Investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL), en Estados Unidos, desarrollaron junto con el fabricante británico Nu Instruments una versión especializada del espectrómetro de masas Sapphire 1700, capaz de medir simultáneamente isótopos de uranio y plutonio presentes en concentraciones extremadamente bajas. El instrumento incorpora 22 detectores y ha conseguido reducir casi a la mitad el tiempo necesario para determinados análisis de materiales nucleares, una mejora que podría fortalecer los sistemas internacionales de vigilancia y prevención de la proliferación de armas nucleares.
La tecnología fue presentada públicamente por el PNNL el 2 de noviembre de 2026, después de un proceso de desarrollo que culminó con la instalación del equipo durante 2025. Desde entonces, los investigadores han realizado calibraciones y pruebas destinadas a comprobar su precisión, sensibilidad y capacidad para procesar muestras que contienen cantidades diminutas de elementos radiactivos.
El avance se encuentra en una característica específica de su diseño: la posibilidad de analizar diferentes isótopos de uranio y plutonio en una misma medición, evitando parte de los procedimientos separados que requieren otros instrumentos.
Por qué sus 22 detectores permiten hacer algo diferente
Los espectrómetros de masas son instrumentos científicos utilizados para determinar la composición de materiales mediante la medición de la relación entre la masa y la carga eléctrica de sus partículas. Esta tecnología tiene aplicaciones en química, medicina, investigación ambiental y estudios de materiales, pero adquiere especial relevancia cuando se necesita identificar cantidades extremadamente pequeñas de sustancias nucleares.
En el caso del Sapphire 1700 instalado en el PNNL, los investigadores modificaron la configuración convencional para incorporar 22 detectores, de los cuales 12 están destinados al conteo de iones. Estos últimos permiten registrar señales muy débiles, una característica necesaria cuando determinados isótopos aparecen en cantidades considerablemente inferiores a las de otros componentes de la muestra.
Los isótopos son variantes de un mismo elemento químico que tienen diferente número de neutrones. Aunque comparten propiedades químicas, sus diferencias de masa permiten identificarlos mediante técnicas especializadas.
En materiales nucleares, conocer la proporción entre isótopos resulta especialmente importante. La relación entre uranio-235 y uranio-238, por ejemplo, proporciona información sobre la composición isotópica del uranio, mientras que las proporciones entre distintos isótopos de plutonio pueden aportar antecedentes sobre su origen y procesamiento.
La configuración especial del Sapphire 1700 permite registrar estas señales simultáneamente y reducir interferencias que pueden alterar los resultados. La plataforma tecnológica también incorpora capacidades de alta resolución y sistemas diseñados para mejorar la separación de señales de diferentes especies químicas.
Las primeras pruebas muestran una reducción considerable del tiempo
Una de las principales dificultades de los análisis nucleares consiste en combinar sensibilidad, precisión y velocidad. Las muestras ambientales pueden contener cantidades tan pequeñas de material que requieren procedimientos especializados de preparación, separación química y medición.
El equipo del PNNL, encabezado por la química Megan Nims e integrado por el científico Eirik Krogstad y los investigadores Tyler Schlieder, Alex Iveson y Nick Richard, trabajó durante años en una configuración que permitiera superar parte de estas limitaciones.
Los resultados obtenidos durante su funcionamiento muestran avances concretos. Los investigadores completaron la validación de 110 mediciones en poco más de tres meses, mientras que las calibraciones efectuadas durante aproximadamente un año permitieron estabilizar y perfeccionar los procedimientos analíticos.
El laboratorio sostiene que, con su configuración especializada, los tiempos de análisis se han reducido casi a la mitad sin una pérdida apreciable de precisión en los resultados obtenidos.
Sin embargo, esta mejora corresponde a los procedimientos evaluados por el equipo científico. No significa que cualquier análisis de materiales nucleares pueda completarse automáticamente en la mitad del tiempo, ya que la duración total depende también de la preparación de las muestras, sus características y las verificaciones necesarias.
El PNNL tampoco ha divulgado un límite único de detección aplicable a todos los isótopos examinados, por lo que la sensibilidad del instrumento no debe interpretarse como una capacidad idéntica para cualquier material o condición experimental.
Una tecnología destinada a detectar actividades nucleares no declaradas
La aplicación más relevante del desarrollo se encuentra en los sistemas internacionales de salvaguardias nucleares, utilizados para verificar que los materiales e instalaciones sometidos a controles internacionales no sean desviados hacia actividades prohibidas.
El Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) utiliza procedimientos de inspección y análisis de muestras ambientales para investigar posibles indicios de actividades nucleares no declaradas.
Una de estas técnicas consiste en recoger partículas de polvo presentes en instalaciones mediante materiales especiales de muestreo. Posteriormente, las muestras son trasladadas a laboratorios capaces de identificar cantidades extremadamente pequeñas de uranio, plutonio y otros elementos de interés.
El análisis isotópico permite obtener información que no puede determinarse únicamente mediante la presencia de radiación. Las proporciones entre diferentes isótopos pueden contribuir a caracterizar el material encontrado y establecer si existen antecedentes que requieran una investigación adicional.
El PNNL forma parte de la Red de Laboratorios Analíticos del OIEA, integrada por 17 laboratorios, entre ellos otras instalaciones científicas estadounidenses como Los Álamos, Lawrence Livermore y Oak Ridge.
En este contexto, la capacidad del Sapphire 1700 para realizar mediciones simultáneas podría ayudar a procesar muestras con mayor rapidez y mejorar el flujo de trabajo de los laboratorios que participan en las verificaciones internacionales.
No obstante, detectar trazas de materiales nucleares no constituye por sí mismo una prueba de actividades ilegales. Los resultados deben interpretarse considerando el contexto de la instalación, sus operaciones declaradas y otras evidencias obtenidas durante las inspecciones.
El desarrollo continuará con nuevas aplicaciones
La investigación recibió financiamiento del programa de desarrollo tecnológico para salvaguardias de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear de Estados Unidos, mientras que la adquisición del instrumento fue financiada por el Departamento de Estado.
En julio de 2026, Tyler Schlieder presentó los avances del Sapphire 1700 durante la Conferencia Goldschmidt, uno de los principales encuentros científicos internacionales dedicados a la geoquímica. Su exposición abordó la medición simultánea de isótopos de uranio y plutonio en muestras ambientales mediante espectrometría de masas con múltiples colectores.
El equipo científico considera que todavía existen capacidades del instrumento que deben caracterizarse y comprobarse mediante nuevos procedimientos experimentales. Entre sus objetivos se encuentra desarrollar metodologías que puedan aplicarse en otros laboratorios especializados.
Esta posibilidad adquiere interés ante la expansión de tecnologías nucleares y el desarrollo de reactores modulares, escenarios que, según los investigadores, podrían aumentar la demanda de análisis ambientales utilizados en la supervisión internacional.
Por ahora, el avance comprobado corresponde a una configuración especializada que funciona en el PNNL y que ha demostrado mejorar la eficiencia de determinadas mediciones. Su utilización más amplia dependerá de la validación de nuevos métodos y de la posibilidad de reproducir sus capacidades en otras instalaciones.
La relevancia del Sapphire 1700 reside en que permite obtener, durante una misma medición, información isotópica que anteriormente requería procedimientos separados. Esa capacidad ofrece una herramienta adicional para los laboratorios encargados de examinar materiales nucleares y verificar el cumplimiento de los compromisos internacionales de no proliferación.
REDIMIN Responde
¿Qué tecnología desarrollaron los investigadores del PNNL y Nu Instruments?
Desarrollaron una versión especializada del espectrómetro de masas Sapphire 1700, capaz de medir simultáneamente isótopos de uranio y plutonio en concentraciones extremadamente bajas.
¿Cuántos detectores incorpora el Sapphire 1700 y cuál es su función?
El Sapphire 1700 incorpora 22 detectores, de los cuales 12 están destinados al conteo de iones, permitiendo registrar señales muy débiles necesarias para identificar isótopos en cantidades pequeñas.
¿Qué mejora ofrece el Sapphire 1700 en los análisis de materiales nucleares?
El Sapphire 1700 reduce casi a la mitad el tiempo necesario para determinados análisis de materiales nucleares sin una pérdida apreciable de precisión, gracias a su capacidad de medir simultáneamente diferentes isótopos.
¿Cuál es la aplicación más relevante del Sapphire 1700 en el ámbito internacional?
La aplicación más relevante es en los sistemas internacionales de salvaguardias nucleares, donde su capacidad de realizar mediciones simultáneas podría mejorar el flujo de trabajo en la verificación de actividades nucleares no declaradas.
¿Qué financiamiento recibió el desarrollo del Sapphire 1700 y qué se presentó en la Conferencia Goldschmidt?
El desarrollo recibió financiamiento del programa de desarrollo tecnológico para salvaguardias de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear de Estados Unidos y del Departamento de Estado. En la Conferencia Goldschmidt, Tyler Schlieder presentó los avances en la medición simultánea de isótopos de uranio y plutonio.