La entrada a continuación es mi texto guía de una serie de conferencias que dí sobre física nuclear, aplicaciones y la situación en Japón. No está perfectamente actualizado, ya que la magnitud del desastre nuclear ahora es mayor. Más abajo podrán encontrar información actualizada
Radiactividad
La radiactividad es una propiedad de ciertos elementos químicos cuyos núcleos atómicos son inestables: con el tiempo, para cada núcleo llega un momento en que alcanza su estabilidad al producirse un cambio interno, llamado desintegración radiactiva, que implica un desprendimiento de energía conocido de forma general como "radiación". La energía que interviene es muy grande si se compara con la desprendida en las reacciones químicas en que pueden intervenir las mismas cantidades de materiales, y el mecanismo por el cual se libera esta energía es totalmente diferente.
Partículas alfa: Núcleos de Helio, Partículas Beta: Electrones, Partículas Gamma: Electrones.
Usos de la radiactividad:
· La desintegración beta del Carbono 14 se utiliza para el fechado de muestras orgánicas; los rayos cósmicos provocan reacciones nucleares que crean Carbono 14 desde el Nitrógeno 14. Es posible determinar la edad de un material midiendo su actividad por unidad de masa debido a la desintegración del Carbono 14. Gracias a éste se pudo fechar el sudario de Turín en 1320 años de vida.
· Los detectores de humo son utilizados en los hogares y en la industria como protección contra incendios. La mayoría de los detectores utilizan una cámara de ionización, un detector de corriente sensible y una alarma. Una fuente radiactiva débil ioniza el aire, con lo cual se cargan las partículas. Se mantiene un voltaje, estableciendo una corriente débil; si penetra humo los iones se adhieren a las partículas del humo, al ser más pesadas no fluyen tan fácilmente, lo que provoca un descenso en la corriente del detector, por lo que el circuito externo percibe la disminución de la corriente y activa la alarma.
· El aire en las minas de uranio es radioactivo por la presencia de radón, por lo que las minas deben de estar bien ventiladas. Ciertos tipos de piedra, tierra, ladrillo y concreto contienen pequeñas cantidades de radio, que puede llegar hasta el interior de nuestras casas. Mediante un extractor de aire o un ventilador, se puede filtrar éste gas y enviarlo al exterior.
· Esterilización de objetos como instrumental médico, huesos, cartílagos y piel. La mayoría de bacterias, gusanos e insectos pueden ser destruídos con facilidad.
· Se pueden utilizar partículas radiactivas para trazar los productos químicos que participan en diversas reacciones, tales como el Yodo 131, producido artificialmente, mediante la cual, bebida por el paciente en yoduro de sodio, se puede comprobar el funcionamiento de la glándula tiroides tras observar y medir la intensidad de la radiación.
· El cromo radiactivo permite, a su vez, localizar una hemorragia interna con gran precisión.
· También se utiliza en investigación agrícola, comprobar la absorción de flúor por los dientes o revisar la contaminación de un procesador de alimentos.
· Física Médica (Tomografía Axial Computarizada, Imágenes por resonancia magnética).
Daños causados por la radiación:
La radiación absorbida por la materia puede causar daños severos. El daño por radiación en organismos biológicos se debe sobre todo a los efectos de la ionización en células. La función normal de una célula puede ser perturbada por la formación de iones o radicales altamente reactivos. Los hidróxilos, por ejemplo pueden inducir a reacciones químicas que rompan los enlaces de las proteínas y otras moléculas vitales.
El daño Somático epuede generar cáncer o alterar las características de los organismos específicos. El daño genético, afecta sólo a células reproductivas, causando defectos en la descendencia.
Se utilizan varias unidades para denominar a la radiación absorbida, siendo las más comunes los RADs (Radiation absorbed dose) o RBE (relative biological efectiveness). Otra unidad utilizada son los Sieverts:
Dosis
|
Fuente
|
Dosis
|
Fuente
|
Dosis
|
Fuente
|
0.4 mSv
|
Total en mamografía
|
100 mSv
|
Máximo anual recomendado
|
5000 mSv
|
Causa la muerte 50% de probabilidad
|
2 mSv
|
Naturalmente al año
|
350 mSv
|
Residentes de Chernobyl que fueron evacuados
|
6000 mSv
|
Trabajadores Chernobyl (Murieron al mes)
|
10 mSv
|
Tomografía axial computarizada
|
1000mSv
|
Náuseas y enfermedades (NO MUERTE)
|
10,000 mSv
|
Causa la muerte en días o semanas
|
Fusión y Fisión Nuclear
La fisión nuclear consiste en la divisíón del núcleo de un átomo pesado en otros elementos más ligeros, de forma que en esta reacción se libera gran cantidad de energía (equivalente a la famosa ecuación de Einstein: e=mc^2) y más neutrones que pueden o no colisionar con otros átomos generando así lo que se conoce como “reacción en cadena”. De no ser controlada, produce un fenómeno como el de las bombas de Nagasaki e Hirosima.
Cuando este proceso de fisión nuclear se puede controlar, la energía se libera lentamente y es transformada en energía eléctrica en un reactor nuclear de fisión, como los utilizados en la actualidad en muchas partes del mundo.
Como funciona un reactor (REVISAR)
Lo primero que necesitamos es el material fisionable. Eso es fácil. Basta con algo de uranio, plutonio o torio. Cuando un núcleo de esos elementos recibe un neutrón, se divide en dos fragmentos. En el proceso libera energía y dos neutrones, que luego impactarán con dos núcleos atómicos, produciendo cuatro neutrones, que fisionarán otros cuatro núcleos, los cuales emitirán ocho neutrones, y así sucesivamente.
Por supuesto, queremos que la reacción nuclear sea controlada, no explosiva. Para ello, utilizaremos dos trucos. El primero es diluir el material fisionable, de forma que no podamos obtener una explosión nuclear ni siquiera por accidente. El segundo es introducir material que disminuya la velocidad de los neutrones, de forma que podamos controlar la producción de energía. A ese material que modera el flujo de neutrones lo llamaremos moderador.
En tercer lugar, hemos de extraer la energía para usarla a nuestro gusto. Para ello, nada mejor que un líquido refrigerante, que además servirá para evitar que el reactor se caliente demasiado. El refrigerante pasará el calor a un sistema de turbinas que, conectadas a un generador, producirá electricidad, justo lo que deseamos. Después de ello, el refrigerante pasará por un sistema condensador, donde se le extraerá el calor que le quede, y volverá de nuevo a pasar junto al material fisionable, donde volverá a calentarse, y así una y otra vez.
Por último, pero lo más importante, no queremos que escape radiactividad, ni neutrones, ni nada dañino. Por eso, el material fisionable, el moderador y el refrigerante están contenidos en la vasija de confinamiento o núcleo, una especie de olla exprés con paredes de acero y cemento de varios metros de espesor. Dicha vasija, a su vez, está contenida dentro de una estructura de confinamiento secundaria.
Dependiendo de lo que usemos como moderador y refrigerante, el reactor será de uno u otro tipo. En el caso de la planta nuclear de Fukushima, es un reactor de agua en ebullición, donde se utiliza agua normal y corriente como moderador y refrigerante. Y con eso, nos vamos al Japón. Las últimas noticias al escribir estas líneas indican una explosión en uno de los reactores, así como la liberación de material radiactivo en cantidades desconocidas.
Aunque la información es aún escasa, podemos conjeturar. Una explosión de tipo nuclear está descartada. No solamente la concentración de material fisionable lo hace inviable, sino que un estallido nuclear hubiera desintegrado completamente la central entera, junto con todo lo que estuviese a kilómetros de distancia.
Eso nos deja con una explosión convencional, de tipo químico. Según las autoridades japonesas, se ha debido a una concentración de hidrógeno y oxígeno. ¿De dónde han salido? Muy probablemente, del núcleo. El combustible nuclear está envuelto por un cilindro de circonio. A temperaturas altas, el circonio reacciona con el agua produciendo óxido de circonio e hidrógeno. Puesto que la presión en la vasija es tan alta, han tenido que efectuar una liberación de emergencia. Es decir, la olla ha dejado escapar algo de vapor junto con hidrógeno, el cual ha reaccionado con el oxígeno del aire para producir una explosión. Según las autoridades japonesas, la explosión no ha afectado a las vasijas de confinamiento, cosa lógica, pues están diseñadas para resistir casi todo.
Quedan, no obstante, dos grandes problemas. El primero concierne la radiación liberada. Aunque sea en cantidades pequeñas, eso indica que hay una ruptura en alguna parte. El lugar más probable es el circuito primario, el conjunto de tuberías por donde circula el refrigerante. Según el gobierno japonés, no hay fugas significativas de material radiactivo, así que todo indica que la liberación radiactiva que se ha medido se debe a la liberación de emergencia de vapor.
El otro problema, el más crucial, se refiere a la refrigeración en sí. Aunque la reacción de fisión se haya detenido, los subproductos son radiactivos y calientan el refrigerante de la vasija. Las bombas que impulsan el refrigerante están detenidas. Normalmente deberían funcionar gracias a la electricidad de la red eléctrica, y en caso de emergencia, gracias a un sistema diesel. Ambos sistemas han fallado. Tan sólo hay un sistema con baterías, y eso está manteniendo el reactor dentro de límites seguros. Pero las baterías durarán solamente unas horas, y después de eso no habrá forma de bombear el calor fuera de la vasija de confinamiento. Para empeorar las cosas, Fukushima es un reactor de los años 70. Los modelos más modernos utilizan un sistema adicional de enfriamiento de emergencia, usando la propia convección del agua para mover el refrigerante. Es una medida que hubiera ayudado en un caso extremo como este, pero por desgracia, el reactor de Fukushima no dispone de esta ayuda.
Las últimas noticias indican que se está preparando una refrigeración de urgencia, usando agua del mar combinado con ácido bórico (el boro es un buen material absorbente de neutrones), pero las réplicas al terremoto están dificultando los trabajos. Si habéis visto alguna vez alguna película tipo Godzilla, donde los esforzados ingenieros y soldados luchan a brazo partido contra la adversidad, con una mirada impávida y al pie del cañón hasta el último momento. Desde aquí, ruego porque tengan éxito.
Si todo ello fallase, tendríamos lo que se denomina una fusión (meltdown). No se trata de fusión nuclear, sino de fundición: el núcleo del reactor se convierte en metal líquido. En ese caso, más de cien toneladas de material fundido altamente radiactivo caerán al suelo del edificio de contención, donde se encuentra la última línea de defensa: un sistema de contención formado por un suelo ultrarresistente de hormigón. Si ese suelo fallase, el material fundido caería profundamente, alcanzando las capas freáticas y liberando su radiactividad por el agua subterránea. Es un fenómeno denominado Síndrome de China, que se hizo famoso porque la película del mismo nombre fue emitida apenas un par de semanas antes del famoso incidente de la central nuclear Isla Tres Millas. Hay que puntualizar que el Síndrome de China nunca ha sucedido hasta ahora… salvo en los episodios de Los Simpson.
Situación Nuclear del mundo
Hoy día exiten en el mundo 442 reactores nucleares que están repartidos en 29 países, a la cabeza está Estados Unidos con 104. El país con mayor dependencia de la energía nuclear y que posee la mayor cantidad de reactores en relación a su población es Francia, que cuenta con 58. En 2008, las centrales francesas generaron 419,8 teravatios por hora, que cubrieron el 76,2% de las necesidades energéticas del país. México, con las plantas de Laguna Verde I y II.
Con la energía de los aceleradores de partículas, con un litro de Hidrógeno gas se puede abastecer las necesidades eléctricas de Estados Unidos por 24 horas.
Un adulto de talla media posee 7x10^18 J de energía potencial, lo equivalente a aproximadamente 30 bombas atómicas de Hidrógeno muy grandes.
