El Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM-CSIC), ha colaborado en el diseño y desarrollo de un prototipo para la detección de gas radón, un gas radiactivo de origen natural que se puede encontrar en los espacios interiores de edificios. Es el resultado del proyecto CARE, dirigido por la empresa Alibava Systems, y desarrollado por centros de investigación y empresas.
Detalle de los dispositivos de silicio que se integran en el sensor. | IMB-CNM-CSICEs imperceptible, pero constituye la mayor fuente de exposición a radiación natural en humanos (aproximadamente la mitad del total, según algunas fuentes). Es el radón, un gas noble que se produce por desintegración radiactiva natural del uranio presente en suelos y rocas.
Algunas zonas geográficas tienen, por sus características geológicas, mayores niveles de radón que otras. Al aire libre, el radón no es un problema. El problema surge en lugares cerrados que no estén bien ventilados, como grandes edificios, sótanos o edificios con sistemas de climatización en circuito cerrado. En esos casos, el radón se acumula, y puede llegar a niveles dañinos para la salud. La Organización Mundial de la Salud (OMS) estima que de un 3 a un 14% de los casos de cáncer de pulmón se pueden atribuir a este gas en función de su concentración.
Desde el año 2018, la directiva europea (2013/59/Euratom) obliga a los gobiernos a medir el radón en lugares de trabajo ubicados en áreas de riesgo y a reducir la concentración de radón en aquellos lugares en los que se registre un mínimo de 300 becquerelios por metro cúbico.
Controlar esos niveles de forma automática y asequible era el objetivo del proyecto CARE, en el que participa el CSIC. El resultado, presentado hace poco, es un un dispositivo que cuenta con un sensor de silicio fabricado en la Sala Blanca del IMB-CNM-CSIC, y que monitoriza los niveles de radón de forma automática y a distancia.
El prototipo está todavía en fase de estandarización. La iniciativa CARE ha sido dirigida por la empresa Alibava Systems y ha contado con la participación de dos centros públicos de investigación, el IMB-CNM-CSIC y el Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE) de la Universidade de Santiago de Compostela, que ha sido responsable de la realización de las pruebas de calibración y validación, tanto en sus instalaciones experimentales como en entornos reales. Galicia es, de hecho, una de las áreas de España con mayor emisión de radón, según una cartografía del Consejo de Seguridad Nuclear. En el proyecto también participan las empresas ATI Sistemas SL, Radiansa Consulting SL, y Sensing & Control Systems SL.
Medidas cada media hora o menos
El dispositivo va enchufado a la corriente y proporciona la medición real y periódica a través de la red inalámbrica a la que esté conectado. El equipo ha desarrollado un sensor semiconductor para la detección de los elementos radioactivos generados durante la desintegración del radón y un sistema de control capaz de proporcionar medidas de concentración del gas con frecuencias inferiores a la media hora. Esta es la principal novedad. “La mayoría de detectores comerciales lo que hacen es promediar la concentración de radón registrada en las 24/48 horas precedentes”, indica Dolores Cortina, investigadora del IGFAE. “Para ello, ha sido clave la implementación de un algoritmo adecuado a las altas capacidades del sensor desarrollado, permitiendo combinar rapidez y fiabilidad en la medida”, añade.
El IMB-CNM-CSIC ha participado activamente en el desarrollo del sensor semiconductor incorporado en el prototipo, cuya área sensible se ha fijado en 800 mm2. Para una sensibilidad óptima, se ha cubierto con 30 sensores de silicio con unas dimensiones de 27 mm2. Estas pastillas se han fabricado en la Sala Blanca de Micro y Nanofabricación del IMB-CNM-CSIC, una infraestructura científico técnica singular (ICTS) del CSIC dedicada al desarrollo y aplicación de tecnologías innovadoras en el campo de la microelectrónica.
“El mayor reto ha sido la integración del silicio en el corazón del detector de radón; de su calidad, estabilidad y repetitividad dependen las características finales del sistema”, indica Salvador Hidalgo, investigador principal del IMB-CNM en el proyecto. “Se han fabricado estructuras modulares formadas por diez detectores de silicio, de las que para este prototipo se han utilizado tres, posicionadas en forma novedosa. Esta solución nos permite disponer de un sistema muy flexible, con una rápida y fácil adaptación en función de la aplicación”, agrega.
Cuando esté homologado, el dispositivo se aplicará tanto en edificios públicos como privados, y tanto en el sector doméstico como en el sector industrial. “Se comercializará en diferentes países de todo el mundo donde la normativa de edificación exija un sistema de monitoreo o control activo de la concentración de radón”, indica Juan Herranz, director de Alibava Systems y coordinador del proyecto. “Además de la posibilidad de almacenamiento de datos en la nube, el dispositivo final dispondrá de protocolos de comunicación para comunicar con los sistemas de ventilación inteligente más utilizados en la edificación”, apunta.
“Los detectores de radón existentes en el mercado realizan la lectura de forma pasiva, pero este prototipo permite automatizar el proceso de toma de datos y la ejecución de las acciones correctoras”, compara Celeste Fleta, investigadora del IMB-CNM-CSIC en el proyecto. “Las lecturas de concentración se procesan en la unidad del sensor y los resultados se envían de forma inalámbrica a una central de control que ejecuta los procedimientos de seguridad establecidos”, añade sobre el prototipo, que ha mostrado una eficacia “un 10 % superior a los sistemas actuales” en la fase de validación.
El dispositivo proporciona la capacidad de disponer de una red de detección distribuida dentro de la zona a controlar, identificando con precisión las posibles zonas de riesgo para poder tomar medidas de corrección en los espacios donde es necesario. Es una monitorización en tiempo real, por lo que se incrementa el nivel de seguridad.
El proyecto CARE (Desarrollo de un sistema de control automático de la concentración de radón en edificios) ha sido financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación en la Convocatoria de Retos de Colaboración de 2016 (RTC-2016-5627-1). Se trata de un proyecto de investigación industrial para facilitar la colaboración y transferencia de conocimiento entre instituciones públicas y la empresa.