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¿Qué peligro representa el accidente nuclear de Japón? (Parte I)

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Tras el terremoto ocurrido el día viernes en Japón, el cual afectó la energía eléctrica que mantiene en funcionamiento la Planta Nuclear de Fukishima Daiichi, así como también su estructura, causando el día de ayer una explosión en el Reactor N°1 —que felizmente fue fuera del tanque de contención del núcleo del reactor— el Organismo Internacional de Energía Atómica y las autoridades japonesas han clasificado el evento como de nivel 4 según la escala internacional de accidentes nucleares.

Hay muchas noticias rondando por la web y la televisión, pero, no muchos conocen cuáles son las implicancias que trae este accidente y cuál es peligro real que representa. Gracias al tiempo que llevo laborando en el Instituto Peruano de Energía Nuclear (IPEN), tengo bastante conocimiento en este tema y trataré de explicarles de manera sencilla de qué debemos preocuparnos y de qué no, ya que, lamentablemente, muchas noticias son sensacionalistas y no informan bien, causando falsa alarma en la población.

Primero, debemos saber como funciona una central nuclear. Una central nuclear es construida para generar energía eléctrica usando reactores nucleares de potencia que, a diferencia de una central térmica —que usa petróleo u otro combustible fósil— o una central hidroeléctrica —que usa la caída del agua—, usan la fisión (desintegración) del uranio para propulsar las turbinas del generador eléctrico. Pero, ¿cómo lo hacen?.

Un reactor nuclear tiene grandes cantidades de Uranio en su núcleo. El Uranio-238 es el más abundante en la naturaleza (~99.28%), pero es el Uranio-235 el más usado en los reactores nucleares gracias a su facilidad para fisionarse. Así que se debe aumentar la concentración del Uranio-235 de 0.71% a 2-5%, por un proceso conocido como enriquecimiento del Uranio.

El Uranio se encuentra en los reactores nucleares principalmente en forma de dióxido de uranio, el cual tiene un aspecto de cerámico negro. Luego, al dióxido de uranio se le da la forma de pequeños cilindros los cuales son empaquetados en varillas de acero inoxidable o zirconio, y agrupados formando barras, las cuales se ubican en el núcleo del reactor.

El segundo paso es activar la reacción en cadena que permite liberar la energía nuclear para luego ser transformada en energía eléctrica. Para esto, un neutrón debe chocar con el núcleo del átomo de Uranio para fisionarlo (desintegrarlo) en núcleos atómicos más pequeños. En el proceso, no sólo obtenemos átomos más pequeños, sino también más neutrones —entre 2 y 3 por cada fisión— que chocarán con otros átomos de Uranio, generando así una reacción en cadena. Aquí un video para que lo entiendan de manera didáctica:

Las pelotitas (núcleos de Uranio) están puestas en unas trampas para ratones (energía contenida en cada átomo de Uranio) , Cuando cae la pelotita roja en ella (neutrón), activa la trampa provocando la liberación de la energía contenida en ella (fisión del Uranio) y la pelota volará activando otra trampa, y así se generará una reacción en cadena.

Pero, si sumamos la masa de todas las partículas generadas por la fisión de un átomo de Uranio, veremos que hay masa que se ha perdido, ¿a dónde fue esa masa?… simplemente se convirtió en energía. La fisión del Uranio libera una gran cantidad de energía, aproximadamente 200MeV (3.2*10-11J) por átomo de Uranio-235.

Haciendo unos pequeños cálculos, si tenemos un núcleo de Uranio enriquecido —digamos con un 2% de Uranio-235—, entonces tendremos 4.46*1019 átomos de Uranio-235 en 1g de dióxido de Uranio. Por lo tanto, la energía producida por este gramo de dióxido de Uranio será de 1.43*109J. Por otro lado, 1Kg de la mejor calidad de carbón (antracita) me genera 4*107J de energía. Entonces, para obtener la misma energía producida por 1Kg de dióxido de Uranio enriquecido al 2%, necesitaría quemar 35.75 toneladas de antracita. ¿Ven la diferencia? Es por esto que la energía nuclear tiene un buen rendimiento y es bastante usada en la generación de energía eléctrica.

Ahora, esta enorme cantidad de energía es liberada en forma de calor. El núcleo de un reactor nuclear se encuentra sumergido en un gran tanque de agua, ¿saben por qué?. Bueno, todos me dirán para capturar el calor generado por el reactor nuclear, luego calentarse y convertirse en vapor, el cual viajará a través de unas tuberías hacia unas turbinas, moviéndolas para girar el generador eléctrico.

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Otra de las funciones del agua es actuar como moderador de los neutrones generados por la fisión del uranio. Los neutrones son un tipo de radiación ionizante indirecta del tipo corpuscular (porque tienen masa). Este tipo de radiaciones son las más perjudiciales, ya que la penetración de los neutrones es mucho mayor que el de los rayos alfa, beta y hasta de los gamma, gracias a que no tienen carga eléctrica. Los blindajes de plomo no pueden contener la radiación de neutrones —tal como lo hacen con los rayos gamma— y los pasan como si nada.

Por otro lado, si un neutrón choca con las moléculas de nuestro cuerpo, pueden cambiar la naturaleza química de nuestros átomos. El neutrón puede ser absorbido por los núcleos de los átomos de nuestras biomoléculas (activación neutrónica), aumentando su masa atómica y convirtiéndose en un isótopo menos estable o un radionúclido, el cual puede decaer en otro más estable, generando rayos gamma o beta que son perjudiciales para nuestras células.

Por suerte, los neutrones son contenidos por elementos químicos de bajo número atómico, sobre todo, por compuestos ricos en hidrógeno como el agua, las ceras de parafina o el concreto. Por esta razón, los núcleos de los reactores se encuentran sumergidos en inmensos tanques de agua dentro de enormes cúpulas de concreto. Así que el agua, a parte de generar el vapor que mueve las turbinas, sirve como blindaje para evitar la fuga de radiación neutrónica.


Antes de continuar, quiero responder a una pequeña curiosidad. El núcleo de un reactor nuclear encendido no es verde —tal como aparece en los Simpsons y que es la forma como muchos se lo imaginan— sino de un hermoso color azul intenso. Esto se debe al efecto Cherenkov, que es la onda de choque de la luz. Cuando un avión supera la velocidad del sonido (343m/s), se genera un estruendo debido a la onda de choque producido por la ruptura de la barrea del sonido. En el agua, la luz tiene una menor velocidad que en el vacío, en cambio, los neutrones generados por la fisión nuclear prácticamente mantienen su misma velocidad, la cual es más rápida que la de la luz en el agua, así que los neutrones —tal como un avión supersónico lo hace con el sonido— rompe la “barrera de la luz” generando una onda de choque, la cual se manifiesta de un color azul intenso.

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(Sigue leyendo la segunda parte…)

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