Para empezar, vamos a introducir los modelos atómicos junto con algunas cosillas que creo que son necesarias (o por lo menos interesantes) para que tengáis una base más o menos sólida para poder entender el enlace químico entre átomos.

En este artículo vamos a hablar un poquito (y muy por encima) de los modelos atómicos principales, desde el modelo atómico de Dalton hasta el de Bohr (los más avanzados como el de Schrödinger no los vamos a necesitar, pero si quieren profundizar más en el tema, A. Giron habla sobre esto aquí.

Modelo atómico de Dalton:

El modelo atómico de Dalton es el primer modelo atómico de la historia, formulado en 1808 por John Dalton. Este modelo se puede resumir en los siguientes principios:

• Todos los elementos están formados por átomos muy pequeños; estos son indivisibles e indestructibles.
• Todos los átomos de un elemento son iguales (tanto en masa como en otras propiedades) y son diferentes a cualquier átomo de cualquier otro elemento.
• Un compuesto está formado por átomos de compuesto, todos iguales entre ellos. Cada átomo de compuesto está formado por átomos de diferentes elementos que se combinan en una relación de números enteros simples.

Modelo atómico de Thomson:

El descubrimiento del electrón por parte de Joseph John Thomson gracias a los rayos catódicos hizo que los científicos propusieran que el átomo estaba formado por una parte positiva y otra negativa, y que Thomson propusiera su modelo. Este modelo recibe también el nombre de “el pudin de pasas” por su similitud.

Modelo atómico de Thomson: “pudin de pasas” (imágenes extraídas de socratic.org y quimica4atomos.blogspot.com.es)

Básicamente incorpora la idea de que el átomo es una especia de “esfera con carga positiva” con los electrones –que, recordemos, tienen carga negativa- incrustados.

Modelo atómico de Rutherford:

Este modelo fue propuesto por Ernest Rutherford. Rutherford hizo muchos experimentos con sustancias radioactivas (como sabréis si habéis sido curiosos y habéis mirado el enlace, le dieron el premio Nobel de Química de 1908 justamente por esto).

El que nos interesa es una experiencia que hizo el 1911 junto con Hans Geiger y Ernst Marden para verificar la teoría de Thomson. Esa experiencia era la siguiente:

En el interior de un bloque de plomo se hace una cavidad con una salida al exterior, ahí dentro se coloca el material radioactivo que producirá partículas α (por ejemplo uranio), y todos los rayos que no tengan la dirección del orificio serán absorbidos por el plomo. A cierta distancia se coloca una lámina de oro (situada de modo que los rayos que consigan salir impacten sobre ella) y, rodeando la lámina, se coloca una película fotográfica (para saber la trayectoria que seguían las partículas después de topar con la lámina).

Después de realizar la experiencia, Rutherford y sus colaboradores obtuvieron los resultados siguientes:

• La mayoría de partículas α atraviesan la lámina sin desviarse.
• Una pequeña proporción de las partículas se desvían un poco de la trayectoria predicha.
• Aproximadamente una de cada 10 000 partículas rebota cuando llega a la lámina y vuelve hacia atrás.

Experiencia de la lámina de oro (imagen extraída del blog de HoBNiel)

Con esas conclusiones llegaron a la conclusión de que el modelo de Thomson no era válido, y Rutherford intentó entonces explicar el porqué de ese experimento. El resultado fue, evidentemente, el modelo que lleva su nombre.

La primera conclusión a la que llegó Rutherford fue que el átomo tenía que estar prácticamente vacío, así que propuso que el átomo estaba formado por un núcleo y una corteza. El núcleo es donde se concentra casi toda la masa del átomo y tiene carga positiva, mientras que la corteza es un espacio inmenso, donde se encuentran los electrones y, por lo tanto, la carga negativa.

Pero no contento con eso, hizo algo más. Rutherford (utilizando los ángulos de desviación de las partículas y el porcentaje de ellas) calculó la carga y la distancia de diferentes núcleos. Rutherford vio que el radio del núcleo es aproximadamente de 10^-14m y que el átomo tiene un radio de 10^-10m. ¡El núcleo es 10 000 veces más pequeño que el átomo!

Aunque os pueda parecer un poco estúpido, se puede comparar un átomo con el sistema solar, con el Sol en el centro y los planetas describiendo órbitas a su alrededor.

Como podéis ver, este modelo es el que se usa para dibujar los átomos y el que mucha gente cree que es el correcto (pues si se compara con la diferencia entre el modelo de Thomson y éste, se puede decir que el actual no ha cambiado prácticamente nada).

El problema de esto es que, como muchos ya sabréis, porque se ha dicho en muchos sitios, si este modelo fuese el verdadero los átomos no podrían existir. Así que vamos a entrar en el último modelo del que hablaremos aquí, y el más interesante para nosotros ya que hay algunos conceptos que debemos entender y recordar para seguir avanzando.

El modelo atómico de Bohr:

Nuestro último modelo ya ha sido explicado por Pedro en la serie cuántica sin fórmulas, pero prefiero volver a explicarlo aquí porque puede que esto os quede ya muy lejos y no lo recordéis exactamente.

En 1913 el físico Niels Bohr propuso un nuevo modelo atómico ya que, como he dicho antes, el modelo de Rutherford no explicaba la existencia misma del átomo. Bohr logró unir ese modelo (como veremos, el modelo de Bohr y Rutherford no son tan diferentes) a un nueva rama de la física, aún en pañales por entonces, la física cuántica. No voy a dedicar mucho espacio a explicar eso, si queréis podéis acudir al artículo de Pedro que he puesto antes, pero, para los que no queráis mirarlo (voy a intentar que se pueda seguir estos artículos sin tener que leerte los que han escrito otros) lo que hizo Bohr fue tener en cuenta que la energía esta cuantizada. Al igual que no puedes partir un trozo de madera infinitas veces, ya que en algún momento dado solo tendrás átomos que no puedes partir, a la energía le pasa lo mismo: no puedes emitir una energía infinitesimal. Hay un valor mínimo de energía, y cualquier energía que tú puedas emitir será siempre un múltiplo de ese valor mínimo.^[1]  Es lo que se llama escalón o nivel de energía.

Ese mínimo de energía, por cierto, aunque ahora no nos importe demasiado, es de 6,626 · 10^-34 J, y éste es el motivo por el que los átomos puedan existir. A diferencia de Rutherford, Bohr ya no considera el átomo como un núcleo rodeado de electrones a cualquier distancia, sino que los electrones ahora tienen una energía determinada, lo que los hace estar en una órbita circular estable alrededor del átomo. Ya no pueden perder parte de esa energía y “acercarse un poco más” al átomo: ahora, o pierden/ganan 6,626·10^-34 J (con lo que “saltan” de una órbita a otra) o se quedan dónde están con la misma energía (un electrón no puede tener una energía intermedia).

Órbitas de Bohr (de Escuelapedia)

En resumen, el modelo atómico de Bohr dice lo siguiente:

• Los electrones giran alrededor del núcleo describiendo órbitas circulares.
• Cada órbita representa un nivel de energía, y todos los electrones que están en ese nivel tienen esa misma energía.

Bien, ahora que sabemos cómo es un átomo en realidad (más o menos, ya que nos quedan algunos modelos más que no voy a explicar aquí, y además nada nos garantiza que nuestros modelos actuales no deban ser refinados en elfuturo), vamos a lo que en realidad nos interesa. Hemos dicho que hay diferentes niveles de energía, cada uno representado por una órbita alrededor del núcleo de un átomo.  Ahora puede que os hagáis dos preguntas:

1. ¿Puede haber más de un electrón en una misma órbita?
2. En caso afirmativo, ¿puede haber infinitos electrones en cada órbita o hay un número máximo?

Bien, pues la respuesta a la primera pregunta es que sí, puede darse el caso de que haya más de un electrón en una órbita (de hecho, excepto en el caso del hidrogeno que sólo tiene un electrón, cualquier átomo en estado fundamental –el estado de mínima energía- va a tener más de un electrón en alguna órbita).

La segunda es también muy fácil de responder aunque bastante más difícil de demostrar, pero vamos a hacer un esfuerzo. Como hemos dicho, hay diferentes órbitas, muchas veces son representadas con la letra n. Por ejemplo cuando digo que un electrón se encuentra en n=1 estoy diciendo que se encuentra en la órbita más cercana al núcleo y, por lo tanto, la de menos energía, pero también puedo decir que un electrón se encuentra en n=2, n=3, etc…

Bien, pues ese número de n (1, 2, 3…) es el primer número cuántico (n). Los número cuánticos sirven para “identificar” a los electrones, así pues el electrón (1) será el que se encuentre en n=1, el electrón (2) el que se encuentre en n=2 y el electrón (3) estará en n=3. Por ahora sólo puede haber un electrón en cada órbita, pues según un principio llamado principio de exclusión de Pauli, dos electrones no pueden tener los mismos números cuánticos.

Más tarde se descubrió que dentro de cada nivel había algo que hacía que los electrones se comportaran de forma distinta entre ellos, lo que acabó siendo el segundo número cuántico (l), que puede tener el valor entre 0 y n-1 (siempre números naturales) y, al igual que n es el nivel, l es el subnivel. Así ya podemos localizar más electrones en cada nivel, y tenemos los siguientes el electrones (los voy a poner en una tabla para que se vean mejor)

Como veis, centrándonos solamente en los tres primeros niveles, hemos pasado de poder tener sólo 3 electrones a tener 6, pero eso no es todo, pues poco más tarde Pieter Zeeman -que ganó el Premio Nobel de la Física de 1902, junto a Hendrik Antoon Lorentz, justo por esto- descubrió nuevas diferencias entre electrones de el mismo subnivel, con lo que estableció un tercer número cuántico (m), que toma valores de –l hasta +l, y es llamado orbital. Teniendo así aún más electrones posibles, los orbitales se pueden clasificar también según su segundo número cuántico. Así, los que tienen l=0 se llaman orbitales s, los que tienen l=1 se llaman p y los que tienen l=2, d.

Como hemos visto, de los posibles electrones que teníamos con dos números cuánticos, ahora tenemos 14, pero eso no es todo, ya que cierto tiempo después se añadió el cuarto número atómico (s), el espín. El espín puede tener valores de +1/2 o -1/2, determinando su sentido de giro (sí, aparte de girar sobre un núcleo, los electrones giran sobre sí mismos… ahora mi comparación del átomo con el sistema solar ya no os parece tan estúpida, ¿verdad?). Voy a permitirme el lujo de no hacer otra tabla, simplemente todos y cada uno de los electrones anteriores da paso a dos diferentes. Por ejemplo, en el primer nivel ahora tenemos 2 electrones (1, 0, 0, +1/2) y (1, 0, 0, -1/2) y así en todos. Bien, pues con esto ya puedes responder bien la pregunta que te has hecho antes, que, si no la recuerdas, era ¿puede haber infinitos electrones en cada órbita o hay un número máximo?

Hay un número máximo, y como puedes ver el número de electrones varía según el nivel en el que se encuentra, teniendo así 2 e^- para n=1, 8 para n=2 y 18 para n=3 (si no quieres pararte a pensar todos los posibles electrones puedes calcular el número de electrones de esta manera: N=2n²).

De hecho, aunque penséis que seguís en el modelo atómico de Bohr, hace tiempo que lo habéis abandonado, y, aunque no he explicado ningún modelo en concreto, he ido introduciendo las consecuencias de otros modelos, como por ejemplo el número l de Sommerfield o el concepto de orbital de Schrödinger.

Además hago una aclaración. El modelo de Rutherford no funcionaba porque los electrones caían hacia el núcleo, y eso implica una cosa que puede que os hayáis preguntado: si un electrón esta en n=2 pero tiene un sitio libre en n=1, este hará un salto y se colocará en ese nivel (aunque no siempre, como veremos luego), por lo que siempre tendremos los electrones lo más cerca posible del núcleo.

Electrones de valencia

Los electrones de la última capa suelen llamarse electrones de valencia. Normalmente esos son los electrones del último nivel de energía, pero no siempre es así. Dentro de cada nivel de energía cada orbital tiene energías diferentes, con lo que un electrón en n=2 siempre intentará situarse en el orbital s, y si está lleno en el orbital p, después en el d o en el f (hay más orbitales teóricos, pero no existe en la naturaleza ningún átomo con electrones tan lejos, así que los omitimos). El problema está en que a veces un orbital de un cierto nivel tiene más energía que un orbital del nivel superior, por lo tanto el electrón se sitúa en el nivel superior dejando vacío parte del nivel inferior.

Nota: Hablo de “el electrón intenta, se sitúa etc…”. Como habréis supuesto un electrón no tiene voluntad propia, pero los electrones siempre que pueden emitir energía en forma de fotones lo hacen (y ésa es la razón por la que el modelo de Rutherford no funcionaba), entonces, como al emitir un fotón emiten energía, siempre terminarán en el sitio donde se les permita estar con la mínima energía posible.

Diagrama de Moeller (extraído del blog  eli-estrelladelmar.blogspot.com.es)

Antes de aprender a localizar los electrones de valencia, aprendamos lo que se conoce como configuración electrónica, ya que a partir de ésta es muy fácil localizar los electrones de valencia. Para saber qué orbital ocupará un electrón se usa muchas veces el Diagrama de Moeller (aunque no siempre se cumple), así pues tenemos que el primer electrón irá en el orbital 1s (indica que esta en el orbital s del nivel 1), el siguiente irá otra vez en 1s (recordemos que en el primer nivel hay solamente un orbital, pero que puede haber dos electrones, con espines diferentes), y así seguiremos avanzando 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s… (en negrita los orbitales que se llenan antes de terminar el nivel anterior).

Se puede identificar a un átomo por la configuración electrónica de sus electrones, así pues el 1s¹ –el superíndice indica el número de electrones que hay en el orbital- será el hidrógeno (H), el 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³ será el fósforo (P) (ya que 2+2+6+2+3=15, que es precisamente el número atómico de ese elemento) y el 1s² 2s² 2p² será el Carbono (C).

Hay algunos elementos especiales, los gases nobles, el He (1s²), Ne (1s² 2s² 2p⁶), Ar (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶), etc… Esos tienen todos los orbitales p completos (con sus 6 electrones) así que para simplificar las configuraciones se suelen utilizar éstos. Por ejemplo, vamos a escribir la configuración del Francio (Z=87):

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p⁶ 7s¹

Y comparémosla con la del Radón (gas noble) (Z=86):

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p⁶

Como podéis ver solo hay una diferencia, y es que el Francio tiene un electrón más y ocupa el orbitar 7s¹, por lo tanto podemos escribir la configuración del Francio como [Rn] 7s¹.

Bien, cuando tenemos la configuración de un átomo es muy fácil identificar sus electrones de valencia. Éstos son los que tienen más energía (en la configuración electrónica están ordenados de menor a mayor energía), así que a partir de cierto orbital, todo lo que esté a su derecha serán electrones de valencia, pero ¿cómo definir donde empiezan éstos? Cómo he dicho los electrones de valencia son los del último nivel de energía, por lo tanto, como el primer orbital de un nivel siempre será el ns¹ (donde n es el nivel de energía) éste es el primer electrón de valencia que hay.

Por ejemplo, en el caso del H (1s¹) su electrón de valencia es el [1s], en el caso del He (1s²) sus electrones son [1s²], en el Ne (1s² 2s² 2p⁶), en el C (1s² 2s² 2p²) y en el Fr (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p⁶ 7s¹).((aquí tenemos toda la configuración electrónica, y, en negrita, los electrones de valencia))

De hecho, lo que hemos hecho antes con el Francio, es escribir el gas noble con número atómico más alto (sin superar el del nuestro elemento) y después escribir los electrones de valencia de este elemento.

Esos electrones son los que dan las características a cada elemento, por eso se ordenan por grupos: todos los átomos de cada grupo tiene los mismos electrones de valencia y, por lo tanto, características parecidas.

Después de un artículo muchísimo más largo de lo que había pensado creo que sabéis lo suficiente de un átomo como para entender el siguiente artículo (espero que sea mucho más corto que éste) donde hablaremos sobre los tipos de enlace que pueden formar dos átomos al unirse.

Ahora algo más difícil: yo os digo el átomo y es cosa vuestra encontrar la configuración y sus electrones de valencia:

1. Como todas las analogías, esta es incorrecta si la miras con demasiado detalle, pero si eres capaz de eso es que este no es el tipo de artículo que deberías estar leyendo.
2. Los electrones están numerados sin ningún criterio, solo para diferenciarlos sin tener que comparar sus números cuánticos.

Antes de detallar los accidentes nucleares que, por una razón u otra, considero suficientemente importantes para explicaros, una advertencia: en esta entrada no hallarás propaganda ni pronuclear, ni antinuclear, sino simplemente una explicación lo más objetiva que me sea posible sobre algunos de los accidentes nucleares más importantes del último siglo.

En lo referente a las víctimas de estos accidentes, estoy convencido que una visita a Mr. Google os dará unos datos un par de órdenes de magnitud superiores a los que yo os dé… ¿Quién miente? Nunca lo sabremos. Estimar afectados en estos accidentes es arduo y difícil, por lo que yo sólo expondré datos aceptados en la comunidad científica, es decir, estudios publicados en revistas de rigor. Si alguno habéis estudiado estadística sabréis que es mucho más difícil demostrar que una enfermedad se produce por una causa, que no, que no podemos afirmar que se deba a dicha causa (hipótesis nula). Por esta misma razón los números que pueda dar en el artículo puede parecer que sean “a la baja”, y sin embargo son los únicos científicamente ciertos. Un claro ejemplo es la siguiente tabla, extraída de Johnston’s Archive:

Como podéis observar, en el conjunto de la U.R.S.S (que incluye dos de los accidentes nucleares más dañinos de la historia, los de Chernóbil y Mayak), sólo cuenta con 89 muertos debidos exclusivamente a accidentes y/o incidentes nucleares. Esto creo que es bastante ilustrativo de la poca existencia de datos fiables que existen. Un último apunte: esta tabla no contempla los muertos causados por las armas atómicas usadas en la Segunda Guerra Mundial.

Como esta entrada trata de desmentir lo que dicen los medios de comunicación, empezaremos por definir accidente nuclear, ya que no todas las incidencias son accidentes nucleares. En realidad, existe una escala del 1 al 7 para clasificarlos, considerándose sólo accidentes nucleares aquellos en los que:

• a) Personas de la instalación reciben radiación por encima de los niveles legales, debido a alguna anomalía en el funcionamiento de la Central.
• b) Se produce una fuga de material radioactivo, debido a alguna anomalía en el funcionamiento de la Central.

En los accidentes de tipo siete se produce una fuga masiva de material radioactivo con vidas medias muy diferentes. Para que esto ocurra es necesario que se rompan las barras de contención del combustible o bien que el accidente se produzca en una Central de Reprocesamiento del Combustible Irradiado. Hablaremos del reprocesamiento de combustible en la próxima entrada. Si alguno de los conceptos que he citado a continuación se escapan a tu compresión… ¡éste es el momento para leerte las entradas anteriores!.^[1]

ACCIDENTE DE PALOMARES. 17 de Enero de 1966

Hablaremos del accidente de Palomares, ya que es un accidente que acontenció en suelo español y también porque es el accidente de “broken arrow” (Pérdida de Armamento Nuclear) más grave de la historia.

Dos bombas de Palomares en el National Atomic Museum de Albuquerque, Nuevo México. Fuente: Wikipedia.

17 de Enero de 1966, un bombardero norteamericano B-52 se dirige desde Turquía a Carolina del Norte, llevando en su bodega cuatro bombas termonucleares.^[2] Sobrevolando la costa española, intenta, junto a un avión cisterna KC-135 una maniobra, por otra parte habitual, para llenar el depósito de combustible del B-52 en pleno vuelo. Un error del piloto produce la colisión de los dos aviones. Se liberan las 4 bombas termonucleares sobre España.

Sólo una de ellas abre el paracaidas y cae intacta sobre la costa. Otra cae en el mar, y será recuperada unos meses más tarde gracias a la colaboración de un pescador, a quién le cayó a escasos metros de su barco. Las otras dos impactan sobre el suelo, y aunque, afortunadamente, no se produce una explosión nuclear ni termonuclear, se libera todo el material radioactivo, cuya finalidad es producir las condiciones idóneas para que se produzca la fusión.^[3]

Este accidente libera óxidos de Uranio 239 y 240, aunque también había trazas de 238. Y unos veinte kilos de Plutonio. Casi nada. Gracias a Dios, la contaminación estaba muy localizada, lo que permitió a los norteamericanos tratar el “asunto” discreta y eficientemente. En primer lugar se selló el perímetro, luego se clasificaron todas las hectáreas afectadas en dos categorías: aquéllas que estaban por encima de 1,2 MBq/m2 (es decir, 1.200.000 desintegraciones por segundo y metro cuadrado), a las que se les extraerá toda la tierra, se almacenará en bidones y será transportada hasta Oak Ridge, Tennessee (una vez allí, es ya problema de los norteamericanos qué hacer con ella), y aquellas zonas que estaban por debajo de esa actividad (dejo a vuestro criterio decidir si eso es mucha actividad o poca), que serán labradas y regadas abundantemente para diluirlas, aunque el plutonio no es precisamente muy soluble en agua.

No debeis olvidar el año del accidente, 1966, año en que en España sigue vigente el régimen franquista, que quiere que todo esto se sobrelleve con la mayor discreción. Si un accidente así hubiera acontecido en nuestros días, el límite de actividad que hubieran usado los amerianos para clasificar y enviar la tierra contaminada hubiera sido muy distinto. Sin embargo, todo se sella de la forma más confidencial, acompañado de una serie de actos propagandísticos del régimen, entre los cuales se incluye el famoso baño del aún en activo político español Manuel Fraga Iribarne, a la sazón ministro de Información y Turismo, en las costas almerienses (había que preservar a toda costa la gallina de los huevos de oro del entonces incipiente turismo de sol y playa español).

Si hoy analizamos ese baño sabemos que no representó ningún riesgo para su salud, debido a que efectivamente los niveles de radiación del agua de mar no estaban por encima de los límites hoy legales. Sin embargo, me gustaria destacar el hecho de que el Sr. Fraga no se bañó exactamente donde tuvo lugar el accidente, sino un poco más al norte. ¿Casualidad? Quién sabe. Lo que sí se sabe es que existe una corriente paralela a la costa que empuja el agua de norte a sur, con lo que si se hubiese contaminado el mar, el Sr. Fraga nunca se hubiera visto afectado, aunque se hubiera bebido el agua del mar. Eso sí, frío debió pasar un rato: en enero y en Almería, el Mediterráneo está bastante frío.

Por razones que desconozco nunca se ha realizado ningún estudio epidemiológico ni en la población de la zona ni entre los guardias civiles que participaron en la limpieza (que, para su sorpresa, no dispusieron de ninguna protección especial, aunque sí sus colaboradores norteamericanos). Esto nos impide estimar si hubo muertos, exceptuando los tripulantes de los aviones fallecidos en el accidente. Sin embargo, en 1986 el gobierno español hizo públicos los seguimientos médicos que se realizaron a los agentes que participaron en las tareas de limpieza y a la población de Palomares en general. Aproximadamente un 30% de la población tenía trazas de plutonio en su organismo.

El principal problema que produjo el accidente de Palomares son las denominadas “Partículas calientes“, que son pequeñas particulas donde una ha adsorbido mucho plutonio, y tienen una actividad específica exageradamente alta. Es decir, aunque la actividad de un gramo de arena sea muy pequeña, pueden existir granos minúsculos de esa arena que supongan el 10% de la radiación de todo el gramo.

Finalmente, destacar que no existen urbanizaciones cerca de la zona donde se produjo el accidente, y que el CSN ha prohibido en ciertos lugares la circulación con coche, dado que levantan polvo al circular, y estas partículas calientes presentes en el polvo se incorporan al sistema de ventilación del vehiculo y pueden ser inhaladas por sus ocupantes.

MAYAK, Chelabinsk (Маяк, Челя́бинск)

En realidad, en Mayak no sucedió un único accidente nuclear, sino muchos. Es la zona del planeta más castigada por el uso humano de la radioactividad, y aunque depende de qué criterio se use para definir “El peor accidente nuclear de la historia” muchos autores afirman que “el peor accidente nuclear de la historia” es el conjunto de accidentes que se sucedieron en Mayak. Pero vamos primero a situarnos un poco.

Mayak es un complejo nuclear construido por la U.R.S.S para fabricar armamento nuclear durante la guerra fría. Situado en Siberia, cerca de la actual Kazakstán, fue construido entre 1945 y 1948 bajo un secreto absoluto que se mantuvo hasta muchos años después. Consta de 5 reactores nucleares, cuya finalidad era enriquecer uranio y fabricar plutonio; más tarde se convirtió en una instalación para tratar los residuos de otras plantas de la Unión Soviética y recientemente el gobierno ruso ha propuesto hacerse cargo de los residuos radioactivos de otros paises para tratarlos en su planta de Cheliabinsk (lógicamente, existe una cierta sana desconfianza de otros países a entregar sus residuos nucleares a los rusos).

Al tratarse de instalaciones militares de alto secreto, podéis imaginar que su último objetivo era la seguridad de los ciudadanos de la zona o de los sistemas ecológicos circundantes. Para que os hagáis una idea, la central de Mayak depositó parte de sus residuos nucleares en un lago cercano, el lago Karachay, y estuvo durante años arrojando el tritio de los circuitos primario y secundario de las centrales al río Techa, un río del que se abastecen de agua potable 24 municipios, y ni tan siquiera se avisaba de los vertidos a las cuatro poblaciones más importantes.

Ahora veamos los incidentes acontecidos… aunque antes me gustaría mencionar que en Occidente se sabe de la existencia de este complejo nuclear desde 1976, cuando el biologo ruso Jauarès Medvedev emigró^[4] al Reino Unido. Más tarde, durante el régimen de apertura iniciada por el presidente ruso Gorbachov, se aportaron más datos sobre los incidentes. Aún así no es sencillo obtener permisos para investigar en la zona. El primer “accidente” nuclear producido en Mayak fue entre 1949 y 1956. Unas 125.000 personas se vieron afectadas por los vertidos incontrolados de tritio al rio Techa. En 1997 (48 años después del primer vertido) se evacuó una población de 4.000 habitantes. Estas personas habían recibido una dosis estimada de 2,8 Sv (0,38 – 17 Sv ). Recordaros que el limite legal de radioactividad que una persona puede recibir es de 1mSv/año (en 48 años unos 0,048 Sv).

Más tarde, en 1957, la explosión de un tanque de residuos afectó a unas 275.000 personas; de éstas, sólo la mitad fueron evacuadas unos años más tarde. Luego, en 1963 una fuerte tormenta resuspendió los sedimentos radioactivos depositados a lo largo del tiempo en el lago Karachay, afectando a unas 43.000 personas.

SATÉLITE SNAP 9A. 24 Abril 1964

Albert Arnold Gore, Jr. Premio Nobel de la Paz 2007.

En la década de los sesenta la NASA empezó a sacar provecho a los miles de millones que había invertido en crear un cohete nuclear que fuera autonómo. En realidad, en ese momento se pensaba que la energía nuclear sería el futuro de la era espacial: esto queda perfectamente reflejado por las palabras del padre del hoy tan conocido Al Gore, Albert Gore, cuando afirmó que : “[La exploración espacial] depende en gran medida del destino común del espacio y el átomo“. En aquellos momentos se preveía un futuro dominado por los cohetes y satélites nucleares.

Aunque el accidente del SNAP 9A no fue el primer accidente de satélites nucleares, sí que marcó un antes y un después. Después de este accidente la NASA se convirtió en pionera en el desarrollo de la energía solar. Y aunque siguió enviando satélites con material nuclear (como la sonda Cassei), mejoró el sistema de las pilas nucleares para que fuera difícil su combustión y/o desintegración en caso de accidente. Ahora, centrémonos en el accidente y sus consecuencias:

El 24 de Abril de 1964 la NASA lanza su satelite 5BN (fabricado por General Electrics), equipado con un generador nuclear auxiliar montado a bordo (SNAP 9A). Antes de entrar en órbita ocurre un problema y el satélite cae, desintegrándose en la atmósfera, sobre el cielo del Oceano Índico (Mozambique). Este accidente es importante por dos razones, fundamentalmente: la primera es que propició el desarrollo de la energía solar, la segunda es que llenó la atmósfera de Pu-238, escaso hasta ese momento en la superficie terrestre. Pese a que no se le pueden atribuir muertes directas, se estima que la dosis de radiación recibida fue de 2,4Sv por persona, nada menospreciable.

THE THREE MILE ISLAND. 28 de Marzo de 1979

Hasta ahora no he hecho hincapié en los accidentes más graves, ni tampoco en los que más víctimas han producido. Siguiendo con esta dinámica de exponer sólo aquellos accidentes que se caracterizan por tener una importancia distinta a su gravedad (exceptuando el de MAYAK, que lo he expuesto por ser el más grave de la historia), hablaremos del accidente de The Three Mile Island. Antes de seguir necesito que localicéis la central de The Three Mille Island. Está situada en el estado de Pennsylvania (EEUU), en una isla en el río Susquehanna, cerca de Harrisburg, la capital del estado. Estamos hablando de un estado básicamente demócrata, con 12.000.000 de habitantes, donde las clases más bajas no son básicamente predominantes, siéndolo la clase media. Es decir, lo que diferencia este accidente de los demás es que sucedió en un lugar poblado, y poblado por gente con recursos. Allí, en este lugar civilizado del primer mundo, se produjo un accidente de grado 5 en la escala internacional de accidentes nucleares.

El 28 de marzo de 1979 se produce un error (el primero, no humano) en el circuito secundario del reactor TMI-2 (nuevecito: tenía sólo 90 días de funcionamiento). El error en las bombas de extracción evita la retirada de agua caliente del sistema secundario de refrigeración. Para evitar un calentamiento del núcleo, se abre una válvula en el presurizador que libera el agua del circuito secundario; cuando la presión disminuye la válvula, en lugar de cerrarse como debería, permanece abierta (segundo error, no humano). Para más inri, los detectores indican al operario que la válvula sí se ha cerrado (tercer error, no humano). Se pierde mucho líquido del sistema refrigerante y la presión disminuye peligrosamente. Aquí debería haber entrado en funcionamiento el sistema de agua de emergencia del circuito secundario, pero durante los ensayos realizados 42 horas antes se olvidaron de abrir las válvulas una vez terminado el test (cuarto error, humano). Empieza el nerviosismo. Tardaron ocho minutos en descubrir que la válvula del sistema de agua de emergencia estaba cerrada. Se abre por fin, pero durante esos ocho fatídicos minutos se crearon burbujas de vapor, con lo que al entrar el nuevo líquido refrigerante, éstas obturan los aparatos de medición, con lo que el operario percibe indebidamente que hay suficiente líquido refrigerante (quinto error, ¿humano?). El líquido refrigerante del circuito primario es literalmente vapor a gran presión, rompe las bombas y escapa a la sala de contención. La mitad del núcleo ha quedado sin refrigeración, el circonio que recubre las barras empieza a reaccionar con los materiales radioactivos del combustible. Explota el hidrógeno liberado en el núcleo, pero por algún motivo la explosión pasa inadvertida. A las 16 horas del comienzo del accidente consiguen poner en funcionamiento el circuito primario y las temperaturas empiezan a bajar, pero la mitad del núcleo del reactor está en ese momento fundido o vaporizado.

Uno de los aspectos más polémicos del accidente fue que se liberaron la mayor parte de los gases radioactivos del accidente a la atmósfera. He querido hablar de este accidente porque, aunque se liberaron 2,5 millones de curios, no hay datos empíricos de efectos directos sobre la población de los alrededores (25.000 personas residían a menos de 8 Km). Sin embargo, lo que sí que sucedió fue el inicio de un fuerte movimiento civil antinuclear, tan característico de los ochenta. Además, a nivel técnico se revisó la formación de los operarios de las centrales; hasta entonces los operarios estudiaban para localizar el problema, a partir de entonces su educación se centro más en actuar rápidamente en situaciones de presión analizando la información recibida.

GOIÂNIA, 28 de Octubre de 1987

En Goiânia, Brasil, se produjo el siguiente accidente a comentar. La mayor parte de los accidentes anteriores tienen su entrada, su explicación, en Wikipedia. Éste no. Esto es debido a que no fue un accidente catastrófico, y sin embargo lo expongo aquí porque creo que es un claro ejemplo de qué sucede cuando no se cuidan como es debido los materiales radioactivos de las instalaciones que los usan.

Un dispositivo de radioterapia con forma de rueda, con un colimador para aunar la radiación en un pequeño rayo. La fuente de cloruro de cesio radiactivo es el cuadrado azul, y los rayos gamma están representados como el haz que emerge de la ventana de iridio, coloreada de fucsia. Fuente: Wikipedia

Situémonos: Un miércoles de 1987 dos hombres entran a robar en un edificio abandonado de un hospital. El chivatazo es realmente bueno, en ese hospital se halla esperándoles un armatoste de 600 Kg de metal, principalmente plomo. Con un martillo destrozan la máquina hasta que algo les llama la atención: rodeado y muy bien protegido por plomo, encuentran 100 gramos de un polvito azul que emite una fuerte luz (se trata de 51 TBq Cs-137^[5], aunque ninguno lo sospecha).^[6]

Les ha tocado la lotería, no sólo tienen 600 Kg de plomo que vender, sino que además se llevan un bonito recuerdo. En casa ponen el polvo azul en un tarro, para que ilumine la casa por las noches. Sin embargo, la noticia se extiende como la pólvora y al día siguiente algunos vecinos acuden para que les den un poco de polvo. Algunos incluso se lo ponen en la cara y por el cuerpo para brillar por la noche al salir de fiesta. Menuda fiesta… Porque la fiesta no dura mucho, concretamente 50 horas. Pasado ese tiempo las primeros afectados empiezan a sentir náuseas, mareo y fuertes dolores. Nadie sabe qué hacer. La mujer del chatarrero artífice del robo acude a la única autoridad sanitaria de la zona, un vecino que es veterinario. Éste le recomienda que lleve el polvito azul al hospital de la ciudad. La mujer toma un autobús y hace cola durante 5 horas en el hospital. Durante todo el trayecto al hospital, e incluso dentro del hospital, se ha estado no sólo exponiendo a la gente a radiación, sino que se han contaminado muchas personas. Los médicos descubren de qué se trata, salta la alarma y evacúan a los afectados al hospital de Río de Janeiro. Lo hacen en ambulancias normales, pasarán dos días hasta que alguien se acuerde de descontaminar las ambulancias, con lo que una enfermera y un médico se verán también afectados. Al poco se desplegaron los agentes especiales del cuerpo de élite del Consejo de Seguridad Nacional brasileño, ninguno de ellos con máscaras ni protección ni nada de nada. Hallaron restos de Cs-137 a más de 1 Km de distancia del foco de emisión.

En resumen, 500 personas fueron puestas en observación,  21 personas contaminadas internamente, convirtiéndose ellas mismas en fuentes de emisión radioactiva, una persona perdió el brazo y cuatro murieron. Aquí puedo contar una anécdota: durante el funeral de las personas que fallecieron, asistió una muchedumbre enfurecida que los recibió a pedradas. ¿Por qué? pues porque enterraron residuos radioactivos (aunque antes hubieran sido personas y el ataúd fuese de 600 kg y de plomo), de hecho los médicos tardaron algunos días en decidir qué hacer con el brazo que le amputaron al hombre, pues se preveía que siguiese siendo activo durante 300 años más.

CHERNÓBIL 26 de Abril de 1986

Éste es, sin duda alguna, el accidente radioactivo más famoso de la historia de la humanidad, en gran parte combinado con sus efectos (aunque, como hemos dicho antes, no es el peor), y seguramente lo fue porque los países del norte se vieron afectados y la radiación llegó a muchos kilometros… pero todo a su tiempo. Como antes, un poco de situación: La central de Chernóbil se haya en la frontera entre Bielorrusia y Ucrania, a orillas del río Pripyat y cerca de la ciudad con el mismo nombre, de 45.000 habitantes. La capital de Ucrania, Kiev, está a 100 Km al sur. Pero en la época todos estos países formaban parte de la U.R.S.S.

Aunque el supervisor de seguridad se encontraba dando unas conferencias en Kiev, el 26 de Abril de 1986 se iniciaron, tal y como estaba previsto, los ensayos de seguridad en el reactor nº4 de la central nuclear de Chernóbil. La prueba consistía en simular un corte de energía local y comprobar si los turbogeneradores de emergencia eran capaces de suministrar energía suficiente a las bombas de refrigeración hasta que los generadores diésel arrancasen. La prueba se inicia disminuyendo la potencia del reactor, para ello bajan las barras del moderador de grafito para aislar las barras de combustible, y activar los turbogeneradores. La potencia se reduce hasta el 1%, y saltan todas las alarmas del ordenador. Además, para simular mejor la perdida de potencia desactivan la mitad de las bombas de refrigeración (4 de 8). El circuito primario se calienta demasiado y se activa un sistema de refrigeración, que también es desactivado manualmente. En este punto el ordenador procede al asilamiento completo del núcleo, pero para no arruinar el experimento lo pasan de modo automático a manual. Pese a ello el ordenador sigue registrando datos e indicando las ilegalidades de las operaciones realizadas. Cuando la producción de electricidad es de 1600 Mw, los turbogeneradores de emergencia arrancan, seguidos de los generadores diésel: la prueba ha sido un éxito.

Saltando y cantando de alegría, deciden centrarse en el trabajo e iniciar de nuevo el reactor, así que quitan las barras de grafito que impiden la reacción. Sin embargo, algo no va bien. El reactor pasa del 1 al 7% de potencia, pero no aumenta más. Ahora sabemos que el núcleo del reactor ha caído en lo que llamamos pozo del Yodo. Durante el rato en que el núcleo trabajó al 1% la reacción no era “limpia”, con lo que se produjo I-135 en grandes cantidades, éste decae a Xenón, el cual absorbe los neutrones impidiendo la reacción en cadena, pero simultáneamente el Xenón, que es un gas, impide la transferencia de calor de las balas de combustible al agua del circuito primario, es por eso por lo que el reactor no superaba el 7% de su potencia. Los operarios deciden darle un empujoncito al reactor quitando las barras del moderador de reserva neutrónica (encargadas de regular la potencia del generador) para acelerar la reacción. El calor acumulado en las barras de combustible las fractura y se rompen, liberando parte del combustible por el circuito primario. La potencia pasa entonces bruscamente del 7% al 800%. Salta la alarma, y esta vez, en lugar de ignorarla, pulsan el botón de emergencia, grande y rojo, como en las películas, que libera las barras de grafito que aíslan las barras y frenan la reacción en seco, y pone a funcionar las bombas de agua del primario a máxima potencia. Sucede sin embargo que los orificios por donde bajan las barras de grafito se han deformado por el calor, con lo que las barras sólo bajan un 30% antes de quedar atascadas. Empiezan a darse pequeñas explosiones en el núcleo por la acumulación de material fusionable, se inicia el embalado neutronico, estallan completamente las barras de combustible y todo el agua del circuito primario se convierte en vapor de agua a muy alta presión (flash-boiling).

Se produce una tremenda explosión (cuidado, no una explosión nuclear, sino una explosión producto de contener vapor de gas a muy alta presión en un recipiente cerrado), y salta por los aires la tapa del reactor primario con sus 1000 toneladas de protección. La potencia de la explosión estaba entre 1 y 4 tones, produciendo un movimiento sísmico detectable en todo el mundo. En este momento el reactor está sin tapa y dejando todo el uranio fundido al descubierto.

Medalla entregada a los liquidadores representando las tres clases de radiaciones junto a una gota de sangre. Fuente: Wikipedia.

Se emitieron más de 1000 radionucleos distintos (es decir más de 1000 tipos de isótopos distintos), la mayor parte de ellos de vida corta, pero algunos, como el estroncio, el cesio, el yodo o el plutonio, de vida media o larga. Las consecuencias inmediatas del accidente de Chernóbil fueron la muerte inmediata de dos trabajadores, y la de 28 bomberos miembros de los equipos de limpieza en los siguientes tres meses. Más de 6000 liquidators intervinieron en las tareas de limpieza, que básicamente consistían en recoger con una pala el material combustible fundido que hubiera alrededor del reactor y ponerlo otra vez dentro para poder cerrar la tapa, esto, equipados únicamente con una bata de ropa y una máscara de hospital. Durante las siguientes 36 horas se evacuó a 50.000 personas, otras 67.000 personas más durante los tres meses que siguieron y 200.000 entre 1990 y 1995.

Como he comentado al principio, la repercusión de este accidente fue importante porque se vieron involucrados países occidentales, sobre todo los países escandinavos. Pero, para que os hagáis una idea del ambiente en la URSS en la época, dos días después del accidente el entonces presidente de Ucrania (es decir, el político de la URSS encargado de esa zona), preguntó por qué había cortes de electricidad en Kiev, la capital ucraniana. Lógicamente el técnico le contó que, dado el accidente, se habían cerrado todos los reactores restantes de la central, a lo que el otro, el político, contestó que si no funcionaba un reactor, vale, pero… ¡que no pararan los demás!

En lo que respecta a la salud, se apreció un aumento en los casos de cáncer de tiroides en menores de 15 años,^[7] de hecho el 35% de casos de cáncer de tiroides en menores de 15 años de todo Ucrania correspondían a zonas contaminadas. Además, se detectó un aumento de casos de malformaciones, retraso mental, cáncer de mama… en las zonas afectadas por el accidente. 187 pueblos quedadon abandonados y los costes económicos del accidente se estiman en 12 billones (europeos) de dólares ($12.000.000.000.000).

En los primeros 10 días la pluma de gases radioactivos viajó por prácticamente todo el hemisferio norte, siguiendo los caprichos de la meteorología. Los primeros días la pluma atravesó Bielorusia y Lituania, llegando a los países escandinavos, que fueron los que en primer lugar se percataron del accidente, el segundo día se movió hacia el oeste, a Polonia, el tercer día en la dirección contraria, llegando hasta Rusia, y los tres siguientes se fue hacia el sur, atravesando todo Ucrania.

Aunque la los movimientos de la pluma radioactiva que he descrito arriba corresponden al grueso de dicha pluma, como he dicho la contaminación llegó a la mayor parte del hemisferio norte.^[8]

Para terminar el artículo me gustaría añadir que no te quedes sólo con esta entrada. La radioactividad es mucho más que accidentes nucleares, pero mucho. Con esto no quiero ni infundir un espíritu antinuclear ni pronuclear, sólo quiero que, al terminar la serie, todo aquel que la haya leído tenga argumentos verídicos y suficientes para tomar (o no) una postura, y defenderla con criterio. El próximo artículo de la serie será sobre los residuos nucleares… aunque no sé cuándo lo escribiré.

Gracias por leer el artículo y espero que leerlo os guste tanto como a mí escribirlo. También gracias a Macluskey por su infinita paciencia, corrigiendo mis artículos.

1. Los enlaces los tienes al principio del artículo.
2. Bombas de Hidrógeno o “Bombas H”. Qué rayos hacía un B-52 cargadito de bombas H yendo de Turquía a Carolina en tiempos de paz es algo que sólo los que vivieron la guerra fría pueden entender, que no comprender.
3. El detonador de una bomba termonuclear es una bomba atómica de fusión, o bomba A. Sólo esa detonación produce las condiciones de temperatura y presión adecuadas para que se produzca la fusión nuclear explosiva.
4. desertó/escapó/…
5. Que es mucho, pero mucho, mucho cesio
6. Y aunque lo hubiesen sospechado… un chatarrero ladrón no es probable que esté versado en física nuclear.
7. Pasó de 5 (1982-1985) a 45 (1986-1997).
8. De hecho, en el 2009, en una actividad de la Universidad tomamos muestras de suelo de Mataró (Barcelona), y encontramos restos del Cs-137 de Chernóbil… ¡flipa!