PANORAMA NUCLEAR
La física nuclear en Cuba: apuntes para una historia
Nuclear Physics in Cuba: a historical outline
Fidel Castro Díaz-Balart
Vicepresidente de la Academia de Ciencias de Cuba
RESUMEN
En el presente artículo se resume una perspectiva histórica de la experiencia nacional en el desarrollo de la Física Nuclear, con énfasis especial en su vínculo con el Programa Nuclear Cubano,y los resultados científicos tecnológicos y de impacto socioeconómico obtenidos. Para sustentar el desarrollo de la nucleoenergética e instalaciones nucleares, se recoge la creación de instituciones especializadas, la formación de profesionales y de colectivos interdisciplinarios de físicos nucleares, teóricos, experimentadores, ingenieros y de otras especialidades. También se abordan las múltiples aplicaciones pacíficas introducidas en el país y en particular las asociadas al programa científico nuclear.
Palabras claves: Cuba; física nuclear; energía nuclear; usos; aspectos históricos; educación; instalaciones nucleares.
ABSTRACT
The present article summarizes an historical perspective of the national experience in Nuclear Physics development, with particular emphasis on its relationship with the Cuban Nuclear Program, its scientific and technological achievements, and its social and economic impact. Multiple peaceful applications introduced in the country and specifically those related to the Nuclear Power Program are also included. In order to support nuclear energy as well as nuclear power plants, specialized institutions were created, in addition to the training of professionals and interdisciplinary research groups in theoretical and experimental nuclear physics, engineering and in other different specialties.
Key words: Cuba; nuclear physics; nuclear energy; uses; historical aspects; education; nuclear facilities.
INTRODUCCIÓN
Presentar una panorámica de los orígenes y desenvolvimiento en Cuba de la Física Nuclear y las tecnologías vinculadas, en el contexto del XX Aniversario de la Agencia de Energía Nuclear y Técnicas de Avanzada (AENTA), es una labor compleja.
Hoy día es común encontrar colectivos multidisciplinarios de jóvenes científicos, con destacada presencia de físicos nucleares en el Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN) de Ginebra, en el Instituto Unificado de Investigaciones Nucleares (IUIN) de Dubna, en el Centro Internacional de Física Teórica (ICTP) de Trieste, en el Centro de Iones Pesados (GSI) de Darmstad y en el Instituto de Estudios Avanzados de Frankfurt (FIAS), así como vinculados a diferentes laboratorios especializados del Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA). También, realizando investigaciones e innovaciones de punta en prestigiosas universidades, institutos de investigación y empresas de alta tecnología de América, Europa y Asia.
Con satisfacción se constatan sus resultados en numerosos artículos científicos y patentes; en la participación en prestigiosas conferencias científicas y en los premios obtenidos, tanto nacional como internacionalmente. Es notable, por último, constatar el número de graduados en esta especialidad; de maestrías y doctorados en ciencias relacionados con la Física Nuclear, quienes realizan su actividad en los más diversos campos nacionales de la Ciencia, la Tecnología y la Innovación (CTI) y más allá de sus fronteras.
¿Pero cómo se gestó y desarrolló esta laboriosa y compleja senda nuclear cubana?
En apretada síntesis, el epígrafe 1 presenta una panorámica histórica del desarrollo de la Física Nuclear en el país, en particular, el papel catalizador del Programa Nuclear Cubano (PNC). También los pasos iniciales dados durante los años 40 y 50, así como las instituciones creadas y las actividades que más despuntaron en este campo, realizadas en la etapa desde 1959 hasta finales de la década del 70 del pasado siglo.
Como parte de los hitos se presenta el contexto y los hechos relevantes que potenciaron los trabajos en Física y demás investigaciones nucleares a partir de 1980.
En el epígrafe 2 se tratan las aplicaciones de técnicas nucleares de mayor impacto económico y social, y se describe el vínculo raigal que existe entre estas y las investigaciones básicas y aplicadas de la Física Nuclear. También recoge el marco institucional de la rama nuclear existente en cada etapa y se detallan las principales actividades llevadas a cabo por sectores nacionales, áreas de aplicaciones e instituciones de investigación y docentes vinculadas.
El epígrafe 3 resume la progresiva introducción de
múltiples investigaciones nucleares modernas y otros
estudios de incuestionable interés práctico realizados
en Física Nuclear, tanto teórica como experimental,
como apoyo a la CEN-Juraguá y la asimilación de otras
instalaciones de igual naturaleza. A partir de la creación
de la AENTA, cuando surge la segunda etapa, se analizan
hasta el presente las aplicaciones de mayor interés
y los estudios fundamentales ya establecidos para apoyar
el desarrollo socioeconómico del país. También se
presentan determinadas reflexiones y enseñanzas derivadas
del desarrollo de los usos pacíficos de la energía
nuclear en Cuba, en particular su programa científico,
que pudieran servir de experiencia a otros países con
similares condiciones y niveles de desarrollo que inician
un programa nucleoenergético.
En el artículo se destaca el papel fundamental para el desarrollo de esta esfera, de la colaboración recibida de la antigua URSS, otros países de Europa del Este y de los principales organismos internacionales.
1. El surgimiento y despliegue del Programa Nuclear Cubano
El desarrollo de la Física Nuclear en Cuba, como parte consustancial e indivisible de la Física en general se imbrica, al igual que otras ramas nacionales del saber, con los orígenes de la ciencia cubana entre los siglos XVIII y XIX [1], cuando hombres de la talla de Félix Varela, Felipe Poey, Álvaro Reinoso, Carlos J. Finlay y Juan Tomás Roig, eran excepciones en medio del panorama desolador y de abandono de la ciencia en Cuba.
De ahí el modesto comienzo en los años 40 y 50 del empleo, principalmente en la medicina, de las fuentes radiactivas, equipos de radioterapia y de las técnicas nucleares en otras esferas, en lo fundamental, gracias a la iniciativa y tenacidad de unos pocos pioneros conscientes y comprometidos. Aunque relevante, no es posible presentar en el apretado marco de esta publicación, la historia de esas incipientes actividades nucleares ni en detalle las de las décadas del 60 y del 70; todo lo cual aparece recogido en [2] y en publicaciones relacionadas en [3]. Sin embargo, en este trabajo resulta ineludible abordar de forma sintética, el contexto y determinadas realidades que marcaron los 15 años decisivos que antecedieron la creación de la AENTA.
Consecuente con la idea de su líder histórico de hacer de Cuba un país de hombres de ciencia y de pensamiento, durante la primera década la obra revolucionaria en la educación y la ciencia fue impresionante. Entre las primeras instituciones fundadas en los años 60 estuvo la Academia de Ciencias de Cuba (ACC), que sirvió de catalizador en la creación de diferentes instituciones científicas como el Instituto Nacional de Oncología y Radiobiología (INOR), el Centro Nacional de Investigaciones Científicas (CNIC) y el Instituto de Ciencia Animal (ICA), que fueron pioneros en el empleo de las radiaciones ionizantes en Biomedicina y otras técnicas aplicadas.
No obstante, fue la inauguración por Fidel y Raúl del Instituto de Física Nuclear (IFN), el 8 de enero de 1969, la expresión más sobresaliente de lo que a la postre sería el firme compromiso nacional con esta rama.
En la década del 70 [4] el IFN, devenido posteriormente
en Instituto de Investigaciones Nucleares (ININ)
completó, con la colaboración del OIEA y del Programa
de Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD), gran
parte del equipamiento básico que había suministrado
la URSS (reactor subcrítico, instalaciones radioquímicas,
fuentes de radiaciones gamma y analizadores de
espectrometría de neutrones, etc.), que entre otros, propició
la realización de análisis de minerales, aplicaciones
en la agricultura, el empleo de la espectroscopia
Mossbauer, la electrónica nuclear y la dosimetría. En
el CNIC [5] se desplegaron determinadas técnicas nucleares
e instrumentación básica para la prospección
petrolera y la caracterización de las propiedades de las
radiaciones ionizantes. En esos años se crearon además,
la Comisión Nacional para el Uso Pacífico de la Energía
Atómica (CNUPEA), los departamentos de especialidades
nucleares en la Universidad de La Habana (UH); en
el Instituto Superior Politécnico José Antonio Echevarría
(ISPJAE) y en la escuela de Física de la Universidad
de Oriente [6] se ejecutó un proyecto PNUD relacionado
con el empleo de las técnicas nucleares en la economía.
Lo anterior estimuló la formación de profesionales y la obtención de maestrías en especialidades nucleares, lo cual contribuyó a la concepción inicial de un futuro desarrollo en este campo.
En 1976, como parte del convenio intergubernamental con la URSS, se incluyó la construcción de la CEN Juraguá, que por su magnitud, recursos involucrados y trascendencia, sería considerada La obra del siglo. Para afrontar el gran reto, surgió la perentoria necesidad de integrar todos los esfuerzos en una estrategia nacional coherente, con objetivos y prioridades bien definidos y concebir un Programa Nuclear Cubano (PNC), capaz de crear una sólida infraestructura en aras del desarrollo de la nucleoenergética. A fines de 1979, auxiliado por la labor anterior del Grupo Nuclear de la Secretaría del Consejo de Ministros (CECM), se arribó a importantes decisiones políticas y organizativas, y se promulgó el Decreto 52 del CECM.
Los 15 años decisivos del PNC. En enero de 2015 se cumplirán 35 años de la restructuración de la actividad nuclear, cuando quedaron constituidas la Comisión de Energía Atómica de Cuba y la Secretaría Ejecutiva para Asuntos Nucleares (SEAN) [7]. La primera, destinada a hacer cumplir la política trazada, coordinar y controlar los esfuerzos de los organismos nacionales involucrados en la actividad nuclear y la segunda, institución encargada de implementar la política aprobada y de desarrollar la infraestructura científico-técnica, regulatoria y el capital humano requeridos en la nueva etapa.
El Programa Nuclear, que surgió de esta reorganización, fue calificado por H. Blix, entonces Director General del OIEA, de “impresionante, fuerte y muy bien estructurado” [8]. Contemplaba cinco direcciones principales: la nucleoenergética; la creación del sistema de protección radiológica y seguridad nuclear; la amplia introducción de técnicas nucleares en diversos sectores; el impulso a las investigaciones básicas y aplicadas; y la formación integral de los especialistas, técnicos medios y obreros, requeridos.
Lo logrado en esa década y media está descrito con amplitud en [9], pero es oportuno exponer brevemente el contexto y la etapa cuando se erigieron, desde los cimientos, los pilares de la compleja infraestructura que el PNC demandaba, que sustentaron la realización de investigaciones en Física Nuclear y especialidades conexas.
Fue en esos años cuando se crearon los Centros de Protección e Higiene de las Radiaciones (CPHR), Seguridad Nuclear (CSN), Estudios Aplicados al Desarrollo de la Energía Nuclear (CEADEN), Centro de Información de la Energía Nuclear (CIEN) y el Instituto Superior de Ciencias y Tecnologías Nucleares (ISCTN). También se proyectó e inició la construcción del Centro de Isótopos (CENTIS), inaugurado en 1995. Uno de los proyectos de envergadura previstos desarrollar fue el Centro de Investigaciones Nucleares (CIN). A mediados de 1979 se instruyó al Grupo Nuclear de la Secretaria del CECM concretar las ideas conceptuales existentes y lograr con el Gobierno de la URSS el crédito externo requerido para desarrollar su primera etapa. Este objetivo se analizó y contrató; durante la siguiente década su unidad inversionista ejecutó la tarea técnica y todas las etapas de proyección y realizó su construcción hasta 1992 cuando el Proyecto, al igual que la CEN Juraguá, se interrumpió.
Antes de concluir este epígrafe, cabe tratar someramente dos aspectos cruciales de ese período: La política y colaboración internacional y la formacióncapacitación del capital humano. Vinculado a la primera, hay que resaltar el activo papel desempeñado por Cuba en el OIEA que, durante 1981 y 1982, suscribió los tres acuerdos de salvaguardias parciales que estaban pendientes y se requerían para poder importar los reactores que entrarían en operación en la siguiente década.
En 1983, Cuba fue electa miembro de la Junta de Gobernadores de ese organismo por vez primera desde su constitución en 1957, condición que repitió en cuatro ocasiones más en esos años y mantuvo hasta muy recientemente. Fue fértil la labor de nuestro país en el Grupo Nuclear de los Países No Alineados que presidió entre 1983 y 1987, y reconocida su participación en la Comisión respectiva del CAME durante la década del 80 [10]. También fue notable su contribución a la Conferencia Mundial de las Naciones Unidas para la promoción de la energía nuclear PIC-PUNE, efectuada en Ginebra en 1987 [11]. Respecto a la Colaboración Internacional es preciso señalar que fue sustancial. El valor total supera la cifra de 60 millones de USD, al incluir la adquisición de equipos e instalaciones suministrados por naciones del CAME, la colaboración del OIEA y del PNUD —87 % de toda la ayuda brindada hasta entonces en más de 30 años— y el aporte de los convenios bilaterales con la URSS y otros países de Europa del Este. Por otra parte, junto a lo anterior, la contribución de los prestigiosos centros científicos internacionales antes mencionados, permitió adiestrar a más de 550 especialistas de diferentes instituciones nacionales y recibir en el país a 120 expertos internacionales.
El impacto de la selección y formación de los recursos
humanos para el PNC se evidencia en las siguientes
realidades: en el nivel de la enseñanza media: Por iniciativa
de la SEAN y la Resolución correspondiente del
Ministro del MINED, se crearon en 1980 los Institutos
Preuniversitarios Especializados en Ciencias Exactas
(IPECE). El primero de ellos —el Humboldt 7— y otros
dos establecidos en Santiago de Cuba y Villa Clara durante
el quinquenio, devinieron en una cantera de excelentes
graduados para el estudio de ciencias e ingeniería
en la enseñanza superior y en especial una valiosa
cantera para la esfera nuclear. Baste recordar que hasta
su integración con las antiguas vocacionales en 1985,
sus egresados constituyeron el 28 % del total de los estudiantes
universitarios de perfil nuclear. En esos años
se prepararon, además, cientos de técnicos medios y
obreros cualificados en el Politécnico Electronuclear de
Juraguá, en Cienfuegos, surgido en 1981.
Respecto a la enseñanza superior, hasta 1980 un
total de 48 profesionales se habían graduado en especialidades
de perfil nuclear. Solo entre ese año y 1988 se
formaron más de 650 especialistas de este nivel [12]. En
general, hasta mediados de 1992, la cifra total de egresados
en la URSS, países de Europa del Este y Cuba
en cerca de 50 especialidades, fue alrededor de 1100
(comenzando el año 90 no se enviaron más estudiantes
al exterior). En 1987—a partir de la Facultad de Ciencia
y Tecnologías Nucleares (FCTN) de la Universidad de
La Habana surgida en 1987— se creó el Instituto Superior
de Ciencias y Tecnologías Nucleares (ISCTN). Esta
bien equipada pequeña universidad nuclear, basaba
sus programas curriculares en estándares de calidad y
niveles de formación internacionalmente reconocidos
y preparaba profesionales de alta calificación en Física
Nuclear, Radioquímica e Ingeniería Energética Nuclear;
posteriormente se incorporó la Ingeniería Física y tenía
la misión de formación en estas especialidades para trabajar
en la CEN, la infraestructura científico-técnica y
regulatoria que le daba soporte, y para el desarrollo de
las aplicaciones nucleares. En 2003, el ISCTN se convierte
en el Instituto Superior de Tecnologías y Ciencias Aplicadas (InSTEC) e incorpora la especialidad de Meteorología,
en la que ha graduado hasta el presente 178
profesionales.
En la Tabla 1 se muestra la cantidad total de graduados nucleares desde 1981, su desglose por años, especialidades y la denominación de los centros de enseñanza superior respectivos. De sus aulas han egresado 340 físicos nucleares y 45 ingenieros físicos del mismo perfil. Si se consideran los 120 graduados aproximadamente en el exterior, la cifra de esa especialidad supera los 500 profesionales. No es de extrañar entonces que, junto a físicos de medios condensados cuyas graduaciones se remontan a la década del 70 [13], la mayoría de los profesionales, másteres y doctores en Física del país, sean físicos nucleares.
1La especialidad se denominaba: Energética nuclear
Sobre la superación posgraduada y de investigación cabe resaltar que durante la década del 80 tuvo gran importancia la realización de seminarios científicos y talleres nacionales e internacionales, destacándose por el rigor y alto nivel, y la celebración de las I, II y III Escuelas para los Problemas Actuales de las Ciencias Nucleares, realizadas en 1980, 1985 y 1990 [14].
Estos contaron con representantes nacionales de las instituciones homólogas y la participación de reconocidos conferencistas extranjeros de alto nivel. A partir de 2003 se han formado, en ocho ediciones, 90 másteres en Física Nuclear; de estos 42 en Teoría, 48 en temas experimentales y 20 doctores.
Debido a los cambios ocurridos en la geopolítica internacional y la subsiguiente crisis, a inicios de los años 90 se paralizan las principales inversiones nucleares y desacelera el PNC. No obstante, ya se había estructurado y desplegado la mayor parte de un sistema completo de instituciones en esta rama y existía una significativa fuerza cualificada, que permitió preservar la integralidad del sistema científico-tecnológico de la SEAN y, en particular, salvaguardar el potencial humano preparado con tanto esfuerzo. En 1994 se reorganizan los Organismos de la Administración Central del Estado (OACE); se crea en lo fundamental, a partir de la fusión de la existente Academia de Ciencias y la SEAN, el Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente (CITMA), y surge la AENTA, a la que se transfiere el sistema de la SEAN, sin su infraestructura logística y las delegaciones territoriales.
2. Aplicaciones de las técnicas nucleares en el escenario cubano
La actividad científica e innovadora en el campo de la Física Nuclear se resume en tres direcciones fundamentales: las investigaciones teóricas, experimentales y aplicadas. Los conocimientos y la experiencia acumulada en la Física Nuclear experimental y teórica, que se describen en el epígrafe 3, han permitido abordar un gran número de problemas aplicados y prácticos con resultados en lo económico y social.
Actualmente existen alrededor de 160 instituciones y sectores de diferentes ministerios que emplean técnicas nucleares y fuentes radiactivas; sus resultados han estado estrechamente relacionados con el Programa de Cooperación Técnica del OIEA. Es una realidad la presencia y desarrollo de una infraestructura que abarca campos disímiles como la salud humana (radioterapia, medicina nuclear, producción de radiofármacos e investigaciones preclínicas y clínicas de fármacos, incluyendo tecnología de servicios a la industria biotecnológica y farmacéutica); las aplicaciones en las esferas de la agricultura y el azúcar; la alimentación; la minería y la industria, así como en estudios de los recursos hídricos y la protección de los medios marinos y terrestres. Existe además, una red técnica para el control y la detección de fuentes radiactivas y nucleares no autorizadas.
Diferentes aplicaciones tienen un vínculo más directo con las investigaciones teóricas y experimentales en Física Nuclear, las que se realizan principalmente en el CEADEN y el InSTEC. En la Tabla 2 se presentan poráreas de aplicación y sectores socioeconómicos solo las que ejecutan los centros de la AENTA.
Las principales aplicaciones que se describen más
adelante están relacionadas con los métodos analíticos
y nucleónicos empleados en la Física Nuclear aplicada;
entre estos: el análisis por activación neutrónico (AAN),
la espectrometría gamma (EG), la fluorescencia de rayos
(FRX), la reflexión y moderación de neutrones, la retrodispersión
de partículas beta, la transmisión y absorción
gamma y la técnica de treck etched. Para la simulación
matemática de la interacción con la radiación se utilizaron
los métodos de Monte Carlo, de deconvolución de
espectros y múltiples herramientas de la Física Nuclear
Teórica.
En los marcos del PNC, para las investigaciones de interés económico y el estudio de la composición elemental de muestras variadas se analizaron: el desarrollo e implementación de métodos para medir las secciones de remoción de hormigones cubanos y su caracterización como blindaje contra las radiaciones [16]; el desarrollo de métodos nucleares combinando el AAN y la EG con la FRX; para la evaluación del grado de contaminación por metales pesados en sedimentos marinos de áreas de interés pesquero; y el estudio de suelos urbanos de importantes ciudades del país [17,18].
El AAN también se empleó con neutrones de 14 MeV
para el análisis de zeolitas naturales, granos, metales y
superconductores [19], así como en reactores [20] para
determinar su dependencia al flujo neutrónico. El denominado
método se usa para desarrollar monitores
neutrónicos [21] que se han utilizado para caracterizar
yacimientos zeolíticos [22] y en estudios medioambientales
para la agroindustria azucarera.
También se han diseñado y construido equipos que se basan en la interacción con la sustancia de distintos tipos de radiaciones ionizantes (neutrones, radiación gamma y beta), para aplicaciones industriales en la industria niquelífera [23]; la industria azucarera [24] y para la detección de fallas en uniones soldadas en la industria sideromecánica [25]. Es conveniente recordar dentro del Programa de prospección geológica nacional, la prospección de uranio y torio, tanto en yacimientos como asociados a la extracción de otros minerales [26, 27]. Otra de las aplicaciones que se basa en los efectos de las radiaciones ionizantes, en este caso sobre los materiales biológicos, es la obtención de variedades mejoradas de diversos cultivos de interés económico. El método de mutagénesis radioinducida, conjuntamente con los procedimientos biotecnológicos, ha permitido obtener resultados efectivos en diferentes centros del país. Entre ellos se destacan [28-30] variedades mejoradas de arroz, obtención de cinco radiomutantes de la caña de azúcar, con alta resistencia al virus del mosaico y la aplicación beneficiosa de esta técnica al ajo y al trigo.
Las aplicaciones de la Física Nuclear a la solución
de necesidades de la Salud Pública han sido diversas y
notables. En efecto, el trabajo mancomunado de físicos
nucleares, radioquímicos, físicos médicos, radiobiólogos
y el personal médico de las instituciones de la salud
vinculadas, ha propiciado alcanzar importantes logros
en la producción y utilización de radiofármacos en la
medicina nuclear, en general y la terapia con fuentes
abiertas, así como en la aplicación de la radioterapia
con fuentes encerradas, para efectuar tratamientos terapéuticos
seguros y eficientes contra el cáncer. En el
acelerador lineal del hospital Hermanos Ameijeiras se
han desarrollado métodos para el cálculo de la dosis
absorbida en capas de agua y tejidos para campos de
electrones de energía entre 1 MeV y 21 MeV. También,
a través de la simulación matemática, se mejoró la calidad
de los tratamientos radioterapéuticos con agujas
de yodo y alambre de iridio. En el Centro de Investigaciones
Médico Quirúrgicas (CIMEQ), a fin de maximizar
el beneficio y reducir los efectos colaterales, se estudiaron
por simulación Monte Carlo, las fuentes radiactivas
,
,
e
empleadas en braquiterapia en el
cerebro.
Para el aseguramiento metrológico de las mediciones
de actividad se creó y desarrolló en el CENTIS el
Laboratorio de Metrología de Radionúclidos (CENTISDMR)
y en el CPHR el Laboratorio Secundario de Calibración
Dosimétrica (LSCD). Los resultados satisfactorios
obtenidos por el CENTIS-DMR y el LSCD, junto a la
calibración (CMC) del laboratorio para emisores gamma
y beta puros, propiciaron su inclusión en el Anexo
C de la Base de Datos del Buró Internacional de Pesas
y Medidas (BIPM) [31]. Ello determinó que los certificados
de calibración emitidos por ambos centros tengan
el reconocimiento de los Laboratorios Metrológicos Nacionales
de otros países. Por otra parte, el Laboratorio
de Contaminación Ambiental del CPHR presta servicios
sistemáticos de análisis de muestras ambientales, incluyendo
alimentos. La vigilancia radiológica ambiental
para detectar y notificar cualquier anomalía radiológica,
ya sea de origen nacional o externa [32], se garantiza
por medio de una red nacional equipada para realizar
las mediciones de radionúclidos [33] en tiempo real y
ofrecer de manera expedita los resultados requeridos. Otro servicio de indudable valor científico y social,
realizado por un colectivo multidisciplinario del propio
centro, es el estudio de los efectos biológicos de las
radiaciones ionizantes. Los estudios realizados por [34-
35], empleando métodos eficaces para estimar las dosis
radiológicas recibidas durante situaciones accidentales,
permitieron obtener resultados positivos con los niños y
otras personas afectadas por el accidente de Chernobil.
Entre 1990 y 2012, el Programa nacional de afectación a los niños de Chernobil atendió, con resultados internacionalmente reconocidos, a casi 25 mil personas de Ucrania, Bielorrusia y Rusia.
3. Desarrollo de la Física Nuclear Teórica y Experimental
El Programa Nuclear Cubano (PNC) contempló múltiples tareas de carácter investigativo y de formación profesional, que propiciaron el despegue de las investigaciones en Física Nuclear con objetivos bien definidos y permitió afrontar el reto científico tecnológico y materializar los resultados esperados. Ello fue posible gracias al sostenido esfuerzo desarrollado en la capacitación y calificación de técnicos, especialistas y científicos necesarios.
La actividad científica en el campo de la Física Nuclear desde el enfoque organizacional, se puede considerar en dos etapas: la primera etapa, entre 1980–1995 y la segunda etapa, de 1996–2014. En la primera se definen los objetivos priorizados de los programas científicos; se crean las condiciones e infraestructuras requeridas y se consolidan las instituciones cabeceras y los colectivos líderes. La segunda etapa comienza a partir del surgimiento de la AENTA a mediados de los años 90, cuando las limitaciones económicas y el recrudecimiento del bloqueo, obligan al abandono definitivo del Proyecto CEN Juraguá en el año 2000. No obstante, basadas en la infraestructura y potencial ya creados, el Programa Científico y de Innovación Tecnológica se pudo reorientar —según lo expuesto en el epígrafe 2— a potenciar las aplicaciones nucleares no energéticas, otras conexas y a perfeccionar los estudios fundamentales de mayor impacto antes establecidos. Estas actividades se sustentaron en el Programa Ramal Nuclear (1996–2005) y su continuación, así como en las decenas de instituciones nacionales involucradas en las aplicaciones nucleares y la amplia colaboración internacional existente.
Desenvolvimiento de la primera etapa. Las investigaciones en Física Nuclear se desarrollaron en dos direcciones: teóricas y experimentales. Las variadas investigaciones teóricas realizadas se centraron en la obtención de datos nucleares el estudio de la fisión nuclear y la física de reactores, lo que propició el dominio progresivo de las teorías nucleares básicas, junto al empleo de los modelos modernos para el cálculo de reacciones nucleares inducidas por neutrones en un amplio intervalo de núcleos y energías. También fue necesario asimilar los cálculos físico-neutrónicos y dinámicos de reactores, adentrarse en la termohidráulica y crear en la SEAN una potente base nacional de cómputo basada en sistemas EC-1066. Con respecto a las investigaciones experimentales, una parte se realizó en el extranjero debido a la ausencia de instalaciones nacionales apropiadas. No obstante, se pudo asimilar en el país la activación neutrónica, la reflexión de neutrones térmicos y otras técnicas analíticas nucleares que hasta el presente se emplean fundamentalmente en la medicina, la agricultura y la industria minero-metalúrgica. El dominio de la Física Nuclear aplicada demandó también otras competencias y dispositivos de tecnologías asociadas en: ciencia de los materiales, electrónica e instrumentación nuclear, informática y automatización de experimentos y procesos, así como en la fabricación de series limitadas de equipos, partes y componentes de alto valor agregado.
Para el logro de lo anterior, el PNC realizó un esfuerzo sostenido en la formación y la calificación de los especialistas necesarios para las diferentes etapas. Entre las múltiples tareas acometidas en el período 1980-1985, por su importancia, se destaca la creación de grupos de jóvenes físicos y especialistas nucleares de diversos perfiles a los que se les brindaron todas las facilidades y una preparación sólida en Cuba y en el extranjero. El CEADEN y el ISCTN fueron, en la Física Nuclear, las instituciones cabeceras de estas actividades en la SEAN a las que, de manera diferenciada, se incorporaron paulatinamente otros centros. En la Tabla 3 se presentan esas instituciones y sus campos respectivos de investigación. Se introdujeron además, planes de formación posgraduada, que combinaban los cursos individuales con la participación en escuelas, talleres y eventos científicos. Así, los proyectos de investigación pasaron a ser una parte sustantiva de los programas de la licenciatura, las maestrías y el doctorado tutelar en Física Nuclear.
Como aspecto relevante no solo para la nucleoenergética y otras especialidades relacionadas, sino también para las investigaciones básicas, todas en correspondencia con la experiencia internacional y los requerimientos para el programa científico nacional, se determinaron como líneas principales de investigación la predicción, obtención y evaluación de datos nucleares neutrónicos de la estructura del núcleo, las reacciones nucleares y el proceso de fisión nuclear [36].
Un hito para el desarrollo de esta especialidad fue la
creación de un colectivo de jóvenes científicos de excelencia,
cuyos resultados en las investigaciones teóricas
fueron clave durante la etapa. A modo de antecedente
cabe resaltar que entre 1977 y 1980, en el Instituto de
Energía Atómica, I. V Kurchatov (IEA) de Moscú, se habían
realizado trabajos teóricos empleando un enfoque
microscópico del modelo de las capas e investigado la
influencia de los estados de entrada sobre el carácter
de las fluctuaciones, tanto en las secciones eficaces neutrónicas como en la dispersión inelástica en núcleos
fuertemente deformados [37-40]. El autor, ejecutor principal
de esas y otras investigaciones aquí referenciadas
(Castro Díaz-Balart, F. *), siguiendo el método empleado
en el IEA —basado en la escuela del Académico
L. D. Landau— encabezó en Cuba la creación de un
grupo de investigadores cualificados con teóricos jóvenes
formados en diversas universidades del extranjero,
con trayectoria destacada. Estos, a la vez que fueron
madurando en sus especialidades respectivas, realizaban
actividades investigativas de punta en las áreas
del conocimiento vinculados. El colectivo que se nucleó
entonces entorno a estas investigaciones, a la postre,
fue individualmente reconocido y la mayoría obtuvo el
doctorado y/o devino en investigadores principales y
profesores titulares.
Como se aprecia en el ciclo de los trabajos [41-53],
la mayoría en prestigiosas publicaciones internacionales,
para alcanzar un conocimiento profundo de los procesos
físicos que ocurren en las instalaciones nucleares,
las investigaciones teóricas se focalizaron en el estudio
de la interacción de los neutrones de bajas energías
en materiales estructurales empleados en la tecnología
nuclear, en el desarrollo de métodos teóricos para el
cálculo de secciones eficaces, en las cercanías del
umbral de reacción y en particular para determinar la
influencia del anarmonismo en el cálculo de secciones
eficaces y las distribuciones angulares neutrónicas hasta
5 MeV de energía. También se enfatizó en el estudio
del estado de una partícula en núcleos esféricos (A-60) y
altamente deformados de peso medio (A-100), así como
en la dispersión de partículas de baja energía y sus aplicaciones
en la física nuclear y médica. Vinculado al programa
científico de entonces, se investigó también la
fisión nuclear asociada al mecanismo de interacción a
bajas energías para la reacción de la excitación de los
neutrones con los núcleos de la región de los actínidos
[54-56]. El método desarrollado, considerando la deformación
del núcleo atómico, se utilizó para el cálculo de
la sección eficaz de fisión de varios e importantes componentes
del ciclo del combustible nuclear, en función
de la variación de sus características físicas.
Paralelamente a estas investigaciones teóricas se
inician los trabajos dirigidos a la obtención experimental
de datos nucleares en el mismo campo de la fisión
nuclear [57-63]. Utilizando las posibilidades del reactor
IBR-30 del IUIN de Dubna, se efectuaron investigaciones
experimentales de carácter básico como el estudio
de la función de fuerza de radiación de varios núcleos
de transición y deformados por medio de la reacción
(n,¥) en las resonancias aisladas. También se investigó
la reacción (n,p) por medio de neutrones resonantes, lo
que permitió completar la información acerca de la estructura
de la función de onda de los estados del núcleo
compuesto para núcleos ligeros en la región 22 <A < 41.
Con la cooperación del OIEA, también se efectuaron en
el InSTEC trabajos dirigidos a medir secciones eficaces
y distribuciones angulares de reacciones inducidas por neutrones con energía de 14 MeV, se desarrolló un método
efectivo [64] para determinar el contenido de agua
en zeolitas naturales por reflexión de neutrones [65-66],
se asimilaron en el país variadas técnicas experimentales,
que incluyeron las de activación, las técnicas de
track etched, técnicas de coincidencia, electrónica
de nanosegundos y los centelleantes líquidos para la
discriminación por forma de pulso, entre otras.
Desenvolvimiento de la segunda etapa. Esta comienza a partir de 1996 focalizándose entonces las investigaciones nucleares teóricas, en la descripción de los núcleos atómicos como sistemas complejos, en particular en el estudio y la descripción generalizada de los núcleos excitados y sus mecanismos de relajación nuclear [67-72]. Estas se esbozan como decaimiento exótico mediante un mecanismo que hace énfasis en las propiedades geométricas y de simetría del espacio, lo que propició la investigación de las cadenas radiactivas y sus precursores [73-82]. Se estudió además, el impacto de la estructura nuclear en las reacciones con iones pesados cerca de la barrera Coulombiana, desde los modos más simétricos (fisión like) hasta los extremadamente asimétricos (emisión de protones); todos en los marcos del mismo formalismo teórico y desde un enfoque unificado, lo que permitió crear códigos de cálculos que se publicaron de manera independiente. Finalmente, se exploró la región de los núcleos deformados, desde la perspectiva de la complejidad de la superficie de energía potencial nuclear, desarrollando herramientas de cálculos capaces de abordar problemas actuales como la violación de la paridad en reacciones nucleares. Los resultados obtenidos se publicaron en revistas internacionales de impacto [82-93].
En Física Nuclear experimental y aplicada se continuaron realizando proyectos asociados al desarrollo de los métodos nucleares de análisis que se utilizan en aplicaciones de la física médica, la prospección geológica, la agricultura, la industria, la protección radiológica y dosimetría, y el medio ambiente. También en la modelación y la simulación de procesos nucleares y radiactivos, y en la obtención de datos nucleares para las técnicas nucleares, entre otras. Estas investigaciones se han realizado en las instalaciones del InSTEC y del CEADEN, así como en laboratorios de universidades y centros de investigación de diferentes países que cuentan con el equipamiento adecuado.
Entre los resultados más importantes obtenidos en
esta etapa están las líneas de continuación descritas
en el epígrafe 2, como las relacionadas con las modificaciones
y complementaciones realizadas al método de análisis por activación neutrónica para el desarrollo
de monitores neutrónicos. Esta técnica se empleó en
la caracterización de yacimientos zeolíticos y petroleros;
en la agroindustria azucarera [94-100]; en estudios
medioambientales y en los estudios de optimización de
dosis a administrar [101-106]. También se desarrollaron
métodos de cuantificación [107-108] en diferentes
ensayos de Medicina Nuclear, estudios radiológicos y
en la modelación y simulación de instalaciones experimentales [109-115]. Se ha estudiado asimismo, el grado
de contaminación por metales pesados en sedimentos
marinos y en suelos urbanos de importantes ciudades
del país [116-118].
En la última década se trabajó también en el campo
de las reacciones nucleares de fusión, en particular,
el estudio de la fusión de núcleos estables y exóticos
ligeros débilmente enlazados, así como en el estudio
comparativo de las secciones eficaces de fusión y de
reacción total, empleando núcleos débilmente enlazados
y el estudio de la influencia del proceso de quiebra
del proyecto de fusión. Se investigó también el impacto
de la estructura nuclear de las reacciones con iones
pesados y la influencia del break-up en la fusión de los
núcleos débilmente enlazados; explorándose además
la espectrometría de rayos X como un novedoso método
para el estudio de la supresión de la fusión en la
reacción +
, donde se aplicó el análisis consistente
de las secciones eficaces elásticas, inelásticas y
de fusión en los sistemas
a energías por
debajo de la barrera Coulombiana, entre otros. Además,
se han obtenido resultados significativos en el desarrollo
de una fuente de neutrones en espectro de tipo
Maxwell-Boltzman [119-124].
En los últimos años, un grupo de jóvenes físicos nucleares han comenzado a trabajar en la línea de Física de Altas Energías vinculada al experimento ALICE del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN. Los principales resultados en esta línea se han obtenido en el realineamiento del detector SDD (Silicon Drift Detector), aplicando el tiempo de deriva máximo, la velocidad de deriva y los datos obtenidos por los detectores SPD y SSD [125]. Se ha caracterizado el sistema ITS (Inner Tracking System) del experimento ALICE, mediante la reconstrucción de trazas producidas por haces de radiación [126-129] y se han estudiado las distribuciones de carga y momento en los detectores para identificar partículas cargadas originadas en colisiones protónprotón [130-133] y Pb-Pb en el LHC.
CONCLUSIONES
La más valiosa experiencia del Programa Nuclear
Cubano corrobora que, un pequeño país con recursos
limitados, además de la adecuada transferencia de
equipos y conocimientos provenientes de las naciones
industrializadas, solo se puede plantear la posibilidad
de un programa de asimilación de la energía nuclear
con fines pacíficos, si junto al sostenido esfuerzo necesario
es capaz de crear la indispensable infraestructura
institucional, formar el personal necesario y desarrollar
un proyecto coherente de investigación y desarrollo de
las ciencias y tecnologías nucleares. Para afrontar este
reto y materializar los resultados esperados fue decisivo
formar y capacitar constantemente a los especialistas,
científicos, técnicos y trabajadores, involucrados
en este Programa. El esfuerzo realizado por el PNC en la formación de especialistas nucleares en el país e internacionalmente,
ha sido relevante. Al considerar la
colaboración de la antigua URSS, los países del Este
europeo y los graduados en Cuba a partir 1980, son más
de 2220 los egresados en especialidades nucleares, de
los cuales, alrededor de 500 son físicos nucleares. Si
se incluyen además, los maestros en ciencia y doctores
existentes, los nucleares constituyen la mayoría, junto a
los físicos de materia condensada, cuyas primeras graduaciones
se remontan a la década del 70.
Un emprendimiento de la magnitud de la CEN Juraguá, aun sin haberse concluido, presenta además un saldo cultural que se manifiesta en muchos terrenos, en especial, en el grado de preparación, experiencia y madurez tecnológica alcanzados; y son cientos los profesionales, técnicos y directivos de múltiples especialidades que se prepararon para encarar el programa nucleoenergético, quienes desempeñan hasta el presente un papel meritorio en los distintos sectores de la ciencia y la economía nacional.
Para el desarrollo de la Física Nuclear y la determinación
clara de sus objetivos y prioridades, fue importante
desde los inicios la formación de colectivos
multidisciplinarios de especialistas en este campo, quienes
coadyuvaron a la materialización del programa científico
concebido. También ha tenido relevancia para la
calificación permanente de estos colectivos, la realización
con rigor de seminarios científicos, talleres y escuelas,
así como la participación en conferencias internacionales
y otros foros de este tipo. Un factor fundamental ha
sido el establecimiento de vínculos estrechos entre los
investigadores teóricos y los experimentadores, quienes
han contado con una valiosa colaboración de los
especialistas del país, los centros internacionales de
investigaciones nucleares y el OIEA. La Física Nuclear,
además de sus múltiples investigaciones y las innovaciones
aplicadas recogidas en el artículo, ha brindado
gran visibilidad a la ciencia cubana a nivel internacional
mediante cientos de publicaciones en revistas de impacto,
las patentes obtenidas y los numerosos premios
otorgados por la AENTA y la ACC.
Las técnicas nucleares y fuentes radiactivas se aplican actualmente en numerosas instituciones de diferentes sectores. Existe una infraestructura que comprende las aplicaciones en las esferas de la agricultura y la alimentación, la agroindustria azucarera, la minería y la industria en general. También para los estudios de los recursos hídricos, la protección de los medios marinos, terrestres y una red técnica para el uso eficiente y seguro de fuentes radiactivas, y para la detección de fuentes radiactivas y nucleares no autorizadas. Hay que destacar entre los logros de las aplicaciones, las del sistema de la salud pública. El trabajo coligado de físicos nucleares, radioquímicos, físicos médicos, radiobiólogos y el personal de las instituciones de la salud afines, propició importantes logros en la producción y utilización de radiofármacos y en la medicina nuclear, la terapia con fuentes abiertas, la radioterapia con fuentes selladas y el aseguramiento metrológico de las mediciones de actividad que incluyen los servicios a la industria biotecnológica y a las investigaciones preclínicas y clínicas de fármacos.
Hace veinte años el sistema de la SEAN, producto de la reorganización estatal ocurrida, se fusionó con la anterior ACC y con determinadas entidades para crear el Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente en el seno del cual surge la Agencia de Energía Nuclear y Tecnologías de Avanzada. De la SEAN, sin la infraestructura logística y las delegaciones territoriales, se le transfiere su sistema de instituciones científico-técnicadocentes y las funciones de ejecutar, de modo sistemático y profesional, las nuevas políticas que le fueron encomendadas al Programa Nuclear, así como servir de soporte a diferentes ramas de la economía que se benefician con su uso. En este relativamente breve lapso, la AENTA logró preservar la integralidad del anterior sistema científico-tecnológico-productivo y salvaguardar a sus competentes recursos humanos, logrados ambos con tanto esfuerzo y tenacidad. En el presente trabajo se pone de manifiesto que la Agencia en la actualidad, ha alcanzado un elevado grado de madurez, cuenta con un personal de alta calificación y experiencia, dispuesto a enfrentar los nuevos retos de esta tecnología con la máxima seguridad en beneficio del país.
A dónde nos conducirán los nuevos avances en los campos del saber moderno, nadie puede conocerlo, pero siempre serán necesarios inteligencia, pasión y entereza para el asalto y la conquista de lo desconocido. Los nuevos destacamentos, mayoritariamente jóvenes, de científicos, ingenieros, obreros y demás participantes futuros, de esta hermosa e inacabada obra, deberán prepararse con dedicación y profundidad, más actualizados de los últimos adelantos de la ciencia y la tecnología, manteniéndose imbricados con el desarrollo de la Energía Nuclear a escala global.
Agradecimientos
El balance de actividades, resultados de investigaciones e innovaciones que comprenden un período de 35 años, no puede obviamente incluir ni ponderar todos los trabajos realizados en cada momento, por lo que contando con la valoración de diferentes especialistas, se incluyen solo los principales y de mayor impacto. No es posible relacionar a otros profesionales de los centros de la AENTA que brindaron informaciones y vivencias, pero resulta ineludible mencionar a quienes aportaron a la elaboración del presente trabajo: las ingenieras Luisa Aniuska Betancourt Hernández y Alba Guillén Campos; los Másteres en Ciencia Marta Alicia Contreras Izquierdo y Gladys María López Bejerano; así como a los colegas físicos nucleares Doctores en Ciencia Oscar Rodríguez Hayes, Iván Padrón Díaz, Oscar Díaz Rizo, Luis Felipe Desdín García, el Radioquímico Jorge Cruz Arencibia y al Profesor Hugo Pérez Rojas.
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Recibido: 12 de diciembre de 2014
Aceptado: 17 de diciembre de 2014
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*Los trabajos publicados bajo el nombre de J R. Fernández Díaz son de su autoría.