Radioactividad: vida media, fisión y fusión

No sabemos cómo adivinar la vida media de los núcleos radiactivos. A pesar de que las vidas medias de los núcleos radiactivos llegan a ser (y son) medidas con gran exactitud, todavía no se dispone de la potencia de cálculo necesaria para poder predecir cuál será la vida media de la mayoría de los núcleos. Esta incógnita es simplemente demasiado compleja para ser calculada ni siquiera por los más grandes ordenadores que existen en la actualidad.

Los materiales radioactivos son «calientes» en los dos sentidos de la palabra. Los materiales radioactivos son «calientes» en el sentido de soltar radiación, pero también son «calientes» en el sentido habitual térmico. Se puede comprobar observando qué le sucede a algo como una partícula alfa tras ser emitida en una descomposición radiactiva. La partícula alfa se mueve en el material que la rodea y salta de un lado para otro, de una forma similar a una bola en un pinball.

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Como fruto de esas colisiones, la energía inicial de la partícula alfa es compartida con los átomos del material que la rodea, que como resultado de ello se mueve más aprisa. Este movimiento acelerado, por supuesto, es lo que sentimos como calor. De esta manera, cualquier material en el que se encuentren presentes elementos radiactivos, se verá calentado por la presencia de esos elementos.

Un ejemplo curioso es que si tomamos un cubo de granito que podamos tener en nuestra mano e impedimos que escape el calor generado por la desintegración radioactiva de los núcleos que normalmente se encuentran en la roca, al cabo de un millón de años se habrá generado suficiente calor como para fundir la roca por completo.

La radioactividad no es «innatural». Debido a que el conocimiento humano de la radiactividad es reciente, y ya que la gente se ha vuelto realmente consciente de la radiactividad sólo desde la Segunda Guerra Mundial, existe una predisposición a que mucha gente crea que la radiación es algo nuevo en el ámbito humano. De hecho, nuestra especie vive y ha evolucionado en un entorno que está lleno de radiactividad.

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El uranio, que padece desintegración radioactiva, es un elemento frecuente en la corteza terrestre. Es más común que componentes como la plata o el mercurio. La desintegración en cadena que emprende, llena la Tierra de núcleos radiactivos. Además, la Tierra sufre el bombardeo constante de los rayos cósmicos. Esas partículas, cuya mayor parte son protones, se generan en el Sol y otras estrellas, cayendo en forma de lluvia de manera constante sobre nuestra atmósfera.

En esa zona colisiona con las moléculas en el aire, produciendo una lluvia de partículas. En ese mismo instante, las partículas de esa lluvia pasan a través de nuestros cuerpos con una frecuencia de unas tres por minuto, añadiéndose de esta manera a los niveles de radiación de fondo.

Así que cuando nos enteremos de algún descubrimiento de radiactividad en alguna parte, debemos ser conscientes de que la mayor parte de lugares poseen ya materiales radiactivos en ellos, y la pregunta que habría que formularse no sería «¿es radiactivo?», sino «¿es más radiactivo de lo que sería normalmente?».

Fuentes de radiación recibidas por el ser humano.
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Toda la energía nuclear proviene de una conversión de masa. En el momento en que un núcleo permuta de estado, hay un minúsculo cambio en su masa. Si la suma de las masas que se produce al finalizar el cambio es menor de la que existía antes, dicha desigualdad será transformada en energía, tal y como ocurre con las descomposiciones. Existen dos tipos de procesos (además de la descomposición) generalmente relacionados con el término energía nuclear.

La fisión es un proceso que fracciona un núcleo grande en dos o más subnúcleos más pequeños. La fisión de algunos núcleos emite energía, y la fisión de otros requiere una contribución de energía. La fisión productora de energía más conocida en general es la del uranio 235, que, cuando es golpeado por un neutrón que se mueve lentamente, se divide y genera energía (en forma del movimiento de fragmentos de alta velocidad) y unos cuantos neutrones más, cada uno de los cuales puede seguir adelante y producir más fisiones. El resultado final es una liberación continuada de energía tan larga como dure el suministro de uranio 235.

Existe una gran probabilidad de que la electricidad que disfrutamos en nuestra casa sea generada por un reactor nuclear. En los gráficos de abajo vemos cómo funciona un reactor: el uranio 235 se encuentra contenido en varillas de combustible de un diámetro tan grande como un lápiz. Los neutrones que se generan en las reacciones de fisión abandonan la varilla de combustible que es su «casa», son frenadas por el agua o líquido que se encuentra entre las varillas, e inician una reacción a fisión en otra varilla.

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El producto de todas esas reacciones es calentar el agua, que se expulsa con una bomba fuera del reactor y se emplea para calentar más agua en un sistema separado de tuberías. El vapor de este segundo sistema mueve los generadores que crean la electricidad.

La fusión es el proceso por el que dos pequeños núcleos se juntan para componer un solo núcleo más grande. La reacción a fusión más importante es la que genera helio a partir del hidrógeno. Esto es lo que facilita energía al Sol y otras estrellas. Esta reacción es también la que hemos estado intentando dominar en laboratorios con el fin de poder emplearla como fuente de energía eléctrica.

fusion nuclear helio hidrogeno deuterio

Históricamente, los intentos de controlar la fusión han incluido el tratar de reproducir las condiciones en las que se produce la fusión en el interior de las estrellas. Esto representa calentar hidrógeno gaseoso a muy altas temperaturas y comprimirlo en campos magnéticos hasta que comience la fusión. Este proceso recibe el nombre de fusión «caliente». Aun no hemos tenido éxito en producir una reacción a fusión controlada automantenida.

En 1989, algunos científicos proclamaron haber descubierto la posibilidad de otra ruta de fusión, la denominada fusión «fría». El fracaso de otros científicos en reproducir los resultados originales condujo al abandono de esta ruta a la fusión, aunque en 2004 se volvió a revisar y los resultados negativos han llevado a desechar la idea de nuevo.

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