Espectroscopia gamma desde un helicóptero Detectar la radiactividad en el aire: con mayor precisión que hasta ahora

En caso de catástrofes nucleares, la rapidez es fundamental: investigadores del Instituto Paul Scherrer han desarrollado un nuevo método de cálculo que permite identificar con mayor exactitud el material radiactivo en cuestión de segundos y determinar con mayor precisión su cantidad y ubicación. Esto mejora considerablemente el método actual de detección desde helicóptero.

Hay situaciones de emergencia que, esperemos, nunca se produzcan, pero para las que la sociedad y el Gobierno quieren estar preparados de todos modos. Entre ellas se incluye la posible fuga de radiactividad tras un accidente en un reactor o un atentado terrorista con material radiactivo. Para que las autoridades puedan reaccionar de forma rápida y eficaz en tales casos, primero hay que evaluar el alcance del peligro para las personas y el medio ambiente. En situaciones de este tipo se recurriría, entre otras cosas, a laboratorios volantes, es decir, detectores instalados en helicópteros que determinan la posición, el tipo y la cantidad de material radiactivo.

En su tesis doctoral, realizada en el laboratorio de calibración y verificación del Departamento de Protección Radiológica y Seguridad del Instituto Paul Scherrer (PSI) de Suiza, David Breitenmoser ha desarrollado herramientas matemáticas que mejoran notablemente el análisis de datos en un laboratorio móvil: El material radiactivo puede identificarse con mayor precisión, y todo ello en cuestión de segundos. Los resultados de esta investigación se han publicado ahora en la revista especializada *Nature Communications*. El nuevo método de análisis no solo es relevante en casos de catástrofe, sino que también puede aplicarse, por ejemplo, a la vigilancia de instalaciones nucleares.

La huella dactilar distorsionada

«Cada material radiactivo tiene una huella característica determinada por los rayos gamma que emite durante su desintegración radiactiva», afirma Breitenmoser. Esta huella consiste en el espectro energético de los rayos gamma, que puede medirse con un detector especial. En principio, a partir de la distribución de las energías de los rayos gamma se puede deducir tanto el tipo de material como su cantidad.

Sin embargo, hay una dificultad: los fotones gamma emitidos por el material —que son partículas de luz de alta energía— se dispersan tanto en el aire como en el helicóptero en el que se encuentra el detector mientras se dirigen hacia este. Esto altera el espectro energético. En otras palabras: la huella se distorsiona y, por lo tanto, ya no es directamente reconocible.

Para averiguar cómo se distorsiona una huella específica de un radionúclido y calibrar el detector en consecuencia, los investigadores simulan estos efectos en el ordenador. Sin embargo, estos cálculos son muy complejos y pueden llevar varias horas o incluso días. Por ello, no serían una opción viable para aplicaciones en las que el tiempo es un factor crítico, como en el caso de un accidente en un reactor.

«Las simulaciones son muy lentas también porque, hasta ahora, han sido bastante ineficaces», afirma Breitenmoser. Por ejemplo, de los aproximadamente diez mil fotones gamma que emite una fuente radiactiva situada en el suelo, solo uno llega al helicóptero, y además ese fotón se dispersa al chocar con las numerosas superficies metálicas del helicóptero.

¿Cómo se mide la radiactividad en el aire? Se necesita un detector de alta tecnología, un helicóptero y un algoritmo sofisticado . David Breitenmoser del PSI explica cómo funciona esto en un breve vídeo de YouTube. (Fuente: Instituto Paul Scherrer PSI/Benjamin A. Senn, Markus Fischer, Monika Bletry y Mahir Dzambegovic)

Simulaciones más rápidas gracias a la división

En lugar de simular todo el recorrido de los fotones gamma desde el suelo hasta el detector en vuelo, Breitenmoser divide el problema en dos partes con su nuevo método. La dispersión en el aire se calcula por separado, teniendo en cuenta en las simulaciones, por ejemplo, la temperatura actual del aire y la altitud de vuelo del helicóptero. La dispersión posterior en el helicóptero, que depende, entre otras cosas, de su actitud de vuelo, se tiene en cuenta mediante funciones matemáticas calculadas previamente. De este modo, una simulación completa, que antes duraba varias horas, ahora solo tarda unos microsegundos.

Sin embargo, el cálculo rápido por sí solo no basta para identificar sin lugar a dudas la huella digital distorsionada. Dado que solo llegan muy pocos fotones gamma al detector, las estadísticas son extremadamente malas: en lugar de líneas claras, solo se ven formas anchas y borrosas. «Hasta ahora, el método de referencia ha sido la combinación de varios valores de energía en el espectro. Aunque este procedimiento mejora la validez estadística de la medición, da lugar a una imagen más tosca y, por lo tanto, a menos información detallada», afirma Malgorzata Kasprzak, directora del laboratorio de calibración del PSI y coautora del nuevo estudio. El nuevo enfoque prescinde de dicha agrupación. En su lugar, se aplica el denominado «modelado bayesiano» directamente al espectro completo.

Resultado preciso en pocos segundos

El método de Bayes se basa en probabilidades: para identificar un espectro de energía a pesar de las malas estadísticas, el ordenador simula la dispersión de los fotones gamma desde el suelo hasta el detector para miles de espectros de salida posibles en diferentes proporciones. Gracias a la división de los cálculos, esto se realiza muy rápidamente. A continuación, el modelo bayesiano calcula qué espectro de salida es el más probable que corresponda al espectro distorsionado medido por el laboratorio volador.

«De este modo, en el futuro podremos distinguir entre muestras de bario o cesio con baja actividad radiactiva en tan solo unos segundos mediante una medición realizada desde un helicóptero, determinar su intensidad con gran precisión y localizar su ubicación con exactitud», afirma Alberto Stabilini, que participa en nombre del PSI en la realización de vuelos de medición aerorradiométrica en Suiza.

En mayo y junio de 2025, por ejemplo, se realizaron vuelos en los alrededores de las centrales nucleares de Mühleberg y Gösgen en el marco de la campaña anual de mediciones. Además, en un ejercicio internacional en el que participaron 140 personas de seis países, seis helicópteros y cinco drones, se ensayaron diversos escenarios, entre ellos la búsqueda de fuentes radiactivas. Estos vuelos de medición, con los que también se elaboran mapas de referencia sobre la radiactividad natural, constituyen, junto con la protección ante emergencias, un importante ámbito de aplicación del método de análisis desarrollado.

«Pero también hay muchos otros», afirma Breitenmoser. Y es que, gracias a su elevada sensibilidad y precisión, este método resulta, en general, adecuado para localizar y caracterizar fuentes radiactivas débiles en el suelo. Esto puede resultar útil, por ejemplo, en estudios geofísicos del subsuelo o para la vigilancia de materiales nucleares por parte del Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA).

Publicación original: David Breitenmoser, Alberto Stabilini, Malgorzata Magdalena Kasprzak, Sabine Mayer: Espectrometría cuantitativa móvil de rayos gamma mediante inferencia bayesiana, Nature Communications, 26 de octubre de 2026; DOI: 10.1038/s41467-026-78464-2