PANORAMA NUCLEAR
Las técnicas nucleares y la formación de profesionales en el InSTEC
Nuclear techniques and nuclear professional education at InSTEC
Oscar Díaz Rizo, Katia D'Alessandro Rodríguez, Alina Gelen Rudnikas, Neivy López Pino, Jorge Borroto Portela, Judith Domínguez Catasús, Aida M. Abreu Díaz
Instituto Superior de Tecnologías y Ciencias Aplicadas (InSTEC)
Ave. Salvador Allende y Luaces.
La Habana, Cuba
odrizo@instec.cu
Se resumen los principales resultados obtenidos en los últimos 25 años por el Grupo de Aplicaciones Nucleares del InSTEC, en el desarrollo de técnicas nucleares y su aplicación en diferentes sectores de la sociedad. Se presenta el impacto que han tenido las investigaciones aplicadas en la formación de pregrado y posgrado en carreras nucleares y en el reconocimiento social de la comunidad universitaria.
Palabras clave: impacto social; usos; instalaciones educativas; herramientas educacionales; energía nuclear; Cuba
Abstract
The paper includes the most relevant results obtained by InSTEC´s Group of Nuclear Applications in the last 25 years, in the development of nuclear techniques and its application in different social areas. The impact of applied research on graduated and post graduated education in nuclear careers as well as the social recognition of the university community are presented.
Key words: social impact; uses; educational facilities; educational tools; nuclear energy; Cuba
INTRODUCCIÓN
El programa nuclear cubano (PNC) en sus inicios contenía
cinco objetivos fundamentales: 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 de los recursos
humanos requeridos [1]. En 1992 se detiene la
construcción de la Central Electronuclear de Juraguá,
pero las actividades del PNC continuaron orientadas
principalmente a las aplicaciones no energéticas de la
energía nuclear [2].
El Instituto Superior de Tecnologías y Ciencias Aplicadas
(InSTEC) es la universidad cubana responsable
de la formación de recursos humanos en especialidades
nucleares. Hoy, cuando se convoca a actualizar los
programas de formación e investigación de las universidades
en función de las necesidades del desarrollo
económico y social del país [3] se afirma que desde su
fundación, en 1981, los objetivos de trabajo del InSTEC
(entonces Instituto Superior de Ciencias y Tecnologías
Nucleares) estuvieron fuertemente asociados a los principales
objetivos del PNC, por lo que las líneas de investigación
del claustro y el trabajo científico de los estudiantes
de las especialidades nucleares (Física Nuclear,
Radioquímica e Ingeniería en Instalaciones Nucleares y
Energéticas) se han concentrado fundamentalmente en
las investigaciones nucleares básicas y aplicadas, la dosimetría
y protección radiológica, la ingeniería nuclear y
en la aplicación de las técnicas nucleares y conexas en
los más diversos sectores de la sociedad.
En 1990 comienzan a ejecutarse los primeros proyectos del Grupo de Aplicaciones Nucleares (GAN) del InSTEC, con profesores y técnicos de los Departamentos de Física Nuclear y Radioquímica de la universidad, y se obtienen los primeros resultados aplicados, de relevancia para varios sectores importantes de la economía.
En el presente trabajo se resumen los principales
resultados alcanzados por el GAN en estos últimos 25
años, así como el impacto que ha tenido la formación
de pregrado y posgrado en la producción científica y
visibilidad de la universidad.
Principales experiencias en la aplicación de técnicas nucleares en el InSTEC
Desde su creación, el Grupo de Aplicaciones Nucleares
del InSTEC ha ejecutado unos 40 proyectos
asociados a la física médica, dosimetría y protección
radiológica; a la caracterización de instalaciones nucleares
y radiactivas, la modelación y simulación de
procesos nucleares y radiactivos; al desarrollo de métodos
nucleares de análisis (análisis por activación
neutrónica (AAN), análisis por activación gamma (AAG),
espectrometría gamma de bajo fondo (EGBF), fluorescencia
de rayos X (FRX), reflexión de neutrones (RN) y el
uso de radiotrazadores) y su aplicación a la geofísica de
yacimientos, agroindustria azucarera y al medioambiente;
a la obtención de datos nucleares para las técnicas
nucleares, entre otros. Estas investigaciones se han realizado,
tanto en las instalaciones del Instituto como en laboratorios
de universidades y centros de investigación de
Cuba y de diferentes países que tienen colaboración conél. A continuación se presentan los principales resultados
obtenidos en los diferentes campos de aplicación:
Geofísica y geoquímica de yacimientos: mediante
las técnicas de AAN en reactores y la FRX se realizó la
caracterización multielemental de rocas reservorios de
petróleo y gas de los yacimientos del norte de Habana-
Matanzas, Martín Mesa y Pina [4-7], en tanto mediante
la EGBF se estudió la radiactividad natural de las muestras,
obteniéndose las concentraciones de radisótopos
naturales de U, Th y K. Los resultados obtenidos mediante
estas técnicas nucleares, permitieron calibrar los
registros de los sondeos neutrónicos y gamma que se
aplican en la geofísica de pozos. El estudio de rocas bituminosas
por RN permitió calibrar las sondas neutróngamma
con el fin de optimizar la determinación de la
frontera petróleo-agua en los pozos petroleros de los
yacimientos estudiados.
Se estudió la composición elemental de muestras
de los más importantes yacimientos de zeolitas cubanas
utilizando las técnicas de AAN y FRX [8], determinándose
las concentraciones de 29 elementos, lo que
permitió evaluar la factibilidad desde el punto de vista
toxicológico de este importante mineral, como complemento
en la alimentación animal, componente de medicamentos
y desarrollo de zeopónicos.
Agroindustria azucarera: el estudio de la relación
suelo-planta en más de 100 plantaciones cañeras del
país mediante AAN permitió determinar que la distribución
de elementos minoritarios y trazas en la hoja de la
caña de azúcar es uniforme e independiente de la variedad
de caña de azúcar y del tipo de suelo, así como la
conformación de cuatro grupos principales de elementos
a partir de su absorción por la planta [9]. Este resultado
permitió la evaluación adecuada de los fertilizantes
utilizados en la agricultura cañera.
Mediante el AAN se comprobó la inocuidad para el consumo y exportación desde el punto de vista de su composición, de los tres tipos de azúcares que se producen en el país: refino, crudo y blanco-directo [10]. Por otra parte, el estudio de las mieles finales provenientes de 74 centrales, permitió comprobar que la composición inorgánica de estas no limita su utilización, tanto en los procesos fermentativos como en la alimentación del ganado [11-12].
Física médica y dosimetría: se diseñó un método general
físico-matemático de optimización de la actividad
radionuclídica a administrar en Medicina Nuclear a partir
de técnicas de conglomerado y análisis discriminante,
comprobándose su aplicabilidad para estudios planares
y tomográficos (SPECT). Este método fue validado según
los procedimientos establecidos internacionalmente
y aplicados en 210 estudios reales de pacientes adultos
en Medicina Nuclear (gammagrafía ósea general con
MDP-, gammagrafía renal morfológica con DMSA
,
Renografía nuclear con MAG 3-
, ventriculografía
nuclear en reposo, utilizando pirofosfato y
y
SPECT de flujo sanguíneo cerebral con HMPAO-
[13-17]. Se optimizaron las dosis en estos estudios utilizando
radiofármacos de producción nacional. Se estimó
la reducción del riesgo radiológico de los pacientes
adultos en los estudios optimizados mediante el cálculo
de las dosis absorbidas en órganos y tejidos, así como
dosis total efectiva en todo el organismo con el software
MIRDOSE 3.0 y se mejora la protección radiológica del
paciente en la medicina nuclear Cubana. Se propusieron
los valores de actividad radionuclídica optimizados
para elaborar una Norma Cubana de Medicina Nuclear.
Se desarrolló y validó un método no estándar de adquisición
de imágenes que logra una mejoría de la resolución
espacial tomográfica de un 18% en estudios de
cuantificación relativa del flujo sanguíneo cerebral mediante
la tomografía por emisión de fotones [18,19], la
cual es significativa para aquellos sistemas de tomografía
por emisión de fotones que no pueden ser modernizados
con los más recientes avances tecnológicos. Se
desarrolló y validó un método de cuantificación basado
en un hecho fisiológico encontrado por el grupo no reportado
anteriormente, que permitió introducir un nuevo
valor de referencia, el seudocerebelo [20], que permite
generalizar al cerebelo como región de referencia en
estudios de perfusión cerebral, aplicable incluso a pacientes
con hipoperfusión cerebelosa, excepto cuando
también existe hipoperfusión en la corteza visual, lo cual
es mucho menos frecuente en la práctica neurológica.
Se desarrollaron modelos y soluciones para evaluar
las dosis por fuentes ambientales a la población cubana.
Se evaluaron las dosis recibidas por los miembros
del público por irradiación externa a la radiación cósmica
y a la radiación terrestre, así como por irradiación interna
debida al del cuerpo y por incorporación de los
radionúclidos presentes en el medio ambiente [21-22].
Como resultados se introdujo un nuevo modelo para las
dosis debidas al basado en una red neuronal, más
realista en tanto considera las especificidades morfológicas
de cada persona, y se obtienen valores de las
dosis que recibe la población cubana, identificándose
las fuentes que contribuyen significativamente a estas
dosis y estimándose el valor de 1.1 ± 0.3 mSv/año, el
cual está en el intervalo reconocido por UNSCEAR [23]
como representativo para la población mundial.
Medioambiente: las técnicas nucleares, dadas sus características, son de gran ayuda en estudios de impacto ambiental. Por ejemplo, mediante el AAN se pudo caracterizar los residuales de la Antillana de Acero [24], el impacto que induce la industria niquelífera a la bahía de Nipe [25], así como el daño provocado por los pedraplenes en la cayería norte del centro del país [26].
Durante varios años se llevó a cabo el estudio multielemental
más amplio realizado a los sedimentos de la
Bahía de La Habana, empleando para ello la integración
de las técnicas nucleares de EGBF, AAN, AAG y FRX. La
EG permitió determinar los radionúclidos presentes en
los sedimentos, así como las tasas de sedimentación
y edad de los sedimentos en la bahía [27]. Mediante
la combinación del AAN, AAG y FRX se determinaron
las concentraciones de un número importante de elementos
(naturales, antropogénicos, tierras raras, etc.),
permitiendo comparar la naturaleza geológica de los
sedimentos de la bahía con otras zonas del país, la distribución
de elementos asociados a su contaminación
y las posibles fuentes de contaminación [28-30]. La integración
del AAN y la EG en el estudio de perfiles de
sedimentos permitió conocer la historia de la contaminación
por metales pesados de la rada habanera en los
últimos 100 años. La normalización de los resultados
demuestra cómo la descarga de efluentes industriales y
urbanos a la bahía ha provocado un aumento de la contaminación
por la incidencia de metales pesados y elementos
trazas. Por otra parte, se comprobó la presencia
de una contaminación moderada por cromo y plomo en
los sedimentos de la Bahía de Nuevitas [31]. En la actualidad
se estudia la Bahía de Guantánamo.
Se estudió el estado de la contaminación por metales
pesados en los sedimentos costeros del Golfo de
Guacanayabo y la bioacumulación de varios de ellos
en especies de interés pesquero: ostiones (Crassostrea
rhizophorae) y cobos (Strombus gigas) [32-33]. Se
comprobó que el Golfo de Guacanayabo es el entorno
marino de menor contaminación radiactiva de los estudiados
en el país [34]. Se evaluaron por primera vez las
características radiológicas y de concentración de metales
pesados de los sedimentos de uso terapéutico del
estuario del Río San Diego, Pinar del Río; se evaluó la
calidad de estos para su empleo con fines terapéuticos
[35-36]; y se determinó la influencia que tuvo el impacto
de eventos climáticos severos en la calidad de ellos [37].
Similar estudio se realizó para los balnearios de Elguea,
Santa Lucía y Cajío. Recientemente se ha estudiado la
línea de base del contenido de metales pesados en las
arenas de duna y playa de los balnearios ubicados en el
litoral de La Habana y Matanzas, así como del balneario
de Varadero [38-39], principal polo turístico del país,
comprobándose la elevada calidad de las arenas de las
playas de La Habana y Varadero, así como la contaminación
por cromo que presenta el balneario El Judío de
la ciudad de Matanzas.
El estudio por FRX de muestras de suelos urbanos
permitió reportar por primera vez las concentraciones
de metales pesados en suelos urbanos de La Habana,
Moa, Las Tunas y Cienfuegos [40-43], y el estudio de su
comportamiento en suelos de diferente uso (industriales,
parques, escuelas, áreas no urbanizadas, huertas
populares, etc.), así como los niveles de contaminación
por metales pesados en suelos de diferentes locaciones
específicas [44-45], evaluando la calidad de estos para
su empleo en la agricultura urbana y su posible impacto
en la salud de la población. En la actualidad se estudian
los suelos y polvos del municipio de San Miguel
del Padrón (La Habana) y de la ciudad de Camagüey. Se
reportaron los contenidos de zinc y su bioacumulación
en 19 cultivos procedentes de 18 áreas de agricultura
urbana y suburbana de las provincias de La Habana,
Matanzas y Cienfuegos [46], determinándose que el
arroz es la principal fuente de este esencial elemento en
la dieta de la población.
Mediante el empleo de trazadores radiactivos y convencionales
se han desarrollado metodologías que permitieron
perfeccionar instalaciones industriales [47-48],
digestores de plantas de tratamiento de residuales [49],
así como evaluar la carga contaminante presente en los
ríos Almendares y Luyanó [50-53], lo que ha permitido
el desarrollo de métodos y tecnologías para la remediación
de esos ecosistemas. Estos métodos se han
aplicado también en la cuenca del río Guaire (Caracas,
Venezuela) y en el transporte de sedimentos en el río
Pampulha (Brasil).
Desarrollo de las técnicas nucleares: se le realizaron
importantes modificaciones y complementaciones al
método de AAN [54-55], comprobándose la dependencia
que tiene esta técnica analítica nuclear de características
importantes del flujo neutrónico del reactor
[56-57]. Se desarrollaron monitores neutrónicos [58] y
se realizó la caracterización de reactores nucleares de
México y Brasil para el empleo de esta técnica [59-60].
Por otra parte, se han desarrollado instalaciones que
han permitido determinar secciones eficaces de fotoefecto
y de la energía del borde de absorción K de diferentesátomos, utilizando radiación de frenado, con
vistas al desarrollo de la FRX con blanco secundario
[61]. Además, se han caracterizado los espectrómetros
de EGBF y de FRX del InSTEC para el estudio de muestras
ambientales, utilizando procedimientos experimentales
y simulación por Monte Carlo [62-64].
Se desarrolló un novedoso proyecto de un generador
de /
para su empleo como radiotrazador
ambiental y se han desarrollado varias metodologías de
evaluaciones ambientales empleando el
como radisótopo.
Impacto de las investigaciones aplicadas en la formación de pregrado y posgrado, y en el reconocimiento de la comunidad universitaria
Debido a que el GAN está integrado por profesores y
técnicos de los Departamentos de Física Nuclear y de
Radioquímica del InSTEC, los programas de formación
de estas especialidades son los que reciben los mejores
beneficios de las investigaciones aplicadas. En la tabla 1 se presentan las asignaturas de los programas en Física Nuclear y Radioquímica que tienen vinculación con las
aplicaciones nucleares. Al ser los profesores principales
de estas asignaturas miembros del GAN, toda su experiencia
profesional se vuelca en el desarrollo, actualización
y perfeccionamiento de las materias a impartir. Por
otra parte, en las clases de laboratorio, por ejemplo,
de Técnicas nucleares, en las que realizan prácticas de
AAN, FRX. EGBF y RN, las muestras de estudio que se
utilizan se individualizan por estudiante y puede ser un
suelo, un sedimento, un residual industrial, una roca,
etc.
Es conocido que la vinculación de los estudiantes a
los proyectos de investigación que desarrolla el claustro
[65], fortalece considerablemente la disciplina de trabajo
científico estudiantil contemplada en los planes de estudios
de ambas especialidades. Además de consolidar
los conocimientos obtenidos en clases, adquieren otros
vinculados al objeto de estudio de su investigación, que
pueden ser incluso ajenos al currículo de su especialidad
(por ejemplo, un estudio de impacto ambiental), lo
que complementa su formación. Toman conciencia de
la importancia y relevancia de su especialidad al constatar
la aceptación e introducción de los resultados de
su trabajo de investigación por parte de los usuarios de
los proyectos, y al reconocimiento que reciben de sus
profesores y compañeros. En los programas de posgrado
ocurre de manera similar, aunque con mucho más
protagonismo por parte del estudiante, pues participa prácticamente a la par de los integrantes del GAN
o como miembro pleno de este. En la tabla 2 se presenta
la cantidad de profesionales cubanos formados
en todas las modalidades por los integrantes del GAN
del InSTEC. Por otra parte, se han formado estudiantes
de maestrías provenientes de Guatemala, Argentina,
Austria y España; se han entrenado a especialistas de
México, Brasil, Perú y Francia y se han impartido cursos
de posgrado en España, Perú, Venezuela, Brasil, Chile
y Paraguay.
Importante ha sido la contribución del GAN a la visibilidad
y reconocimiento nacional e internacional de la
universidad. En estos 25 años, los profesores del GAN
han participado en más de 120 eventos científicos nacionales
e internacionales y han publicado más de 170
artículos científicos en reconocidas revistas del país, así
como en revistas indexadas en el Site Citation Index
(SCI), contribuyendo a que la universidad tenga un índice de publicaciones por profesor entre los más elevados
del país, y a que varios de los miembros del GAN seanárbitros de más de una docena de importantes revistas
del SCI, así como miembros de los consejos editoriales
y árbitros de varias revistas científicas nacionales.
Los proyectos ejecutados, relativos al desarrollo
y aplicación de las técnicas nucleares y conexas en
diferentes sectores de la economía, han contribuido a
mantener el elevado nivel de aceptación que tiene el
uso de las técnicas nucleares en la sociedad, y se han
reconocido a nivel colectivo como resultados científicos
destacados a diferentes instancias (tabla 3) y a nivel individual
con importantes condecoraciones (Orden Carlos
J. Finlay, Medalla José Tey, Distinción por la Educación
Cubana, Distinción del Ministro del Educación Superior,
entre otras).
No se pueden realizar investigaciones aplicadas sin
una amplia colaboración nacional. La gran mayoría de
los resultados, arriba resumidos, se han obtenido con la
participación activa de especialistas e investigadores de
los organismos del Estado vinculados a los diferentes
campos de acción mencionados (ver figura). Más de 30
instituciones nacionales, entre centros de investigación,
universidades, empresas, hospitales, etc., han colaborado
en diferentes momentos de las investigaciones y
han jugado un rol importante en la introducción de los
resultados en la práctica social. Varias de esas instituciones
son centros receptores de los egresados de las
especialidades de Física Nuclear y Radioquímica y Unidades
Docentes del InSTEC. Las relaciones de trabajo
establecidas han contribuido también a que varios de
los integrantes del GAN sean en la actualidad miembros
externos de varios consejos científicos, integren grupos
de expertos de varios ministerios, y fueran seleccionados
como expertos de la Agencia de Energía Nuclear
y Tecnologías de Avanzada. Uno de los profesores del GAN fue elegido Miembro Titular de la Academia de
Ciencias de Cuba en el 2012.
La colaboración internacional del GAN ha tenido una
importancia trascendental en el desarrollo y resultados
del grupo. Ello ha permitido el acceso a instalaciones
nucleares y a otras facilidades experimentales no disponibles
en el país. Muy importante ha sido la contribución
del Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA)
en el mejoramiento de las facilidades experimentales
de los laboratorios docentes y de investigación, en la
preparación de los integrantes del GAN y en la contratación
de proyectos de investigación que han permitido
realizar aportes a diferentes técnicas nucleares. En la
actualidad, varios de los integrantes del GAN son expertos
del OIEA, colaboradores de importantes centros
científicos y profesores invitados de varias universidades
extranjeras.
CONCLUSIONES
La experiencia acumulada por el Grupo de Aplicaciones
Nucleares del InSTEC en la ejecución de proyectos
aplicados a diferentes sectores de la sociedad cubana
ha demostrado cuán pertinente, desde el punto de
vista docente, de producción científica y de visibilidad de
la comunidad universitaria, resulta vincular los procesos
de formación e investigación de la universidad en función
de las necesidades del desarrollo económico y social del
país. Por otra parte, esta experiencia, unida a la alcanzada
por los colectivos de profesores y estudiantes
que se dedican a las investigaciones básicas en Física
Nuclear y Radioquímica, contribuyeron a alcanzar y contribuyen
a mantener la condición de Excelencia en la acreditación
de los programas de formación de profesionales.
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Recibido: 23 de octubre de 2015
Aceptado: 27 de noviembre de 2015