Introducción a la ciencia I. Ciencias Físicas (100 page)

En ese caso, supongamos que consideramos la fisión nuclear como una fuente de energía. ¿Durante cuánto tiempo podríamos contar con esto? No durante mucho, si hemos de depender por entero del escaso material fisionable del uranio 235. Pero, afortunadamente, pueden crearse otros combustibles fisionables usando el uranio 235 como arranque.

Ya hemos visto que el plutonio es uno de esos combustibles artificiales. Supongamos que construimos un reactor pequeño con combustible de uranio enriquecido y omitimos el moderador, para que los neutrones más rápidos entren en forma de corriente en un revestimiento de uranio natural. Esos neutrones convertirán al uranio 238 del revestimiento en plutonio. Si disponemos las cosas para que se desperdicien pocos neutrones, de cada fisión de un átomo de uranio 235 en el núcleo podemos conseguir más de un átomo de plutonio producido en el revestimiento. En otras palabras, reproduciremos más combustible del que consumimos.

El primer «reactor generador» se construyó bajo la dirección del físico canadiense Walter Henry Zinn en Arco (Idaho) en 1951. Se le llamó «ERB-1» (Experimental Breeder Reactor-1). El aparato no demostró sólo la solvencia del principio generador, sino que también produjo electricidad.

Ese sistema generador podría multiplicar muchas veces las reservas de combustible tomando como base el uranio, porque todos los isótopos ordinarios del uranio —el uranio 238— serían combustibles potenciales.

El elemento torio, integrado totalmente por torio 232, es otro combustible fisionable en potencia. Tras la absorción de neutrones rápidos viene a ser el isótopo artificial torio 233 que decae velozmente para transformarse en uranio 233. Ahora bien, el uranio 233 es fisionable bajo los neutrones lentos y mantiene una reacción en cadena autogenética. Así, pues, se puede agregar el torio a las reservas de combustible, precisamente un elemento cinco veces más abundante que el uranio en la Tierra. Según se ha calculado, la primera capa de 90 m en la corteza terrestre contiene como promedio 12.000 t de uranio y torio por kilómetro cuadrado. Aunque, claro está, no todos esos yacimientos están por el momento a nuestro alcance.

Para recapitular: la cantidad total de energía concebible y disponible en las reservas terrestres de uranio y torio es veinte veces mayor que los depósitos de carbón y petróleo existentes hoy día a nuestra disposición.

Y, sin embargo, las mismas preocupaciones que hacen a la gente temer a los reactores ordinarios, se redoblan en lo que se refiere a un reactor generador. El plutonio es mucho más peligroso que el uranio y existen quienes mantienen que se trata de la materia más venenosa en el mundo que tienen la posibilidad de construirse en cantidades masivas, y que si parte de éstas se abre paso hasta el medio ambiente, podría presentarse una catástrofe de forma irreversible. También existe temor a que el plutonio que se pretende para su uso en reactores pacíficos pueda se robado o asaltado y empleado para fabricar una bomba nuclear (como ha hecho la India) y que luego podría usarse para un chantaje criminal.

Esos temores son tal vez exagerados, pero razonables, y no sólo el accidente y el robo dan motivos para ese miedo. Incluso los reactores que funcionan sin el menor vislumbre de accidente continúan siendo un peligro. Para comprender la razón de todo ello, permítasenos considerar la radiactividad y la radiación energética a la que dan origen.

En realidad, la vida en la Tierra siempre se ha visto expuesta a la radiactividad natural y a los rayos cósmicos. Sin embargo, la producción de rayos X en el laboratorio y la concentración de sustancias naturalmente radiactivas, tales como el radio, que existe ordinariamente en unas trazas en extremo diluidas en la corteza terrestre, componen en gran parte este peligro. Las primeras personas que manejaron los rayos X y el radio recibieron dosis letales: tanto Marie Curie como su hija Irene Joliot-Curie murieron de leucemia a causa de su exposición a esas sustancias, y existe el famoso caso de los pintores de esferas de reloj de los años 1920, que murieron como resultado de apoyarse en los labios sus pinceles que tenían radio en la punta.

El hecho de que la incidencia general de la leucemia haya aumentado sustancialmente en épocas recientes puede deberse, en parte, al uso creciente de los rayos X para numerosos propósitos. La incidencia de la leucemia en los médicos que es muy probable que se vean expuestos, es el doble que el del público en general. En los radiólogos, que son los especialistas médicos en el empleo de los rayos X, la incidencia es diez veces mayor. No es de extrañar que se hayan efectuado intentos para sustituir los rayos X por otras técnicas, sobre todo con el uso de sonidos ultrasónicos. La llegada de la fisión añadió nueva fuerza a este peligro. Ya sea en las bombas o en los reactores nucleares se libera radiactividad a una escala que puede lograr que toda la atmósfera, los océanos y hasta lo que comemos, bebemos o respiramos sea cada vez más peligroso para la vida humana. La fisión ha introducido una forma de contaminación que puede poner a prueba la ingenuidad del hombre para su control.

Cuando el átomo de uranio o de plutonio se desintegra, sus
productos de fisión
toman varias formas. Los fragmentos incluyen isótopos de bario, o de tecnecio, o cualquier número de otras posibilidades. En conjunto, se han identificado hasta 200 productos diferentes de fisión radiactiva. Existen problemas en la tecnología nuclear, puesto que algunos absorben con fuerza neutrones y hacen las veces de amortiguador para la reacción de fisión. Por esta razón, el combustible en un reactor debe sustituirse y purificarse de vez en cuando.

Además, estos fragmentos de fisión son todos peligrosos para la vida en diversos grados, dependiendo de la energía y naturaleza de la radiación. Las partículas alfa, por ejemplo, que entran en el cuerpo son más peligrosas que las partículas beta. El índice de desintegración también es importante: un nucleido que se desintegra rápidamente bombardeará al receptor con más radiación por segundo o por hora que uno que se desintegre con mayor lentitud.

El índice de desintegración de un nucleido radiactivo es algo de lo que sólo cabe hablar cuando se implican gran número de nucleidos. Un núcleo individual puede desintegrarse en un momento dado —al instante siguiente o dentro de mil millones de años, o en cualquier tiempo intermedio—, y no hay manera de prever cuándo ocurrirá. Sin embargo, cada especie radiactiva, tiene un índice medio de desintegración, y si se hallan implicados los números de átomos suficientes es posible predecir con gran exactitud qué proporción de los mismos se descompondrá en una unidad de tiempo dada. Por ejemplo, permítasenos decir que ese experimento muestra que, en una muestra dada de un átomo al que podemos llamar X, los átomos se desintegran en la proporción de 1 o 2 por año. Al final de año, 500 de cada 1.000 átomos X originales de la muestra quedarán como átomos X; al cabo de dos años 250 y, tras tres años, 125. Y así indefinidamente. El tiempo que tardan la mitad de los átomos originales en desintegrarse se llama
vida media
de ese átomo en particular (término introducido por Rutherford en 1904); por consiguiente, la vida media del átomo X es de un año. Cada nucleido radiactivo tiene su propia y característica vida media, que no cambia nunca en condiciones ordinarias. (La única clase de influencia exterior que puede cambiar las cosas es el bombardeo de los núcleos con una partícula o unas en extremo elevadas temperaturas en el interior de una estrella; en otras palabras, un suceso violento capaz de atacar
per se
los núcleos...)

La vida media del uranio 238 es 4,5 miles de millones de años. No nos sorprende, por tanto, que subsista todavía el uranio 238 en el Universo pese a la decadencia de sus átomos. Un cálculo muy simple nos demostrará que se requiere un período seis veces mayor que la vida media para reducir una cantidad determinada de nucleidos radiactivos hasta el 1 % del total original. Cuando hayan transcurrido 30 mil millones de años desde estas fechas, quedará todavía 1 kg de uranio por cada tonelada existente hoy día en la corteza terrestre.

Aunque los isótopos de un elemento sean químicamente idénticos, sus propiedades nucleares pueden diferir en gran manera. El uranio 235, por ejemplo, se desintegra seis veces más aprisa que el uranio 238; su vida media es sólo de 710 millones de años. Así, pues, cabe suponer que en los eones ya desaparecidos, el uranio contenía mucho más uranio 235 que el de nuestros días. Hace 6 millones de años, el uranio 235 representaría el 70 % aproximadamente del uranio natural. Sin embargo, el género humano no está consumiendo los residuos del uranio 235. Aunque se hubiese retrasado un millón de años el descubrimiento de la fisión, la Tierra poseería todavía un 99,99 % del uranio 235 existente en la actualidad.

Evidentemente, cualquier nucleido con una vida media inferior a los cien millones de años habría declinado hasta desvanecerse en la dilatada vida del Universo. Así se explica que hoy sólo encontremos algunos vestigios de plutonio. El isótopo de plutonio más longevo, el plutonio 244, tiene una vida media de 70 millones de años solamente.

El uranio, el torio y otros elementos radiactivos de larga vida dispersos entre rocas y tierra, emiten pequeñas cantidades de radiación que están siempre presentes en el aire circundante de nuestro medio. El propio hombre es ligeramente radiactivo, pues todos los tejidos orgánicos contienen trazas de un isótopo relativamente raro e inestable del potasio (potasio 40) que tiene una vida media de 1.300 millones de años. (Al desintegrarse, el potasio 40 produce algún argón 40 y, probablemente, eso aclara la circunstancia de que sea el nucleido más común entre los gases inertes de la Tierra. Los promedios potasio-argón han servido para verificar la edad de los meteoritos.)

También existe un isótopo radiactivo del carbono, el carbono 14, que, de ordinario, no se esperaría que estuviese presente en la Tierra, puesto que su vida media es de

5.770 años. Sin embargo, el carbono 14 se forma continuamente a causa del impacto de las partículas de rayos cósmicos sobre los átomos de nitrógeno de nuestra atmósfera. El resultado es que existen siempre presentes trazas de carbono 14, por lo que algunos de ellos se incorporan constantemente al dióxido de carbono de la atmósfera. Y debido a que se halla presente en el dióxido de carbono, se incorpora a las plantas a través de sus tejidos, desde donde se extiende a la vida animal, incluyéndonos a nosotros mismos.

El carbono 14 está siempre presente en el cuerpo humano en una concentración más pequeña que el potasio 40, pero el carbono 14, al tener con mucho una vida media menor, se desintegra con mayor frecuencia. El número de desintegraciones del carbono 14 puede llegar a ser de una sexta parte respecto del potasio 40. Sin embargo, cierto porcentaje del carbono 14 está contenido en los genes humanos. Y, cuando los mismos se desintegran, el resultado de ello puede ser profundos cambios en las células individuales, cambios que no ocurren en el caso de la desintegración del potasio 40.

Por esta razón, puede razonarse que el carbono 14 es un átomo más significativamente radiactivo que se encuentra de una forma natural en el cuerpo humano. Esta posibilidad ya fue señalada por el bioquímico rusonorteamericano Isaac Asimov en 1955.

Los diversos nucleidos radiactivos y las radiaciones energéticas que se producen de una forma natural (tales como los rayos cósmicos y los rayos gamma) constituyen una
radiación de fondo
. La exposición constante a la radiación natural, ha desempeñado probablemente un papel en el pasado en la evolución, produciendo mutaciones y tal vez sea en parte responsable de la plaga del cáncer. Pero los organismos vivientes lo han soportado durante millones de años. La radiación nuclear se ha convertido en un grave azar sólo en nuestro tiempo, cuando empezamos a experimentar con el radio y luego con el advenimiento de la fisión y de los reactores nucleares.

En la época en que comenzó el proyecto de energía atómica, los físicos ya conocían por penosa experiencia los peligros de la radiación nuclear. Los que trabajaban en el proyecto se rodearon, por lo tanto, de unas elaboradas medidas de precaución. Los productos de fisión «calientes» y otras materias radiactivas fueron situadas detrás de recios muros blindados y sólo se miraban a través de trampillas de cristal. Se idearon instrumentos para manejar los materiales por mando a distancia. Se ordenó que todas las personas llevasen rollos de película fotográfica u otros mecanismos de detección para «vigilar» su exposición acumulada. También se realizaron muchos experimentos en animales para estimar la
exposición máxima permisible
. (Los mamíferos son más sensibles a la radiación que otras formas de vida, pero tienen también una resistencia media más elevada.)

A pesar de todo, sucedieron accidentes y unos cuantos físicos nucleares murieron de
enfermedad radiactiva
tras recibir dosis masivas. Si embargo, existen riesgos en cualquier ocupación, incluso en la más segura; los trabajadores de la energía nuclear están en realidad más protegidos que muchos otros, gracias al conocimiento creciente de los riesgos y de las precauciones respecto de la radiactividad.

Pero un mundo lleno de reactores nucleares, esparciendo productos de fisión a toneladas, y a millares de toneladas, sería algo muy diferente. ¿Cómo desembarazarse de todos esos mortíferos materiales?

Una gran parte de la radiactividad de vida corta se disipa hasta llegar a ser inofensiva en cosa de semanas o de meses; puede almacenarse durante ese tiempo y luego deshacerse de él. Los más peligrosos son los nucleidos con vidas medias de uno a treinta años. Tienen suficiente vida breve como para producir una intensa radiación, pero viven lo suficiente asimismo para ser peligrosos durante generaciones. Un nucleido con una vida media de treinta años empleará dos siglos en perder el 99 % de su actividad.

Los productos de fisión pueden tener buenos usos. Como fuentes de energía, suministran corriente a pequeños mecanismos o instrumentos. Las partículas emitidas por el isótopo radiactivo se absorben, y su energía se convierte en calor que, a su vez, producirá electricidad en pilas termoeléctricas. Las pilas que producen electricidad de esta forma son generadores de fuerza radioisótopos, y se les denomina por lo general SNAP (por
Systems for Nuclear Auxiliary Power
, es decir, «Sistemas de Fuerza Auxiliar Nuclear») o, aún más dramáticamente,
pilas atómicas
. Pueden alcanzar sólo el peso de un par de kilos, generar hasta 60 vatios y durar dos años. Las baterías SNAP han sido empleadas en satélites; por ejemplo, en el
Transit 4A
y en el
Transit 4B
, que fueron puestos en órbita por Estados Unidos en 1961 para servir, en último término, de ayuda a la navegación.