José Benlliure, profesor de investigación del CSIC y miembro del Instituto de Física Corpuscular, IFIC, centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y la Universitat de València, ha participado en un estudio, recientemente publicado en la revista Nature Communications, en el que se demuestra por primera vez que es posible identificar de manera independiente neutrones producidos por un acelerador láser. Este trabajo, liderado por investigadores de la Universidad de Sevilla, se desarrolló en las instalaciones del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, en Alemania.

José Benlliure lidera en el IFIC una línea de investigación relacionada con el desarrollo de la tecnología de aceleración de partículas con láser y aplicaciones médicas. El resultado que se ha publicado evidencia que los aceleradores láser pueden usarse para generar fuentes de neutrones que son de gran utilidad tanto en investigación básica como en aplicaciones de gran interés social, como la radioterapia inducida por neutrones o la producción de radiomarcadores para imagen médica. Esta nueva tecnología de generación de neutrones por láser permitirá abaratar costes y por tanto, democratizar su uso.

Fuentes de neutrones

Las fuentes de neutrones constituyen herramientas científicas de gran valor tanto para la investigación básica como para múltiples aplicaciones tecnológicas e industriales. En el ámbito de la ciencia fundamental, permiten estudiar la estructura y dinámica de la materia a escala atómica mediante técnicas como la dispersión de neutrones, especialmente útiles en física del estado sólido, química, biología y ciencia de materiales. A diferencia de otras partículas, los neutrones no tienen carga eléctrica, lo que les permite penetrar profundamente en los materiales y proporcionar información detallada sobre posiciones atómicas, vibraciones y propiedades magnéticas.

Además, las fuentes de neutrones son esenciales para investigar fenómenos fundamentales en física nuclear y en áreas relacionadas con la interacción fuerte y la estructura del núcleo atómico. En instalaciones de investigación, estas fuentes pueden generarse mediante reactores nucleares o aceleradores de partículas, ofreciendo haces de neutrones con características controladas para experimentos de alta precisión.

En cuanto a las aplicaciones, los neutrones se utilizan en la inspección no destructiva de materiales y componentes industriales, permitiendo detectar defectos internos sin dañarlos. También tienen un papel relevante en la medicina; por ejemplo, en la terapia por captura de neutrones en boro (BNCT), una técnica prometedora para tratar ciertos tipos de cáncer. Asimismo, se emplean en el análisis de materiales arqueológicos, en la seguridad nuclear y en el desarrollo de nuevos materiales avanzados, como aleaciones resistentes o superconductores.

En conjunto, las fuentes de neutrones representan una infraestructura científica estratégica, ya que combinan la capacidad de ampliar el conocimiento fundamental sobre la materia con un impacto directo en la innovación tecnológica y el bienestar social.

Neutrones generados por láser

Las fuentes de neutrones generadas por láser representan una tecnología emergente dentro del campo de la física nuclear y de los aceleradores compactos. En estos sistemas, pulsos láser de muy alta intensidad interactúan con un blanco sólido o gaseoso, produciendo partículas cargadas (como protones o deuterones) que, al colisionar con otro material, generan neutrones mediante reacciones nucleares. Este enfoque se basa en los avances recientes en láseres de potencia ultraalta y en técnicas de aceleración de partículas por plasma.

Según explica José Benlliure, «una de las principales ventajas de las fuentes de neutrones generadas por láser es su compacidad en comparación con las fuentes tradicionales basadas en reactores nucleares o grandes aceleradores, lo que abre la posibilidad de disponer de instalaciones más pequeñas y potencialmente menos costosas». Además, apunta, «permiten generar pulsos de neutrones extremadamente cortos, del orden de nanosegundos o incluso menos, lo que resulta especialmente útil para estudios de procesos dinámicos ultrarrápidos en materiales».

Otra ventaja importante es su flexibilidad y seguridad operativa, ya que no requieren mantener una reacción nuclear en cadena y pueden activarse únicamente cuando se dispara el láser. Por último, estas fuentes tienen un gran potencial para aplicaciones futuras en radiografía de alta resolución, ciencia de materiales, ensayos no destructivos y, en el ámbito de la investigación básica, en el estudio de reacciones nucleares y propiedades fundamentales de la materia.

Referencias:

M. A. Millán-Callado, S. Scheuren, A. Alejo, J. Benlliure, R. Beyer, T. E. Cowan, B. Fernández, E. Griesmayer, A. R. Junghans, J. Kohl, F. Kroll, J. Metzkes-Ng, I. Prencipe, J. M. Quesada, M. Rehwald, C. Rödel, T. Rodríguez-González, U. Schramm, M. Roth, R. Štefaníková, S. Urlass, C. Weiss, K. Zeil, T. Ziegler & C. Guerrero  

"Single-event fast neutron time-of-flight spectrometry with a petawatt-laser-driven neutron source".

Nature Communications 17, 3154 (2026)

https://doi.org/10.1038/s41467-026-70312-7