Nuclear and Ionising Radiation Engineering

Description

The doctoral programme in Nuclear and Ionising Radiation Engineering (PDINRI) received the Pathway to Excellence award from 2011 to 2013 (MEE2011-0496), and has also been given the Quality Award by the Ministry of Education (MEC) (MCD2005-00347) since 2005.

In the context of the Spanish strategic objectives for research, development and innovation, the programme is in line with the strategic action on Energy and Climate Change, with relevant branches in the area of public health, due to the medical applications of radiation. Within the new structure of the UPC Doctoral School, the PDINRI is included in the area of industrial engineering. In this area, it contributes to priority research lines in energy technology and medical technologies. The programme is related to the other similar postgraduate programmes in nuclear engineering and radiological sciences that are offered in the many technology universities worldwide (to give some examples from both sides of the Atlantic, https://ners.engin.umich.edu, http://nuclear.engr.utexas.edu or http://www.cnec.group.cam.ac.uk).

In the environment that is closest to our circumstances, the current situation and future perspectives for the use of ionising radiation (IR) in general, and the production of nuclear energy in particular, justify the need for this doctoral programme. For example, Catalonia has three nuclear power stations in operation (Ascó I, Ascó II and Vandellòs) that generate approximately 45% of the electrical energy consumed in the region. In the whole of Spain, there are eight nuclear power stations that provide around 20% of the electrical energy that is consumed.

As mentioned above, healthcare is another field in which IR plays a notable role with a high social impact. Particle accelerators (mainly electron accelerators), X-ray generators and radioactive sources of various kinds are used in hospitals for diagnostic and treatment purposes. Numerous techniques are involved. Diagnostic techniques include conventional radiography, gammagraphy, SPECT, PET and multimodal scanners and radioimmunoassay. Treatment techniques include external radiotherapy, brachytherapy, radiosurgery, etc.

The intensive use of IR is driving an interest in precise measurement of the absorbed dose and its effects on living tissues. These areas are the subject of studies of dosimetry and radiobiology, respectively. Currently, these problems are addressed from an experimental perspective or using advanced computer simulation techniques. In turn, radiological protection studies assess and optimise radiation fields in the environment of employees who are exposed in their work and the general public.

In another area, the construction in Catalonia of the first Spanish synchrotron light laboratory (called Alba, see http://www.cells.es) means that specialists in accelerator technology are likely to be needed in the future. The knowledge gained by students on our programme will enable them to understand the bases for constructing and operating facilities of this type.

Of particular importance due to its future prospects is the development of the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) project (see http://www.iter.org) in Cadarache, France, whose management office is in Barcelona. The ITER reactor, which is a ‘tokamak’ reactor, will be used to study energy production via the nuclear fusion of deuterium and tritium. The training of future researchers and technologists in this area contributes to our commitment to more sustainable, environmentally friendly energy models .

There are also many applications of ionising radiation in other industrial and research environments. Some of the many examples are level probes in tanks and silos, nuclear gauges, irradiators for the sterilisation of instruments and foods, quantitative analysis techniques in materials science, radiometric dating techniques, etc.

As can be seen, there are numerous, relevant direct and derived uses of IR in our society. PDINRI is designed to provide students with solid training that enables them to tackle research and development tasks associated with one of the three specialisations of the programme, that is, nuclear energy technology, the use of IR for medical and industrial purposes, or particle accelerator technology.

An additional objective is to bring students into contact with prestigious institutions dedicated to research, the development of technology or its use. INTE and SEN are in contact with various institutions, including Spanish nuclear power stations, the European Organization for Nuclear Research (CERN) on the French-Swiss border, the Centre for Energy, Environment and Technology Research (Ciemat), the Spanish National Research Council (CSN) in Madrid, the Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (ISPRA), the Joint Universities Accelerator School (JUAS) in Archamps, France, the Synchroton Light Laboratory (Alba) in Cerdanyola del Vallès, Spain and the US Food and Drug Administration (CDRH-FDA), Silver Spring, MD, USA.

Particular attention is given to the topics that are most closely associated with specialised groups at the UPC, such as fission and fusion reactor technology, the safety of nuclear facilities, the design of new particle accelerators, medical radiophysics, radiological protection and the impact of IR on the environment and human health.El Programa de Doctorado en Ingeniería Nuclear y de las Radiaciones Ionizantes (PDINRI) recibió la Mención hacia la Excelencia a partir del año 2011 y hasta el 2013 (MEE2011-0496), y previamente la Mención de Calidad otorgada por el MEC (MCD2005-00347) desde el 2005.

En el marco de los objetivos estratégicos nacionales en I+D+I, el presente programa encaja en la acción estratégica de Energía y Cambio Climático, con importantes ramificaciones en el área de la salud pública por las aplicaciones médicas de la radiación. Dentro de la nueva estructura de la Escuela de Doctorado de la UPC, el PDINRI se integra en el ámbito de la ingeniería industrial, desde el que contribuye a las líneas prioritarias de investigación en tecnología de la energía y tecnologías médicas. El programa es afín a otros programas de postgrado similares en ingeniería nuclear y ciencias radiológicas existentes en multitud de universidades tecnológicas alrededor del mundo (véanse, por citar algunos ejemplos a ambos extremos del Atlántico, https://ners.engin.umich.edu, http://nuclear.engr.utexas.edu o http://www.cnec.group.cam.ac.uk).

En el entorno más cercano a nuestras circunstancias, la situación actual y las perspectivas futuras de la utilización de las radiaciones ionizantes (RI) en general, y de la producción de energía nuclear en particular, justifican la necesidad de ofrecer el presente Programa de Doctorado. En Cataluña, por ejemplo, existen tres centrales nucleares en explotación (Ascó I, Ascó II y Vandellòs) que generan, aproximadamente, el 45 % de la energía eléctrica consumida en la región. En el conjunto de España existen ocho centrales, las cuales proporcionan alrededor del 20 % de la energía eléctrica consumida.

Como ya se ha mencionado, otro campo con un alto impacto social donde las RI desempeñan un papel destacado es el sanitario. Los aceleradores de partículas (la mayoría de electrones), los equipos generadores de rayos X y las fuentes radiactivas de diversa índole se emplean en los hospitales tanto con finalidades diagnósticas como con terapéuticas. Las lista de técnicas implicadas es amplia. Entre las diagnósticas podemos citar, por ejemplo, la radiografía convencional, la gammagrafía, los escáneres SPECT, PET y multimodalidad y el radioinmunoanálisis. Entre las terapéuticas se encuentran la radioterapia externa, la braquiterapia, la radiocirugía, etc.

El uso intensivo de RI motiva el interés por la medida precisa de la dosis absorbida y por sus efectos sobre los tejidos vivos, temáticas que constituyen el objeto de estudio de la dosimetría y la radiobiología, respectivamente. En la actualidad, estos problemas se abordan tanto desde el punto de vista experimental como con técnicas avanzadas de simulación por ordenador. Los estudios de protección radiológica, a su vez, evalúan y optimizan los campos de radiación en el entorno de los trabajadores profesionalmente expuestos y del público en general.

En otro ámbito, la construcción en Cataluña del primer laboratorio de luz sincrotrón español (denominado Alba, véase http://www.cells.es) hace prever la necesidad de especialistas en tecnología de aceleradores. Los conocimientos adquiridos por los estudiantes de nuestro programa les permitirán comprender las bases para la construcción y operación de instalaciones de este tipo.

De especial relevancia por su proyección de futuro es el desarrollo del proyecto ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor, véase http://www.iter.org) en Cadarache, Francia cuya oficina gestora estará ubicada en Barcelona. El reactor ITER, del tipo ‘tokamak’, estudiará la producción de energía mediante la fusión de núcleos de deuterio y tritio. La formación de futuros investigadores y tecnólogos en esta área contribuye a la apuesta por modelos energéticos más sostenibles y respetuosos con el medio ambiente.

Existen también múltiples aplicaciones de las radiaciones ionizantes en otros entornos industriales y de investigación. Sin ánimo de ser exhaustivos, podemos citar las sondas de nivel en depósitos y silos, las galgas nucleares, los irradiadores para la esterilización de utensilios y alimentos, las técnicas de análisis cuantitativo en ciencias de materiales, las técnicas de datación radiactiva, etc.

Como puede apreciarse, los usos de las RI en nuestra sociedad, tanto directos como derivados, son numerosos y de gran relevancia. El PDINRI pretende dotar a los estudiantes de una sólida formación que les permita abordar tareas de investigación y desarrollo relacionadas con alguna de las tres especialidades del programa, esto es, la tecnología energética nuclear, la utilización de RI para fines médicos e industriales o la tecnología de aceleradores de partículas.

Un objetivo adicional es permitir a los estudiantes entrar en contacto con instituciones de prestigio dedicadas a la investigación, al desarrollo de tecnología o a su explotación. En este sentido, el INTE y la SEN mantienen contactos con diversas instituciones, entre las cuales cabe destacar las centrales nucleares españolas, CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, en la frontera franco-suiza), Ciemat (Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas, en Madrid), CSN (Consejo de Seguridad Nuclear, en Madrid), ISPRA (Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale), JUAS (Joint Universitites Accelerator School, en Archamps, Francia), Alba (Laboratorio de Luz Sincrotrón del Vallès, en Cerdanyola del Vallès, España) y CDRH-FDA (US Food and Drug Administration, Silver Spring, MD, USA).

Se dispensa una atención especial a los temas más afines a los grupos de especialización presentes en la UPC, tales como la tecnología de reactores de fisión y fusión, la seguridad de las instalaciones nucleares, el diseño de nuevos aceleradores de partículas, la radiofísica médica, la protección radiológica y el impacto de las RI en el medio ambiente y en la salud humana.
Ver ficha completa