La simulación la hice en la computadora IBM 1130 de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos. Durante ese trabajo incrementó mi interés por estudiar el núcleo atómico, tan pequeño que para investigarlo se le irradiaba con partículas y se medía las magnitudes físicas correspondientes a los productos de la reacción. La interpretación de los resultados nos permitía establecer hipótesis sobre la dinámica de las reacciones nucleares y de los núcleos involucrados.

Luego de ese trabajo pude comprender cómo, Rutherford, basado en la distribución del ángulo de dispersión de partículas alfa que incidían sobre núcleos de oro, planteó el modelo atómico, conformado por un pequeñísimo núcleo, donde se concentraba casi toda la masa, alrededor del cual giraban los electrones. Basado en la simulación del experimento de Rutherford, en 1972, sustenté la tesis titulada Cálculo y Dibujo de la Trayectoria de dos Partículas bajo Potencia Central, tesis de Bachiller [1].

Paralelamente al desarrollo de mi tesis de bachiller, becado por la Fundación Ford, realicé estudios de maestría en ciencias, los que concluí en 1974. Mi tesis fue sobre relatividad general, la que tuvo por título Análisis Cronométricamente Invariante de la Teoría Unitaria del Campo No-Simétrico [2] En este trabajo, dirigido por José Carlos del Prado, propuse ecuaciones de unificación del campo electromagnético y el campo gravitacional, en el marco de la relatividad general, con un formalismo que permitía una cuasi separación entre la coordenada temporal y las coordenadas en el espacio tridimensional.

En 1971 empecé mi segundo trabajo remunerado, en docencia universitaria (el primero fue en los 60s, como practicante de técnico electricista en la empresa siderúrgica Sogesa, hoy Siderperú). En 1974 enseñé a tiempo parcial en la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP) y en la Universidad Nacional Mayor de San Marcos (UNMSM). En 1975, luego de un examen concurso, fui convocado por Petroperú, para trabajar en aplicaciones de la física en la industria petrolera.

Los caminos de Fréderic e Irène Joliot-Curie

En 1975, con mis actividades en San Marcos, Católica, UNI y con un inminente ingreso a Petroperú, ya me sentía enteramente instalado en Lima. Incluso me compré un terreno y un auto del año para atender mis compromisos laborales. No estuvieron en mis planes viajar al extranjero. Sin embargo, el doctor Víctor Latorre me convenció de que tenía que seguir mis estudios de física en Francia, país con el que él había promovido una intensa colaboración, centrada en el laboratorio del doctor Servoz Gavin, del Centro de Estudios Nucleares de Grenoble de la Comisión de Energía Atómica (CEA). Los profesores peruanos (de la UNI y Católica) que habían ido a Francia estaban en Grenoble. Yo pedí ir al Instituto de Física Nuclear (IPN) de Orsay, fundado por Irène y Fréderic Joliot-Curie (los galardonados con el premio Nobel de física) y situado al sur de París, a unos 5 km del Centro de Estudios Nucleares (CEN) de Saclay del CEA (cuyo primer director fue también Fréderic Joliot-Curie) y de algunos laboratorios del Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS). Fui aceptado por el IPN.

A mediados de 1975 me deshice del auto y terreno, los que había comprado con la idea instalarme definitivamente en Lima. Partí a Francia, becado por el gobierno francés y por la Fundación Ford.  En septiembre de 1975, inicié los cursos correspondientes al doctorado de física nuclear y física de partículas. Entre mis compañeros estuvieron Nicolas Alamanos (ahora investigador de CEA), Martine Mayousse (ahora funcionaria de Areva),  Dominique Guillemaud-Mueller (quien llegaría a dirigir el IPN de Orsay), Agnieska Jacholkowska (CNRS), Dominique Leglu (ahora directora de la revista de divulgación científica Science et Avenir), Jacques Martino (quien llegaría dirigir el consorcio francés de  los 2 Institutos de Física Nuclear y los 3 de Partículas de Francia, IN2P3), Marie Genevieve Saint Laurent (ahora investigadora del CEA), Camille Pisani, Francois Saint-Laurent (ahora investigadora del CEA), Didier Vilanova (ahora investigador del CEA), Sylviane Zaninotti (ahora investigadora del CEA).

Entre los mejores recuerdos del periodo académico 1975-1976 está el de haber hecho prácticas con la cámara de filamentos inventada por Georges Charpack (la que le valdría el premio Nobel de Física 1992). La cámara de filamentos fue un invento tan ingenioso como sencillo. Era una especie de arpa con finos filamentos en una cámara con gas, que al recibir una partícula se ionizaba el gas y la corriente que se recolectaba de los filamentos permitía identificar el lugar por donde pasó esa partícula. Más tarde, ese tipo de detector resultaría crucial para la detección de partículas en el Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN) y para imágenes médicas. Esta práctica la hice bajo la dirección de Nadine Marty.

¿Aceleradores o reactores?

En junio 1976 terminé los cursos. La directora del IPN me dio a conocer que había sido seleccionado para recibir una de las asignaciones de la Dirección General de Investigación Científica y Técnica (DGRST) para realizar una tesis de doctor de tercer ciclo en el laboratorio que yo escogiera. Contando con la oferta de DGRST, renuncié a las becas anteriores, las que estaban programadas por tres años.

Para mi trabajo de tesis, había dos grandes avenidas por escoger, los laboratorios de física de partículas y los de física nuclear. Entendí que la física de partículas sería para terminar en el CERN (Suiza). Mis planes eran regresar lo antes posible al Perú, por lo que la selección fue por la física nuclear.

La física nuclear es igualmente amplia, aunque podía clasificarse, a grandes rasgos, entre la que usaban grandes aceleradores y la que usaba reactores nucleares. Aceleradores en el Perú eran entonces utopía; en cambio, se estaba empezando a construir un reactor nuclear. La física en el reactor está relacionada con los neutrones. La fisión nuclear inducida por neutrones resultaba  interesante, por lo compleja distribución de fragmentos y de radiación que se producía.

En 1938, Oto Hahn y Frederick Strassman habían descubierto que el uranio 235, al absorber un neutrón, se partía en dos fragmentos. Después de este descubrimiento, varios grupos estudiaron los diversos aspectos del proceso de fisión. La diferencia entre la masa del núcleo compuesto uranio 236 y la suma de las masas de los fragmentos es la llamada energía disponible, aproximadamente igual a 200 MeV (mega electronvoltios). La energía disponible se reparte en energía cinética y en energía de excitación de excitación de los fragmentos complementarios. Los fragmentos excitados mayormente emiten rayos gamma y neutrones para llegar a productos con menores valores de energía de excitación.

En el CEN de Saclay de la CEA había un grupo de investigación sobre metrología neutrónica, y un grupo estudiando la fisión inducida por neutrones. La decisión fue fácil: me fui a Saclay.

Los efectos perturbadores de los neutrones en un experimento de fisión del californio 252

En Saclay me entrevisté con el doctor René Joly, físico egresado de la Escuela Politécnica, director del laboratorio de Metrología Neutrónica, quien me presentó el doctor Claude Signarbieux, investigador de la fisión nuclear. Signarbieux había realizado un experimento sobre la fisión espontánea del californio 252 y planeaba estudiar la fisión inducida por neutrones de los núcleos uranio 233, uranio 235 y plutonio 239.

Lo primero que me llamó la atención fue la imposibilidad de medir las propiedades de los fragmentos de fisión en el punto de escisión, que es cuando se separan las superficies nucleares de los fragmentos formados al final del proceso de fisión de núcleo inicial. No se tiene acceso experimental esa información. Lo que se hace es detectar y medir las magnitudes físicas de los productos, es decir de residuos de los fragmentos que emitieron rayos gamma, neutrones, partículas alfa u otras antes de ser detectados. Había tesis que se sustentaban sobre mediciones de esos residuos, tomándolos como si correspondieran a los fragmentos primarios. Para reconstruir el proceso y deducir cómo eran los fragmentos en el momento de la escisión, se hacía intentos de detectar la radiación que emiten cada uno de los fragmentos. Los resultados eran infructuosos.

Claude Signarbieux había realizado un experimento para medir la energía cinética de los fragmentos y los números de neutrones emitidos por los fragmentos complementarios del californio 252. Signarbieux relacionaba el número de neutrones con la energía  de excitación de los fragmentos emisores correspondientes, buscando deducir algún tipo de correlación entre las energías de excitación de los fragmentos complementarios.

Por sugerencia de Signarbieux, empecé la simulación de la emisión de neutrones en los fragmentos de fisión y sus efectos en la medición de la energía cinética de los fragmentos finales de la fisión del californio 252. Se demostró que no era posible medir correlaciones entre los valores de energía de excitación de los fragmentos. El trabajo lo sustenté como tesis de doctorado de tercer ciclo en física nuclear y física de partículas, bajo el título de Simulation par la méthode de Monte-Carlo d'une expérience de fission sur le problème du partage entre les deux fragments de l'énergie d'excitation du système [3].
Ansioso por regresar al Perú lo antes posible, esa tesis la realicé  en un año. A finalizarla, el CEA me propuso que me quedara a hacer una tesis de doctorado de Estado,  bajo un contrato con el propio CEA, con los mismos derechos de los jóvenes investigadores de casa. La tentación intelectual fue demasiada como para no aceptar.

Los perturbadores neutrones en un experimento sobre fisión del uranio 235

Ante la nueva perspectiva de mediano plazo, me puse a investigar con mayor acuciosidad los diversos aspectos neutrónicos de la fisión. Me sorprendió la magnitud de la perturbación que producía la emisión de neutrones en la distribución de energía cinética de los productos de fisión. Por ello presté atención cuando me enteré de que el equipo de Hervé Nifenecker (también egresado de la Escuela Politécnica y quien llegaría a ser asesor del IN2P3 y autor de varios libros)  investigador en el laboratorio de neutrónica, planeaba medir la distribución de la energía cinética de los fragmentos de fisión del uranio 235 inducida por neutrones térmicos. El instrumento que se iba a utilizar era el espectrómetro Lohengrin, en una facilidad del Reactor de Alto Flujo (HFR) del Instituto Laue Langevin (ILL) de Grenoble.

Entusiasmado, en la computadora del grupo de Saclay, simulé el experimento que en Grenoble realizaría el grupo de Nifenecker. El resultado me sorprendió. Para los productos de fisión de número másico alrededor de 100, se producía un gigantesco ensanchamiento de la distribución de energía cinética, de tal magnitud que me hizo pensar que era producto de un error en mis cálculos. Me pasé buen tiempo tratando de encontrar el supuesto error. ¡Nada! Entonces busqué una explicación física. La encontré en la emisión de neutrones por los fragmentos de fisión antes de llegar al espectrómetro de masas Lohengrin.

Con mis gráficos bajo el brazo viajé a Grenoble. Los presenté al grupo de Nifenecker, en diciembre del 1978, antes de que empezaran a realizar el anunciado experimento. ¡Se rieron!, amablemente, claro. No me creyeron, como tampoco lo creí en su momento, a decir verdad.

Días más tarde, luego de arduo trabajo experimental, se dieron con la sorpresa que sus resultados calzaban perfectamente con las predichas por mi simulación. A partir de entonces, los físicos nucleares de Grenoble ya no me miraban como en el momento en que les presenté mis gráficos. Más bien me preguntaban cómo era posible tal efecto. Les expliqué lo mejor que pude, pero el tema no eran tan fácil de comprender en ese entonces, y yo tuve que regresar a París.


 El día que me pusieron el micrófono ante las vacas sagradas de la fisión

El trabajo realizado por el equipo de Grenoble fue presentado en mayo de 1979 en el IV Simposio Internacional sobre Física y Química de la Fisión, organizado en Jülich (Alemania) por el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA o IAEA, por sus siglas en inglés).  El título del artículo fue Kinetic-Energy Distribution for Symmetric Fission of 235U [4]. Me incluyeron como co-autor, representando al CEA de Saclay. El expositor fue Roger Brissot, quien mostró varios de los gráficos resultados de la simulación junto con sus resultados experimentales.

El presidente de la sesión, el reconocido físico nuclear aleman Peter Armbruster (líder del equipo de Darmstadt, Alemania, que más tarde produciría el elemento 110, darmstatio) pidió a Brissot que explicara cómo era posible tremendo efecto de los neutrones en la distribución de energía cinética de los fragmentos de fisión. Luego de un lapso de silencio, Brissot respondió. “El que mejor puede explicarlo es Modesto Montoya”. ¡La respuesta me tomó de sorpresa!: así fue que, en 1979, sin quererlo, expuse ante los más renombrados investigadores mundiales de la investigación sobre la fisión nuclear.

Simplificando. Lo que pasa, dije, es que los productos de fisión, con alrededor de 100 unidades de masa, provienen en realidad de fragmentos primarios con energías inferiores y masas superiores a 100 que perdieron neutrones. Ello produce una distribución de energía cinética de los productos mucho mayor que la que tienen los fragmentos primarios de fisión. De modo que esa distribución no debe considerarse para estudiar el proceso de fisión antes del punto de escisión. Esta respuesta significó, para mí, un debut internacional inesperado, que valió, probablemente, para que años después el Prof. Armbruster me invitara a pasar un año en su laboratorio.

La ruptura de parejas en la fisión

Poca excitación significa poca emisión de radiación, pocos neutrones. Una de las incógnitas que había en ese entonces era siguiente: ¿para valores bajos de energía de excitación, que correspondía a valores altos de energía cinética, habría mayormente fragmentos con número másico par. Si la repuesta era positiva, ello significaría que el proceso de fisión no era tan viscoso como para romper las parejas de nucleones que se forman en los núcleos fisiles.

Para medir el grado de ruptura de parejas de nucleones se define el efecto par-impar en el número másico (δA)  como la diferencia entre la fracción de fragmentos con número másico par y la fracción de fragmentos con número másico impar. En forma similar se define el efectos par-impar en el número de neutrones (δN) y el efecto para-impar en el de protones (δZ).

Claude Signarbieux propone realizar experimentos para medir la distribución de la energía cinética de los fragmentos de la fisión inducida por neutrones del uranio 233, uranio 235 y plutonio 239. Se contaba con abundante trabajo en este tema. La energía cinética de los fragmentos se iba a medir con detectores sólidos. Lo novedoso residía en el hecho de que, si no había emisión de neutrones, el método de la diferencia de tiempos de vuelo de los fragmentos, que se iba a utilizar, permitiría separar las masas, es decir tener picos de distribución de masa correspondiente a cada número másico. Así se podría observar el eventual efecto par-impar en la distribución de masa de los fragmentos.

Los experimentos se realizaron en el HFR del ILL de Grenoble, en diciembre de 1979 (en el mismo periodo del encuentro con el grupo de Nifenecker). El ILL era un instituto tripartito de Alemania, Francia e Inglaterra.

Los resultados del experimento del grupo de Signarbieux dieron lugar a interpretaciones controversiales. No había efecto par-impar contundente en la distribución de masas de los fragmentos. Ello fue interpretado por Signarbieux como una prueba de que, incluso a bajas energías de excitación de los fragmentos, había ruptura de pares de nucleones. Así, en junio de 1981, Signarbieux presentó a la revista Journal de Physique (en nombre de nuestro equipo)  el artículo titulado Evidence for nucleon pair breaking even in the coldest scission configurations of 234U and 236U [5].

Por otro lado, el grupo alemán sobre fisión nuclear, que realizaba sus experimentos en el espectrómetro Lohengrin, mostraba efectos par-impar en la distribución de cargas de los fragmentos.

¿Cómo era posible un efecto par-impar en el número atómico y no en el número másico de los fragmentos de fisión? Para explicar elaboré un modelo basado en el análisis combinatorio en donde mostré que si era posible compatibilizar ambos resultados. Quise presentar ese modelo en mi tesis para optar el grado de doctor de Estado, pero Signarbieux , mi director de tesis, no aceptó la idea. Signarbieux estaba convencido que lo que prevalecía era la ruptura de parejas. No quería escuchar algo que sonara a efectos par-impar. Mostré mis manuscritos a Nifenecker, quien le puso mayor interés.

Lo que Signarbieux sí aceptó, como parte de mi tesis, fue la relación

1 + δA = δZ + δN,                                                                                                                                  

la que deduje del modelo combinatorio para el caso simple que no hay más de una ruptura de parejas de nucleones.  Lo que demostré con esa fórmula es que podía haber rupturas de parejas de nucleones y efectos par-impar en el número de neutrones o en el número de protones de los fragmentos. No eran incompatibles como parecía a los colegas que se enfrentaban en candentes polémicas en los congresos internacionales.

La joven matemática Véronique Collin, al ver esta fórmula, me sugirió que la pusiera en valor. Eso hice el 9 de octubre de 1981, cuando sustenté la tesis titulada Contribution a l’Etude de la Dinamique du Processus de Fission, Les Fragmentations Froides dans la Fission de 233U, 235U induite par Neutrons Thermiques [6]. Entre los miembros del jurado estaba Nifenecker, quien en mayo de 1982 publicó el artículo titulado A combinatorial analysis of pair-breaking in fission [7], reconociendo la autoría de la fórmula (1), que es el caso más simple del modelo combinatorio.

La ruptura de parejas en Lima

En noviembre regresé a Perú, gracias a gestión de Benjamín Marticorena, me entrevisté con el presidente del Instituto Peruano de Energía Nuclear (IPEN), Gral. Juan Barreda, quien me dijo que sí había un puesto para mí. Regresé a París, arreglé mis bultos, y en abril volví a Lima para incorporarme al IPEN.

En Lima tenía libertad para publicar solo con las ideas que quedaron en el tintero. Sobre los efectos para impar presenté mis investigaciones el 1982 a la revista Journal de Physique [8], el 1983 en la Reunión sobre Dinámica de Fluido Nuclear realizada en Trieste [9], y el 1984 en Grenoble [10].

Quedó definitivamente establecido que, en la fisión nuclear, mayormente se producía ruptura de parejas, incluso en regiones de bajas energías. Y eso no era incompatible con el efecto par-impar en los números de protones o de neutrones, respectivamente.

Fisión fría en Lima

En Lima, lo que me tenía más intrigado que la ruptura de pares de nucleones en el proceso de fisión, era las formas que tendrían tomar los fragmentos en el momento de la escisión, para que la energía cinética total de los fragmentos sea igual a la energía disponible.

En realidad, existen algunas parejas, aunque muy pocas, que en el momento de la escisión parecen estar en su nivel fundamental, incluso sin ruptura de parejas de nucleones. Entre estas se puede identificar a la pareja de fragmentos selenio 130 (Z = 50, N= 80) y molibdeno 104 (Z = 42, N = 62) en la fisión inducida por neutrones del uranio 233. Lo mismo puede decirse de la pareja selenio 132 (Z = 50, N = 82) y molibdenio 104 (Z = 42, N = 82) en la fisión inducida por neutrones del uranio 235.

¿Es posible tener una pareja de fragmentos en su estado fundamental sin ruptura de pares de nucleones? Esto es posible solo si es que, en la escisión, la energía coulombiana de interacción entre los dos fragmentos añadida a la energía cinética inicial es igual a la energía disponible.

Para los fragmentos de la fisión inducida por neutrones térmicos del uranio 233, los valores máximos de la energía disponible corresponden al intervalo de A entre 100 y 106, con un valor aproximadamente 204 MeV para los números pares de A.  Para el uranio 235, los valor máximos de energía disponible de fragmentos son aproximadamente igual a 204 MeV, lo que se da para A = 100 y 104. Los resultados experimentales muestran que en estos casos, la energía cinética máxima es igual a la energía disponible.  Para regiones fuera de los intervalos señalados, los valores de energía disponible decaen abruptamente.

Veamos una interpretación de la observación anterior. Si tomamos los fragmentos como esféricos, la energía coulombiana de las parejas arriba indicadas es mayor que los valores de energía disponible. Uno de ellos, por lo menos, tiene que tomar la forma prolata (alargada) en la dirección de la separación. Para deformarse debe gastar energía de deformación. Para los casos del molibdeno (Z = 42) con N = 60, 62 y 64; y el zirconio (Z = 40) con N = 60, 62 y 64; los núcleos son prolatos en sus estados fundamentales, además que son transicionales blandos. Están deformados sin gastar energía y la energía coulombiana es igual a la energía disponible.

Para regiones de masa de fragmentos livianos, fuera de las regiones arriba indicadas, la energía coulombiana entre fragmentos, en sus estados fundamentales en el punto de escisión, es mayor que la energía disponible. Por esa razón deben gastar energía para deformarse, lo que disminuye la disponibilidad para la energía coulombiana. Así, a mayor diferencia entre la energía de interacción coulombiana entre fragmentos en sus estados fundamentales y la energía disponible, mayor será la separación entre energía cinética máxima y la energía disponible.

En otras palabras, fuera de los intervalos de masa correspondiente a fragmentos livianos transicionales, habrá un despegue hacia bajo de los valores máximos de la energía cinética total respecto de los valores de la energía disponible.

Todas estas interpretaciones físicas sobre aspectos poco estudiados sobre la fisión las publiqué desde el Instituto Peruano de Energía Nuclear con el título “Distribución de masa y energía cinética en la fisión fría del 233U, 235U y 239Pu inducida por neutrones térmicos” [11].

Varios grupos han reconocido nuestro trabajo sobre la fisión fría. El último ha venido de M. Ali Hooshyar, Irwin Reichstein y F. Bary Malik, en el libro sobre Fisión Nuclear y radiactividad de conglomerado, el que nos mencionan como los primeros que demostramos experimentalmente la existencia de la fisión fría [12]. Ellos hacen recordar que fueron ellos los primeros en hacer predicciones teóricas de eventos de fisión con fragmentos con bajos valores de energía de excitación. En 1976, en la Conferencia Internacional sobre Interacciones entre Nucleones y Núcleos, M. A. Hooshyar, planteó la posibilidad de tener fragmentos de fisión con valores pequeños de energía de excitación [13,14].

 La fisión en el exilio

Como dije en un párrafo anterior, me encontraba mucho mejor en el Perú que el extranjero. Sin embargo, por razones no científicas, a fines de 1984 fui despedido del IPEN. Fuera del IPEN, presenté el trabajo “Carga, masa y energía cinética de fragmentos en la fisión a baja energía” en el II International Course on Nuclear Physics (Bogotá, 26 de enero – 26 de febrero de 1985). Para seguir mis investigaciones nucleares debí partir al extranjero.

Entre marzo del 1985  y febrero del 1986, gracias a Peter Armbruster, estuve como científico invitado en el GSI de Darmstadt.  Con Armbruster conversamos sobre mis ideas acerca de los efectos coulombianos en la fisión. Me sugirió que entrara en contacto con el físico teórico Reiner Hasse, también del GSI. Allí, completando las ideas sueltas sobre la fisión fría, junto con Hasse y otro colega del GSI, publicamos el artículo “Efectos Coulombianos en la Fisión a Baja Energía” [15].

Desde Darmstadt viajé a Santa Fe, para presentar los resultados del trabajo “Efectos coulombianos y de capas en la fisión fría inducida por neutrones térmicos”, en la International Conference on Nuclear Data for Basic and Applied Science (Santa Fe, 13 – 17 de mayo de 1985).

En Darmstadt participé, entre otros, en experimentos relacionados con la fusión de núcleos para producir  núcleos más pesados que los existentes. En el Reporte Anual GSI de 1984, Gottfried Münzenberg publica el resumen “Intentos para sintetizar el elemento 110 por fusión del 64Ni y el 208Pb (Attempt to Synthetisize Element 110 by Fusion of 64Ni and 208Pb, G. Münzenberg et al., GSI Annual Report 1985). En 1994, el grupo de Münzenberg produjo finalmente elemento 110 protones, al que ahora se denomina darmstadtio.

Entre mayo del 1986 y abril de 1987 estuve como investigador invitado en el Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) de Francia, para trabajar en el grupo de Bernard Borderie, en el Instituto de Física Nuclear de Orsay. Allí participé en experimentos sobre violentas colisiones nucleares, algunos de cuyos resultados fueron publicados en la revista Physics Letters (Deeply Inelastic Collision as Source of Intermediate Mass Fragments at E/A = 27 MeV, B. Borderie et al., Phys. Lett. B 205, p. 26, 1986). Claro que no abandoné mi trabajo sobre el rompimiento de parejas de nucleones en la fisión nuclear a bajas energías.

Desde Orsay viajé a Buenos aires para presentar mi trabajo titulado Efectos coulombianos en la fisión fría en el IX Workshop on Nuclear Physics (Buenos Aires, 23 de junio – 4 de julio de 1986) Con el título “¿Qué significan los efectos par-impar en la fisión a baja energía?” presenté mi trabajo en el International Workshop Semiclassical Methods and Phase Space Approaches to the Dynamics of the Nucleous  (Aussois, 16 – 20 de marzo de 1987) y con el título “Fragmentaciones de cargas vecinas en la fisión en baja energía” presenté otro trabajo en Journées d’Etudes sur la Fission (Arcachon, Francia, 14 – 19 de octubre de 1986).

En enero de 1988, gracias a Morton Kaplan, como científico invitado participé en experimentos sobre colisiones nucleares,  con grupo de física nuclear del Instituto Carnegie-Mellon de Pittsburgh. Los experimentos los hicimos en el Laboratorio Nacional Lawrence de Berkeley.

En abril de 1988 fui convocado por el doctor Víctor Latorre para regresar al IPEN. En varias oportunidades yo había infructuosamente intentado regresar. No podría dejar pasar esta oportunidad para regresar al Perú. Sin dudarlo regresé, renunciando al contrato con el Instituto Carnegie-Mellon. En el 2000 saldría publicado los resultados del experimento en el que participé (Search for Ternary Fragmentation in the Reaction 856MeV 98Mo+51V, E. Vardaci et al, Phys. Lett. 480, pps 239-244, 2000).

Centro Nuclear de Huarangal

A partir de abril de 1988, en el IPEN dirigí algunos trabajos tendientes a la utilización de los haces de neutrones del recién construido reactor nuclear de 10 Mw de Huarangal y al creación e impulso de una maestría en física médica, orientada a la utilización de la radiaciones para fines médicos. En esta década fui designado sucesivamente Director General de Promoción y Desarrollo y Director del Centro Superior de Estudios Nucleares. En ese periodo también impulsé la creación, en la Universidad Nacional de Ingeniería, de la Escuela de Ingeniería Física, del cual fui su primer director, en el 2001.

El primer reconocimiento a nuestro trabajo sobre efectos coulombianos en la fisión a baja energía vino en 1994, en una publicación del grupo de Wolfgang Schwab, sobre fisión fría en la fisión inducida por neutrones térmicos del uranio 233 [16]

Las nuevas perturbaciones neutrónicas

Entre el 2001 y 2006 fui designado presidente del Instituto de Peruano Nuclear, sumergido en problemas de administración y gestión. Las innumerables tareas administrativas me alejaron de las reflexiones sobre el núcleo. Sin embargo, hubo un suceso que me volvió a esas reflexiones.

En el 2004, Hebert Fausty su equipo intentan [17] dilucidar la interrogante que dejó el grupo de Brissot, quien en 1983 había repetido el experimento de 1978 sobre la fisión del 235U inducida por los neutrones térmicos, y realizando al mismo tiempo uno similar para el 233U. Para el caso del 235U, el grupo de Brissot encontró un ensanchamiento de la distribución de la energía cinética para la masa de fragmentos pesados igual a m = 125. La simulación que hicieron no pudo reproducir este ensanchamiento [18]. Con Eric Saettone hicimos una simulación y reprodujimos ese ensanchamiento solo considerando los efectos de la emisión de neutrones.

Nuestro equipo demostró que el ensanchamiento en los productos de fisión se debe a que éstos se alimentan de fragmentos que han emitido neutrones en una región en la que el promedio de la energía cinética varía abruptamente con la masa. En el caso de la fisión de uranio 235, ésta pasa de 88 MeV para m = 125, a 84 MeV para m = 126. Los resultados lo publicamos en la Revista Mexicana de Física [19].

El grupo de Herbert Faust realizó cálculos teóricos del ancho de la distribución de energía cinética de los fragmentos de la fisión inducida por neutrones térmicos del 233U. Lo que me llamó la atención es que ellos lo hicieron para masas livianas y pesadas pero no tocaron el punto de controversia, es decir para las masas entre 120 y 124, allí donde el grupo de Brissot encuentra un ensanchamiento que no es reproducida por su simulación. Era como si el grupo de Faust no hubiera querido resolver esa controversia. Nosotros hicimos una simulación que sí reproducía ese ensanchamiento. Para ello consideramos, como en los casos anteriores, la emisión de neutrones en región de abrupta variación de la energía cinética en función de la masa. Los resultados los publicamos el 2008 en la Revista Mexicana de Física [20].

Entre septiembre del 2009 y junio del 2012 fui destacado por el IPEN al Centro Nacional de Planeamiento Estratégico (CEPLAN). Alejado en ese periodo de la física nuclear, empecé a investigar las razones del estancamiento científico y tecnológico del Perú. En ese periodo llevé a cabo el programa de doctorado en gobierno y políticas públicas de la Universidad San Martín de Porres, que finalizó con la sustentación de la tesis “Sistemas de ciencia, tecnología e innovación tecnológica y generación de patentes: caso Perú 1990 – 2007”.

De regreso a las investigaciones sobre física nuclear y aplicaciones, empecé a incursionar en el campo de la hidrología isotópica para estudiar el origen y trayectoria de las aguas de los manantiales de las playas de los distritos d Barranco, Miraflores y Magdalena, de la provincia de Lima. La hipótesis es que esas aguas, que vienen de las alturas, no están contaminadas con aguas usadas en el valle de Lima.

Continuará…

Referencias

[1] M. Montoya. Cálculo y Dibujo de la Trayectoria de dos Partículas bajo Potencia Central. Tesis de Bachiller. Universidad Nacional de Ingeniería. Lima. 1972

[2] M. Montoya. Análisis Cronométricamente Invariante de la Teoría Unitaria del Campo No-Simétrico. Tesis de Maestría.  Universidad Nacional de Ingeniería. Lima. 1974

[3]Simulation para la Méthode Monte Carlo d’une Experience de Fisión sur le Partage ­entre les deux Fragments de l’Energie d’Excitation du Système, Tesis, Doctorat de 3emme cycle, Université Paris XI, Orsay, Francia. 1977

[4] R. Brissot, J.P. Bocquet, C. Ristori, J. Grancon, C.R. Guet, H.A. Nifenecker  del CEN de Grenoble y M. Montoya del CEN de Saclay. Kinetic-Energy Distribution for Symmetric Fission of 235U, Proc. of a Symp. On Phys. And Chem. Of Fission, IAEA. Vienna, 1980 (1979)

[5] C. Signarbieux, M. Montoya, M. Ribrag, C. Mazur, C. Guet, P. Perrin, y M. Maurel.  J. Physique Lettres, 42 (1981) L-437 (1981)

[6] Contribution a l’Etude de la Dinamique du Processus de Fission, Les Fragmentations Froides dans la Fission de 233U, 235U induite par Neutrons Thermiques, Tesis Doctorat d’Etat, Universidad Pría XI, Orsay (1981)

[7] H. Nifenecker et al., Z. Phys. A. – Atoms and Nuclei 308, 39-49 (1982)

[8] M. Montoya. Nucleon Pair Breaking in Thermal Neutron Induced Fission of 233U and 235U, J. Physique 44 (1983) 785 - 790

[9] M. Montoya, Fisión: Viscocity and Odd-Even Effects, Proc. Topical Meeting on Nuclear Fluid Dynamics, October (11-15) 1982, Trieste (1982)

[10] Fission: Statistical Nucleon Pair Breaking, Workshop on Semiclassical Methods on Nuclear Physics, Grenoble, March (05-07) 1983. J. Physique C6 45 (1984)

[11] M. Montoya. Mass and Kinetic Energy Distribution in Cold Fission or 233U, 235U and 239Pu Induced by Thermal Neutron, Z. Phys. A – Atoms and Nuclei, 319 (1984) 219-225.

[12] Hooshyar, Irwin Reichstein y F. Bary Malik. Nuclear Fission and Cluster Radioactivity: An Energy-Density Functional Approach. Springer. 2005.

[13] M. A. Hooshyar, B. Compani-Tabrizi y F. B. Malik. Proc. Int. Conf. Interaction Between Nucleons and Nuclei ed. E. Sheldon (U.S. Department of Commerce, Publ. CONF-760715-P1,1976) 725.

[14] B. Compani-Tabrizi. Ph.D. dissertation, Indiana University (1976).

[15] M. Montoya, R.W. Hasse and P. Koczon, Coulomb Effects in Low Energy Fission, Z. Phys. A – Atoms and Nuclei 325 (1986) 357-362

[16] W. Schwab, H.-G. Clerc, M. Mutterer, J.P. Theobald, H. Faust. Cold fission of 233U(nth, f). Nucl. Phys. A 577 (1994) 674–690

[17] H.R. Faust and Z. Bao, Nucl. Phys. A 736 (2004) 55.
[18] D. Belhafaf et al., Z. Physik A - Atoms and Nuclei 309 (1983) 253.

[19] M. Montoya, E. Saettone y J. Rojas, Revista Mexicana De Física 53 (2007) 366–370

[20] M. Montoya, J. Rojas e I. Lobato,  Revista Mexicana De Física 54 (2008) 440–445