Pesquisadores do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico (PNNL), nos Estados Unidos, desenvolveram, em parceria com a fabricante britânica Nu Instruments, uma versão especializada do espectrômetro de massas Sapphire 1700, capaz de medir simultaneamente isótopos de urânio e plutônio presentes em concentrações extremamente baixas. O instrumento conta com 22 detectores e reduziu quase pela metade o tempo necessário para determinadas análises de materiais nucleares. A melhoria pode fortalecer os sistemas internacionais de monitoramento e prevenção da proliferação de armas nucleares.
A tecnologia foi apresentada publicamente pelo PNNL em 2 de novembro de 2026, após um processo de desenvolvimento que culminou com a instalação do equipamento em 2025. Desde então, os pesquisadores realizaram calibrações e testes para verificar sua precisão, sensibilidade e capacidade de processar amostras com quantidades mínimas de elementos radioativos.
O avanço está em uma característica específica do projeto: a possibilidade de analisar diferentes isótopos de urânio e plutônio em uma única medição, evitando parte dos procedimentos separados exigidos por outros instrumentos.
Por que os 22 detectores permitem fazer algo diferente
Espectrômetros de massas são instrumentos científicos usados para determinar a composição de materiais por meio da medição da relação entre a massa e a carga elétrica de suas partículas. A tecnologia tem aplicações em química, medicina, pesquisa ambiental e estudos de materiais, mas ganha especial relevância quando é necessário identificar quantidades extremamente pequenas de substâncias nucleares.
No Sapphire 1700 instalado no PNNL, os pesquisadores modificaram a configuração convencional para incluir 22 detectores, dos quais 12 são destinados à contagem de íons. Esses detectores permitem registrar sinais muito fracos, característica necessária quando determinados isótopos aparecem em quantidades muito inferiores às de outros componentes da amostra.
Isótopos são variantes de um mesmo elemento químico que têm diferentes números de nêutrons. Embora compartilhem propriedades químicas, suas diferenças de massa permitem identificá-los por meio de técnicas especializadas.
Em materiais nucleares, conhecer a proporção entre isótopos é especialmente importante. A relação entre urânio-235 e urânio-238, por exemplo, fornece informações sobre a composição isotópica do urânio, enquanto as proporções entre diferentes isótopos de plutônio podem revelar dados sobre sua origem e seu processamento.
A configuração especial do Sapphire 1700 permite registrar esses sinais simultaneamente e reduzir interferências que podem alterar os resultados. A plataforma tecnológica também conta com recursos de alta resolução e sistemas projetados para melhorar a separação de sinais de diferentes espécies químicas.
Primeiros testes mostram redução significativa do tempo
Um dos principais desafios das análises nucleares é combinar sensibilidade, precisão e rapidez. Amostras ambientais podem conter quantidades tão pequenas de material que exigem procedimentos especializados de preparação, separação química e medição.
A equipe do PNNL, liderada pela química Megan Nims e formada pelo cientista Eirik Krogstad e pelos pesquisadores Tyler Schlieder, Alex Iveson e Nick Richard, trabalhou durante anos em uma configuração que permitisse superar parte dessas limitações.
Os resultados obtidos durante a operação mostram avanços concretos. Os pesquisadores concluíram a validação de 110 medições em pouco mais de três meses, enquanto as calibrações realizadas ao longo de aproximadamente um ano permitiram estabilizar e aprimorar os procedimentos analíticos.
O laboratório afirma que, com a configuração especializada, o tempo de análise caiu quase pela metade, sem perda significativa de precisão nos resultados obtidos.
Essa melhoria, porém, se aplica aos procedimentos avaliados pela equipe científica. Isso não significa que qualquer análise de materiais nucleares possa ser concluída automaticamente na metade do tempo, pois a duração total também depende da preparação das amostras, de suas características e das verificações necessárias.
O PNNL também não divulgou um limite único de detecção aplicável a todos os isótopos examinados. Por isso, a sensibilidade do instrumento não deve ser interpretada como uma capacidade idêntica para qualquer material ou condição experimental.
Tecnologia voltada à detecção de atividades nucleares não declaradas
A aplicação mais relevante do desenvolvimento está nos sistemas internacionais de salvaguardas nucleares, usados para verificar se materiais e instalações submetidos a controles internacionais não estão sendo desviados para atividades proibidas.
A Agência Internacional de Energia Atômica (AIEA) utiliza procedimentos de inspeção e análise de amostras ambientais para investigar possíveis indícios de atividades nucleares não declaradas.
Uma dessas técnicas consiste em coletar partículas de poeira nas instalações com materiais especiais de amostragem. Depois, as amostras são encaminhadas a laboratórios capazes de identificar quantidades extremamente pequenas de urânio, plutônio e outros elementos de interesse.
A análise isotópica permite obter informações que não podem ser determinadas apenas pela presença de radiação. As proporções entre diferentes isótopos podem ajudar a caracterizar o material encontrado e indicar se há elementos que justifiquem uma investigação adicional.
O PNNL faz parte da Rede de Laboratórios Analíticos da AIEA, formada por 17 laboratórios, entre eles outras instalações científicas dos Estados Unidos, como Los Alamos, Lawrence Livermore e Oak Ridge.
Nesse contexto, a capacidade do Sapphire 1700 de realizar medições simultâneas pode ajudar a processar amostras mais rapidamente e aprimorar o fluxo de trabalho dos laboratórios que participam das verificações internacionais.
No entanto, detectar traços de materiais nucleares não é, por si só, prova de atividades ilegais. Os resultados devem ser interpretados levando em conta o contexto da instalação, suas operações declaradas e outras evidências obtidas durante as inspeções.
Desenvolvimento terá continuidade com novas aplicações
A pesquisa recebeu financiamento do programa de desenvolvimento tecnológico para salvaguardas da Administração Nacional de Segurança Nuclear dos Estados Unidos, enquanto a aquisição do instrumento foi financiada pelo Departamento de Estado.
Em julho de 2026, Tyler Schlieder apresentou os avanços do Sapphire 1700 durante a Conferência Goldschmidt, um dos principais encontros científicos internacionais dedicados à geoquímica. A apresentação tratou da medição simultânea de isótopos de urânio e plutônio em amostras ambientais por meio de espectrometria de massas com múltiplos coletores.
A equipe científica considera que ainda há capacidades do instrumento a serem caracterizadas e verificadas por meio de novos procedimentos experimentais. Entre seus objetivos está o desenvolvimento de metodologias que possam ser aplicadas em outros laboratórios especializados.
Essa possibilidade ganha relevância diante da expansão das tecnologias nucleares e do desenvolvimento de reatores modulares, cenários que, segundo os pesquisadores, podem aumentar a demanda por análises ambientais usadas na supervisão internacional.
Por enquanto, o avanço comprovado corresponde a uma configuração especializada em operação no PNNL, que demonstrou aumentar a eficiência de determinadas medições. O uso mais amplo dependerá da validação de novos métodos e da possibilidade de reproduzir suas capacidades em outras instalações.
A importância do Sapphire 1700 está em permitir a obtenção, em uma única medição, de informações isotópicas que antes exigiam procedimentos separados. Essa capacidade oferece uma ferramenta adicional aos laboratórios responsáveis por examinar materiais nucleares e verificar o cumprimento dos compromissos internacionais de não proliferação.
