El Cedazo

Comenzamos esta serie hablando de la radioactividad en general, en la anterior entrada se explicó de dónde procedía la radioactividad natural y hoy hablaremos de cómo el hombre ha conseguido domar la radioactividad natural convirtiéndola en artificial. Mi intención en la tercera entrada era escribir un poco acerca de la radioactividad artificial y luego explicar el funcionamiento de las centrales nucleares, tipos y demás. Sin embargo creo que hay suficiente combustible para escribir dos artículos independientes.

James Chadwick: Descubridor del neutrón. Crédito: Wikipedia.

Como viene siendo costumbre primero añadiremos un detallito histórico y alguna característica general más sobre la radioactividad. Añadir también una advertencia: aquí no hallaréis propaganda política a favor o en contra del uso de la energía nuclear con finalidades civiles, sin embargo sí pretendo proporcionar una herramienta útil y objetiva para tener vuestro propio criterio.

Si un hecho fue importante para comprender la radioactividad (que ya se conocía) fue sin duda el descubrimiento del neutrón. En 1932 James Chadwick descubrió el neutrón (partícula que ya había sido teorizada anteriormente por Santiago Antúnez Mayolo) aunque es cierto que simultáneamente también fue descubierta por Hans Falkenhagen, que no quiso compartir el premio Nobel de Chadwick. El descubrimiento del neutrón, y su diferencia másica con el protón, es muy importante en el desenlace de las posteriores teorías atómicas, sin embargo no voy a extenderme mas explicándola cuando ya existe un artículo publicado en *el Tamiz* sobre el neutrón. (Probablemente me extenderé cuando escriba la entrada “Historia de la Radioactividad”).

Como deberíais saber (si no, lee los artículos anteriores de esta serie), los isótopos radioactivos se desintegran estocásticamente, lo que significa que si tenemos un solo átomo de Cesio-137, es imposible saber con certeza si se desintegrará hoy, mañana o dentro de 150 años. Aunque, y aquí está la clave, sí conocemos cual es la probabilidad que se desintegre en un lapso de tiempo. Permitidme ser mas claro; si tenemos un millón de átomos radioactivos, podemos (midiendo la actividad), saber cuántos se desintegran por minuto (ya que esto sí que es constante con un error minúsculo) y por lo tanto podemos calcular cuánto tardará nuestra muestra en reducirse a la mitad. A este tiempo (el tiempo que tarda una muestra radioactiva en reducir su masa a la mitad) lo llamamos periodo de semidesintegración.

Pero ¿qué significa exactamente? Otra vez con un ejemplo más claro lo veremos mejor. El Cesio-137 es un isótopo del cesio cuyo periodo de semidesintegración es de 30 años. Si tenemos una muestra con 150 átomos de Cesio-137, dentro de 30 años quedará la mitad. Pero, ¡ojo! esto no quiere decir que en 30 años más no quede nada, sino que en 30 años más quedara la mitad de la mitad (ya que pasados 30 años, tenemos otra muestra pero con 75 átomos). ¿Lo veis? Para considerar que una muestra radioactiva ha desaparecido del todo esperamos (por convenio) 10 lapsos de tiempo. Esto quiere decir 300 años para una muestra radioactiva de Cs. ¿Sólo 10 veces el periodo de semidesintegración? Vale, a los matemáticos, ¿que porcentaje de la muestra inicial representa eso? Menos del 0.02% de la muestra original. Ya que es la actividad/masa de la muestra dividida por 2¹⁰, es decir, 1024. (Es lo mismo hacerlo con masa que con actividad, existe una equivalencia directa).

Como sabréis por entradas anteriores, un átomo muy pesado puede ser fácilmente inestable. La manera mas sencilla de desestabilizarse es reduciendo drásticamente su peso atómico, y para ello el camino mas rápido es la fisión. El átomo se parte en dos trozos grandes y varias partículas subatómicas, entre ellas varios neutrones. Existen varios elementos fácilmente fisionables, el Uranio-235 o el Plutonio-239 son los dos ejemplos más famosos.

Esquema de una reacción en cadena del Uranio-235. Crédito: Wikipedia.

Imaginad lo siguiente: tenemos un difícil equilibrio entre las fuerzas en el núcleo de nuestro uranio-235, que pueden en cualquier momento terminar de desestabilizarse y explotar en dos, cuando llega a toda leche y con una inercia brutal un neutrón que impacta contra el núcleo. Este impacto añade al núcleo suficiente engría como para romper la estabilidad, partiéndose y liberando mas neutrones a toda leche. Pero ¿qué pasaría si estos neutrones impactaran contra otra molécula de Uranio-235 cada uno, y los netrones liberados por estos a su vez impactaran contra otros? Esto es, amigos, lo que pensó Leo Szilar en 1933 cuando patentó la bomba atómica.  En este momento convulso de la historia, los alemanes dejaron de vender uranio de las minas de Chequia a los países extranjeros; la bomba era viable, el hombre podía usar la energía del átomo y pasar de la teoria a la realidad. Colaboraron hombres tan celebres como Oppenheimer, Bohr, Fermi, Hahn o el mismísimo Einstein, para hacer realidad lo que en ese momento era el sueño de muchos y que mas tarde sería la pesadilla de otros muchos.^[1]

Sin embargo, y como veremos en la entrada sobre centrales nucleares, no es tan sencillo conseguir que el neutrón colisione precisamente contra un átomo de Uranio-235. Lo más probable es que colisionara contra un átomo de Uranio-238 o Silicio o cualquier otro material infinitamente mas abundante que el Uranio-235. Para asegurarse que el neutrón colisiona contra un átomo de Uranio-235 hay que aumentar su densidad (incrementando por lo tanto la probabilidad de que colisione con el Uranio-235) hasta el punto que se pueda producir una reacción en cadena. En el combustible nuclear la concentración suele ser de alrededor del 3%. Mientras que en las bombas atómicas la concentración es significativamente mas elevada (del orden del 20%). Pensad que es importante que se produzca una reacción en cadena a gran escala, y que todo el combustible sea consumido. Bien, a este concepto de “la concentración mínima del isotopo necesaria para producir la reacción en cadena”, se lo conoce como masa crítica.

En la naturaleza el 99,3% del uranio que existe es Uranio-238 (el 0,7% restante es de Uranio-235) y como veremos en las siguientes entradas, es relativamente complicado pasar de una concentración del 0,7% a una superior al 20% empleada en las bombas atómicas. Sin embargo todos estos contratiempos se superaron en 12 años.

Tras un único ensayo positivo, Enola gay, un bombardero B-29 de los Estados Unidos de América, despego desde Tinian con destino a Japón, su carga era un bomba experimental de la que todos hablaban pero nadie conocía exactamente su alcance. Como en definitiva era otra prueba mas, a Paul Tibetts (El piloto del avión) le acompañaron 5 bombarderos mas, con tres finalidades, escoltarle, decidir que ciudad de las seleccionadas tenia mejor visibilidad para poder tomar las fotografías de la explosión y tomar estas fotografías. La misión fue un éxito mucho mayor al esperado. Como comenté no solo el Uranio-235 es fisionable sino también el Plutonio-239, así que la siguiente “prueba” fue con Plutonio (De ahí que los americanos usaran la segunda bomba de Plutonio, en lugar de una de Uranio, que tan buenos resultados dio). Nagasaki sería completamente arrasada unos días después de desaparecer Hiroshima de la faz de la Tierra^[2] . En este punto de la historia, termina la segunda guerra mundial y comienza lo que más tarde se conocería como la guerra fría, que a pesar de ser “fría” contaminó todo nuestro planeta, hecho que se conoce como el fall out.

Esquema de una bomba termonuclear. Crédito Wikipedia.

Después de descubrir la capacidad de destrucción de las bombas nucleares las principales potencias del mundo se pusieron a crearlas. En un principio solo EE.UU., la U.R.S.S., Francia y el Reino Unido disponían de ellas, pero mas tarde la India, China o Israel entre otros empezaron los ensayos de explosiones nucleares.

Cuando nosotros fisionamos Uranio (Torio, Plutonio u otro combustible) en una central nuclear, el Uranio se encuentra confinado, y simplemente se calienta para hervir agua, luego una vez agotado el combustible, las barras se extraen y se depositan en un cementerio nuclear temporal. Sin embargo, una explosión nuclear explotará diseminando por toda la atmósfera cientos de tipos distintos de isotopos radioactivos. La mayoría tiene una un tiempo de vida corto, y a los segundos o a los meses, ya han desaparecido. Sin embargo otros, tardan bastante más, décadas o cientos de años. Durante la historia de la humanidad se han detonado unas 1500 bombas atómicas (mas o menos 30 de ellas en la atmósfera), liberando ingentes cantidades de Cesio-137 y Estroncio-90 (Cuando el Uranio se divide en dos, normalmente lo hace en Cesio-137 y Estroncio-90). Durante la década de los 60-70 se detonaron tantas bombas que saltó la alarma, en varios países nórdicos, los niveles de Cs-137 eran realmente preocupantes.

La tecnología evoluciona rápidamente; el 1 de Noviembre de 1952, los americanos prueban con éxito a “Mike”, la primera bomba termonuclear de la Historia. Fue detonada en las Islas Marshall, bajo el proyecto Manhattan. Información gratuita: ¿Cómo funciona una bomba termonuclear? La idea es la siguiente: si la bomba, en lugar de fisionar material muy pesado,  fusiona material muy ligero, isotopos del Hidrógeno, por ejemplo, la energía liberada sería mucho, pero mucho mayor. Sin embargo y aunque la reacción es muy energética, hace falta una gran cantidad de energía inicial (gracias a Dios, imaginad si no el Hidrógeno fusionándose por ahí, libremente). Para conseguir esa energía se usa una bomba de fisión, que proporciona suficiente energía para iniciar la fusión.

Pensad que entre los años ’60-70 (No hace tanto) estuvo a punto a puntito de estallar una guerra nuclear entre EE.UU. y la U.R.S.S., ambos con un arsenal nuclear imponente. La detonación mas grande (y mas contaminante) de la historia fue efectuada por los soviéticos, la famosa “Tsar bomb”. La bomba de Hiroshima tenia una potencia de 0,02 megatones, ¡La Tsar bomb 50 MT, 2.500 veces mas potente que Little Boy! En realidad, trataron de crearla de 100 megatones, pero los científicos del momento desaconsejaron al entonces primer ministro soviético, Nikita Khrushchev, una bomba de tanta potencia por la excesiva contaminación que produciría. La onda expansiva dio tres vueltas a la tierra, causo daños a mas de 1000 Km de distancia y su luz se pudo ver desde Finlandia a mas de 2000 Km. Hay multitud de vídeos en la red sobre la explosión, pero os cuelgo aquí uno muy corto que creo que es suficientemente claro. Cuando miréis el video, tened presente que la parte inferior de la seta mide 10Km, si, si, 10Km!!.

Creo que se puede comprender mejor cómo se dispersa la contaminación en una explosión termonuclear con un ejemplo. Así que vamos a ver que pasó en las islas Bikini con el famoso test de la operación Castle Bravo. El 1 de Marzo de 1954, los Estados Unidos empezaron la operación “castillo bravo” cuyo objetivo era comenzar a probar las bombas termonucleares. Para ello escogieron un pequeño archipiélago en el pacifico, las Islas Bikini.  Desalojaron la isla donde se produjo la explosión que en principio tendría que ser de 15 megatones. Sin embargo, un barco pesquero estaba a varios kilómetros. Uno de los pescadores del pesquero murió seis meses mas tarde por las  quemaduras producidas por la radiación, y se tuvieron que evacuar las poblaciones de Rongelap y Rongeik a 170 y 260 Km respectivamente.

El cómo se mueve la nube radiactiva depende únicamente del viento. De la misma forma, el dónde se deposita la radiación después de un accidente nuclear o una explosión nuclear (como veremos mas adelante, en la mayoría de accidentes, no se produce una explosión, sino que simplemente se libera material radioactivo), depende únicamente de si llueve o no, ya que en las zonas donde haya lluvia se depositará mas y donde no llueva se depositará menos. Aquí os dejo una imagen donde se puede ver como se desplazó la radiación por el archipiélago.

Finalmente y para finalizar esta entrada, dos cosas. En primer lugar, no he podido hablar de la contaminación emitida por todas estas explosiones, ya que depende mucho de la zona. Sin embargo es importante que sepáis que aunque realmente estáis aún expuestos a la contaminación que se liberó durante la década de los ’60-’70, no representa mas del 1% de la radiación que recibiréis en vuestra vida (recordemos que el 80% era de origen natural). En  segundo lugar, las muertes causadas por los tests nucleares se estiman en 23. Es importante relativizar todo, no quiero que os llevéis la impresión de que el cáncer de cualquier amigo puede ser causado por estas detonaciones.  Lo que sí me interesa es remarcar la capacidad de estas explosiones en zonas altamente pobladas. Y el hecho que ni los tratados de no proliferación de armamento nuclear, ni los tratados cuyo objetivo era detener los ensayos nucleares han conseguido que ningún país que poseía armamento nuclear se desarmara. EE.UU., Francia, Rusia, varios paises de la ex-Unión Soviética, Reino Unido, Israel, India, China o el Pakistán son países con armamento nuclear.

En la siguiente entrega de la serie hablaremos acerca de usos civiles de la radioactividad: el átomo al servicio de la sociedad.

1. Nota del editor: También hemos hablado en El Tamiz sobre el proyecto nuclear nazi. [↩]
2. Nota del editor: Las bombas atómicas de Hiroshima y Nagasaki [↩]

The Radioactividad (III): Un mundo aun mas radioactivo. by Xavier-Andoni Tibau Alberdi, unless otherwise expressly stated, is licensed under a Creative Commons Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 2.5 Spain License.