Como es sabido, la tecnología nuclear, o energía atómica como muchos la conocen, se dio a conocer al mundo un 6 de agosto de 1945 cuando la explosión de una bomba totalmente desconocida hasta entonces causó cientos de miles de muertos y heridos en Hiroshima, Japón. Lamentablemente, el hecho tendría su segundo acto apenas tres días después, en Nagasaki, otra ciudad de Japón. Sin embargo, desde entonces, y como contrapartida, la tecnología nuclear ha venido redimiendo con creces su pecado original, al punto que sus beneficios se han multiplicado en forma permanente y han ido alcanzando, progresivamente, a toda la humanidad.
Para entender mejor algunos conceptos que iremos manejando, es imprescindible traer a la memoria algunos fundamentos.
En primer lugar, debemos recordar que en el átomo están los electrones orbitando al núcleo y dispuestos en distintas capas o niveles energéticos. En el núcleo, a su vez, están los protones (en igual numero que los electrones) y los neutrones. Es interesante tener presente que las dimensiones del núcleo y el átomo son tales que si imagináramos un átomo del tamaño de un gran estadio de fútbol, el núcleo -ubicado en el centro del campo de juego– sería menor a una esfera de un centímetro de diámetro. Esta comparación nos ayuda a comprender que la materia, compuesta de moléculas integradas por átomos, es, mayoritariamente, un enorme vacío, en contraposición con nuestro sentido al respecto.
El número de protones en el núcleo (llamado número atómico) determina qué elemento químico está presente. Por ejemplo, si hay un solo protón estaremos ante el Hidrógeno; si hay 6 protones será Carbono y si hay 92 será Uranio. En la Tabla Periódica de Elementos el Uranio, número atómico 92, está rodeado del Paladio, número atómico 91, y del Neptunio, número atómico 93.
Conviene recordar que hay núcleos diferentes para un mismo elemento químico, dando lugar a los llamados isótopos. En el caso del uranio, por ejemplo, el isótopo Uranio 235 tiene 143 neutrones en su núcleo (que sumados a sus 92 protones hacen el número 235), mientras que el isótopo Uranio 238 tiene 146 neutrones en el núcleo. En definitiva, si pudiéramos "observar con detalle" los átomos del uranio encontraríamos que unos núcleos difieren de otros en el número de sus neutrones. La llamada composición isotópica del uranio nos dice que un 0,7% del uranio existente en la Naturaleza es Uranio 235 y, prácticamente, todo el resto es Uranio 238 (existen otros isótopos en porcentajes muy menores).
Los tres isótopos conocidos del hidrógeno son el Hidrógeno 1, que es el ordinario, común o liviano y que tiene en su núcleo sólo el protón característico; el Deuterio, que tiene además un neutrón en el núcleo (por eso es Hidrógeno 2) y el Tritio, que tiene dos neutrones en el núcleo (por eso es Hidrógeno 3). Recordemos que los números a la derecha del nombre o del símbolo son la suma de protones y neutrones.
La estabilidad de los núcleos depende de dos fuerzas que deben estar en equilibrio armónico: una fuerza de atracción neutrón-neutrón y protón-neutrón y una fuerza de repulsión protón-protón (recordemos que los protones tienen todos carga positiva). Cuando el equilibrio no existe la inestabilidad se manifiesta a través de la liberación de partículas y ondas electromagnéticas portadoras de energía. Se dice entonces que los respectivos núcleos son radiactivos pues están propensos a desintegrarse y emitir radiactividad.
Repasemos las principales desintegraciones radiactivas. La desintegración alfa ocurre cuando la repulsión entre protones es grande y supera a las fuerzas de atracción. La partícula alfa que se desprende del núcleo inestable está formada por dos protones y dos neutrones conformando, por lo tanto, un núcleo de Helio 4 (helio por tener dos protones). Esos 2 protones y 2 neutrones salen del núcleo original, el que se transforma en un núcleo de otro elemento distinto. Por ejemplo, el núcleo original de Seaborgio 157 se transforma en uno de Rutherforio 155 luego de la desintegración alfa. Parece que se cumpliera el viejo sueño de los alquimistas de la transformación de la materia.
La desintegración beta, por su parte, ocurre cuando el desequilibrio se debe a exceso de neutrones en el núcleo. Un neutrón se transforma en un protón más un electrón que es liberado, tomando el nombre de partícula beta negativa, junto a un neutrino que es una partícula supletoria neutra, de masa prácticamente nula, que se lleva parte de la energía liberada. EI núcleo original del Carbono 14, por ejemplo, se transforma en Nitrógeno 14 debido a que tiene un protón más luego de la desintegración beta.
Cuando se dice que el Carbono 14 tiene una vida media de 5730 años significa que en el transcurso de 5730 años la mitad de los núcleos de Carbono 14 existentes en la Naturaleza se desintegra de esta forma. Como veremos más adelante esta información es importante para fines de datación.
Tanto los rayos gamma como tos rayos x son radiaciones electromagnéticas que sólo difieren de la luz por tener su longitud de onda mucho más corta. A su vez la única diferencia entre los rayos gamma y los x es su procedencia. Mientras los rayos gamma resultan de la redistribución de la carga eléctrica dentro de los núcleos, o sea que transportan un exceso de energía aun existente en el núcleo luego de una desintegración alfa o beta, los rayos x tienen origen fuera del núcleo.
Según vimos antes, la materia tiene un gran vacío interior imperceptible para nosotros, pero no para las radiaciones que se mueven al nivel de los átomos. A partir de esto es fácil imaginar que las radiaciones que hemos visto puedan atravesar la materia, o no, dependiendo de leyes de la física nuclear muy complejas que rigen las interacciones de las radiaciones con la materia y que impiden muchas veces esa "travesía".
La experiencia nos indica que las partículas alfa se desplazan apenas unos centímetros en el aire y alcanza una hoja de papel o nuestra piel para detenerlas. Por su dimensión son capaces de grandes daños al nivel molecular, de allí que sean muy peligrosas si Ingresan a nuestro organismo Las partículas beta, por su parte, llegan a desplazarse hasta 13 metros en el aire, en tanto son capaces de recorrer tres milímetros en el agua, igual que en el cuerpo humano. Finalmente, los rayos gamma recorren cientos de metros en el aire, hasta 65 metros en el agua y para detenerlos se necesita una pared de cemento de un metro de espesor o un blindaje adecuado de plomo.
Las radiaciones pueden causar en el cuerpo humano ionización y excitación electrónica suficientes para provocar la destrucción de ciertas moléculas –proteínas, por ejemplo- que juegan un papel importante en el funcionamiento de las células vivas. Dependiendo de la magnitud de la irradiación, la afectación puede trasladarse a los tejidos o a los órganos.
Es bueno saber que el hombre convive con radiaciones de origen natural, que no son pocas. La radiación cósmica, por ejemplo, proviene de los diversos procesos de formación y evolución del universo. La defensa natural que tenemos contra los rayos cósmicos es nuestra atmósfera, por lo que cuanto más alto nos encontremos más radiación cósmica recibimos, A pesar de esto las poblaciones que viven en las zonas altas del planeta, no por ello, viven menos que las otras.
La llamada radiación externa proviene de materias radiactivas existentes en nuestro propio planeta, como son el uranio, el torio y el radio y sus derivados, como el radón. El radón es un gas noble inodoro e incoloro producto de la desintegración del radio, Este, a su vez es un elemento proveniente de la cadena de desintegración del uranio, que forma parte de la composición natural de los suelos de la corteza terrestre. El radón es un emisor alfa que tiene una vida media de 3,6 días, pero algunos de sus descendientes, emisores alfa unos y beta-gamma otros, tienen vida media menor a los 30 minutos, lo que los hace especialmente peligrosos. El radón se concentra en los suelos (entre un 80% y un 90%) y en los materiales de construcción (10% a 20%). Esa proporción justifica que haya más radón en las casas que en tos apartamentos. Los estudios realizados en el ámbito mundial lo sindican como posible causante de cáncer, pero es muy difícil sacar una conclusión definitiva, La recomendación es ventilar bien las casas y no permanecer mucho tiempo en lugares cerrados y estrechos sin cambiar el aire ambiental.
La llamada radiación interna, por su parte, proviene de las sustancias que respiramos, bebemos o comemos, las que contienen Potasio, Carbono 14, Tritio, etc. La leche es más radiactiva que la cerveza, por ejemplo.
Los porcentajes de participación de las fuentes naturales y artificiales en la dosis global que recibe la población son, según fuentes españolas, las siguientes:
– Radiación natural: – Radón y Torón…………………………………………..36,9%
– Radiación terrestre externa………………………….13,6% – Radiación terrestre interna………………………….. 8,7% – Radiación cósmica………………………………………..10,1%
-Radiación artificial – Médica…………………………………………………………30,4%
– Precipitaciones radiactivas y Energía Nuclear……0,3%
Apreciamos que, más allá de la radiación natural, que podemos considerar inevitable y con la que convivimos todos, existe otra artificial cercana a la mitad de la natural, proveniente casi totalmente de las aplicaciones médicas.
APLICACIONES EN LA VIDA COTIDIANA
Pasemos ahora a hablar de los múltiples beneficios que las técnicas nucleares producen a las distintas actividades del hombre.
Agricultura y alimentación
Comencemos con lo relativo a la agricultura y la alimentación. Son muchas las aplicaciones en este campo por lo que he de referirme solamente a las más destacadas,
Como un primer capítulo, mostraré a través de un par de ejemplos cómo puede la tecnología nuclear beneficiar a los cultivos.
Primen ejemplo: Los procesos biológicos de las plantas se estudian, entre otras razones, con la intención de optimizar las técnicas de manejo de los cultivos, Gracias a su radioactividad, se puede seguir la evolución del Carbono 14 en los sarmientos y de esa manera sacar conclusiones sobre podas y otras labores tendientes a lograr una mayor acumulación de azúcar en las uvas.
Segundo ejemplo: Con el auxilio de especies radiactivas en los fertilizantes, como el Fósforo 32, se puede sacar importantes conclusiones con respecto a métodos, oportunidad y tipo de fertilizantes a ser utilizados Se trata de reducir al mínimo el uso de fertilizantes para bajar los costos de producción y reducir los daños que provocan al medio ambiente,
Un segundo capítulo dentro del tema agricultura y alimentación lo constituye el uso de las mutaciones genéticas para el desarrollo de variedades de cultivos agrícolas y hortícolas de alto rendimiento. Los rayos x, los rayos gamma y los neutrones rápidos son los mutágenos físicos que se usan con mayor frecuencia para irradiar las especies que se desea mejorar genéticamente. Algunos de los logros que se puede alcanzar con esta técnica son los que comento a continuación.
Para aumentar la resistencia al encamado se intenta disminuir la altura de la planta de arroz y dar mayor dureza a su tallo para que pueda resistir la lluvia y las tormentas, Como ejemplo podemos citar un mutante de arroz en china que consiguió tener una caña 20 cm. más corta que la de su progenitor.
Otro objetivo buscado es mejorar las características de los granos como, por ejemplo, aumentar el valor nutritivo (contenido de proteínas o aceites), aumentar la facilidad de cocción y disolución o reducir el tiempo de cocción. Como ejemplo se puede mencionar un mutante de arroz en china que consiguió aumentar el contenido de proteínas a más del 15%.
También puede intentarse mejorar los caracteres agronómicos de la planta, como ser, resistencia al frío del invierno, aumento de la tolerancia al calor o una mejor adaptación a las condiciones de los suelos,
El rendimiento de muchas variedades de cultivos se ha multiplicado después de mutaciones inducidas con radiaciones. Para citar un ejemplo: Pakistán logró duplicar su producción de algodón usando esta técnica.
Una maduración temprana es importante para eludir las heladas y plagas, o simplemente para dar cabida en el terrero a otros cultivos. Un ejemplo de estos logros lo constituye una variedad de arroz en China que madura 24 días antes que su progenitora.
Aumentar la resistencia a las enfermedades tiene gran importancia en los esfuerzos para reducir la utilización de productos químicos contra las plagas, que tanto dañan el medio ambiente. Como ejemplos puedo citar: una variedad de arroz de Hungría y una variedad de menta de EE.UU. que resultaron resistentes a ciertos hongos que perjudicaban seriamente la producción.
Otro capítulo importante es el de la producción pecuaria. Puedo mencionar tres contribuciones de las técnicas nucleares en este campo:
-primera contribución: aumentar el peso del cuerpo y el rendimiento lechero del ganado gracias al mejoramiento de los piensos. Mencionaré un ejemplo: en Indonesia los pastos son de muy baja calidad. Con técnicas nucleares se estudió la eficiencia con que los búfalos digerían esos pastos y se desarrolló, para sustituirlos, un bloque multinutritivo que los búfalos lamen. Se logró un aumento de 3 Kg. por semana en el ritmo de engorde usando la sexta parte del pasto que antes.
-segunda contribución: mejorar la reproducción del ganado. A través de la medición de las hormonas que controlan la actividad de los ovarios (en particular la progesterona) se determina con exactitud si las hembras se encuentran en la fase adecuada de su ciclo reproductivo para ser fecundadas. Con auxilio de esta técnica se pudo preservar las alpacas y las vicuñas en los países andinos,
-tercera contribución: eliminar enfermedades mediante la producción de vacunas usando irradiación con rayos x o rayos gamma para atenuar los virus, Por ejemplo, en el Reino Unido la bronquitis parasitaria de temeros y corderos fue combatida con éxito mediante vacunas radioatenuadas, lográndose un ahorno de 40 millones de dólares anuales.
Un capitulo vinculado e la agricultura y también a la salud y a la ganadería es el de la lucha contra las plagas de insectos. Las técnicas nucleares permiten erradicar o controlar estas plagas utilizando insectos esterilizados o alterados genéticamente con radiaciones, A modo de ejemplo, la principal peste de frutas y vegetares en los países subtropicales es la mosca mediterránea. Pudo ser combatida en varios países con la llamada técnica de los insectos estériles que consiste en desarrollar machos esterilizados por irradiación y soltarlos a competir con los machos fértiles. En sucesivas etapas se logra controlar la plaga.
El primer insecto erradicado con empleo de esta técnica fue la mosca del gusano barrenador, plaga que desbastó animales domésticos y silvestres en Curaçao y pudo ser controlada recién en 1945. Posteriormente, esta misma plaga fue también erradicada de EE.UU. y México.
La mosca tsetse, como es sabido, es portadora de un parásito unicelular, llamado tripanosoma, que causa la enfermedad del sueño, En el África Subsahariana, medio millón de personas (de las cuales muere el 60%) tiene esta enfermedad. Causa también una enfermedad del ganado llamada nagana, que mata tres millones de cabezas al año. La mosca tsetse es, sin dudas, la causa principal del estancamiento de la agricultura en el continente africano.
Un último capítulo dentro de este gran tema de la agricultura y alimentación es la irradiación de alimentos. Este proceso consiste en exponer a los alimentos, ya sea a granel o envasados, a una cantidad minuciosamente controlada de radiación ionizante. Esa irradiación puede conseguir diversos efectos, entre los cuales voy a mencionar sólo algunos:
– prolongar el período de conservación de los alimentos,
– inhibir la germinación de papas y cebollas,
– retrasar la maduración de los frutos,
– esterilizar alimentos envasados,
– descontaminar aditivos e ingredientes.
Salud humana
Las aplicaciones de técnicas nucleares asociadas con la salud aparecieron rápidamente después del descubrimiento de los rayos x en 1896. En la actualidad es casi imposible que un hospital moderno no tenga un departamento de radiología y un departamento de medicina nuclear o que no utilice métodos radioquímicos para diagnosticar e investigar enfermedades. Cada año se llevan a cabo más de 30 millones de procedimientos médicos usando radioisótopos. Sólo en EE.UU. se ahorran 12 millones de dólares por cirugías que no fueron practicadas al ser sustituidas por procedimientos médicos con radisótopos.
Podemos afirmar que uno de cada tres pacientes de un hospital importante recibe los beneficios de la medicina nuclear, en la que intervienen como actores principales los radiofármacos. Cuando se quiere investigar en el cuerpo humano un proceso biológico o el funcionamiento de un órgano es necesario elegir cuidadosamente el compuesto químico radiactivo que se ha de administrar al paciente. Estos compuestos, en su mayoría orgánicos, se llaman radiofármacos. Actualmente, con fines de diagnóstico se usan más de 300 radiofármacos diferentes. Algunos se deben producir en el mismo hospital pues su vida media es muy corta, pero la mayoría se producen en centros nucleares o laboratorios nucleares específicos.
En la llamada medicina nuclear in vivo el radiofármaco se administra al paciente para investigar una función fisiológica o bioquímica del organismo. Por ejemplo, un compuesto conteniendo iodo radiactivo suministrado a un paciente permite investigar las glándulas tiroides a través de un detector especial que obtiene la imagen del órgano estudiado.
El diagnóstico por imágenes nucleares permite obtener información única sobre el funcionamiento de diversos órganos como el corazón, las tiroides, los riñones, el hígado y el cerebro, y también permite diagnosticar un amplio rango de tumores. Para diagnosticar trastornos cardíacos se inyecta cierto radiofármaco especifico en el torrente sanguíneo del paciente aplicando luego un método analítico conocido corno tomografía computada de emisión de fotón simple. Una cámara rotatoria va midiendo e intervalos cortos la radiactividad con la ayuda de una computadora, permitiendo determinar que porción del corazón no tiene sangre.
Un nuevo método, llamado tomografía de emisión de positrones, tiene la ventaja de detectar simultáneamente imágenes en lados opuestos del paciente por lo que permite estudiar el metabolismo del músculo cardíaco con mayor precisión, Los positrones son partículas beta positiva emitidas por algunos radisótopos como el Fluor 18.
En la llamada medicina nuclear in vitro lo que se hace es detectar y medir en un laboratorio ciertos componentes químicos de fluidos extraídos del cuerpo humano, como la sangre, y sacar conclusiones sobre enfermedades o deficiencias orgánicas. Cientos de millones de radioinmunoanálisis se realizan al año. Este método es de 10 a 100 millones de veces más sensible que otros, lo que hace posible detectar con total precisión hormonas, vitaminas, enzimas y muchas drogas en los fluidos biológicos. Esta técnica se aplica para la detección precoz de alteraciones neurológicas importantes, como es, por ejemplo, el hipotiroidismo en niños aparentemente sanos.
Algunas hormonas que pueden ser medidas con la sangre del paciente mediante el radioinmunoanálisis son: la de la función tiroidea, la de la función paratiroidea (vinculada a la descalcificación de los huesos), la de la reproducción, la de la función suprarenal, las que intervienen en la vasoconstricción y las que son segregadas en el páncreas.
Otra aplicación muy importante del radioinmunoanálisis es en el diagnóstico y seguimiento del cáncer por la medición de las sustancias que son segregadas en la mayoría de los tumores.
Los expertos predicen que la utilización general de técnicas nucleares en medicina habrá de triplicarse en un futuro próximo a fin de hacer frente a todos los casos que prevén las proyecciones.
Pasemos a otro capítulo del tema salud. La radioterapia permite el tratamiento de ciertas enfermedades, particularmente el cáncer, a través de la aplicación de radiaciones ionizantes. Dentro de la radioterapia, la teleterapia es el tratamiento en que la fuente de las radiaciones no está en contacto directo con el objeto del tratamiento. Las radiaciones utilizadas pueden ser de diferentes tipos y energías y tener origen en diversas fuentes. Por ejemplo, la cobaltoterapia es la forma de teleterapia que usa fuentes de cobalto 60. Otra forma de teleterapia son los modernos aceleradores que proporcionan haces de electrones, neutrones o iones pesados que permiten combatir el cáncer.
La otra forma de radioterapia es la braquiterapia que utiliza radisótopos en forma de alambre, semilla o cápsula que se implantan directamente en el tumor, donde pueden permanecer en forma continua hasta perder su actividad o ser extraídos después de un cierto tiempo. Estos procedimientos pueden aplicarse cuando el tumor no ha sobrepasado unos pocos centímetros lo que -afortunadamente- es el caso de muchos pacientes. Un ejemplo es el tratamiento del cáncer de útero y de próstata muy comunes en muchos países en desarrollo
En el ámbito de la salud también las técnicas de irradiación son altamente eficaces y de bajo costo en la esterilización de artículos de uso médico (vestimenta quirúrgica, suturas, catéteres y jeringas, entre otros). Las implantaciones de injertos de tejidos biológicos, como huesos, nervios y recubrimientos de corion amniota para quemaduras también se esterilizan exitosamente con radiaciones ionizantes.
Como se ha dicho, las radiaciones ionizantes pueden producir daños importantes en los tejidos y en los órganos si no se toman las previsiones para evitar que incidan en forma descontrolada en nuestro organismo. Los departamentos de protección radiológica, que deben existir en todas las instalaciones que manejan radiaciones ionizantes, tienen la obligación de asegurar que técnicos, profesionales, operarios, pacientes y público en general no reciban más radiaciones ionizantes que las que sean imprescindibles y en un todo de acuerdo con las normas respectivas.
Un tema especialmente importante es, entonces, la determinación exacta de las dosis de radiaciones. En las aplicaciones terapéuticas su importancia puede ser de vida o muerte, por lo que es imprescindible que las dosis administradas se ajusten lo más estrechamente posible a las dosis prescriptas y que éstas, a su vez, sean las adecuadas a cada situación. De allí que la presencia de físico-médicos junto a los radioterapeutas sea obligatoria en los países avanzados
Industria
En los países desarrollados casi todas las industrias utilizan técnicas nucleares de alguna forma. Veamos inicialmente el capítulo de los trazadores radiactivos. El método consiste en añadir en un determinado proceso muy pequeñas cantidades de sustancias radiactivas llamadas trazadores y seguir su camino gracias a que emiten radiaciones. Según se cuenta, la primera vez que se usó un trazador radiactivo fue en 1911 cuando un estudiante húngaro, llamado George de Hevesy, que vivía en una pensión en Manchester, le puso a las sobras de comida una pequeña dosis de material radioactivo mediante la cual pudo confirmar al día siguiente que la comida estaba hecha con esas sobras. Como consecuencia, la dueña de la pensión lo acusó de brujo y lo expulsó de la pensión.
El hecho de que cantidades insignificantes de sustancias radiactivas puedan medirse rápidamente y con precisión hace que los trazadores radiactivos tengan muchos usos en la industria. Mencionaré algunos ejemplos:
– Control de mezclas. Por ejemplo, en un horno de cemento, al que se han agregado trazadores radiactivos, se puede realizar mediciones a distintas alturas del proceso para sacar conclusiones sobre la eficiencia del mezclado.
– Detección de fugas. En la india se pudo detectar filtraciones en un oleoducto de 140 Km de largo en sólo seis semanas, ahorrando seis meses de trabajo y 300 mil dólares en investigación, además de permitir una producción adicional de 1,6 millones de toneladas.
– Medición del desgaste de motores. En las pruebas de desgaste de la camisa de cilindros y de los asientos de cojinetes de los nuevos modelos de motores, el uso de trazadores radiactivos produce un ahorno de más de 3 millones de dólares en uno y otro caso, además del ahorro de 4 años de pruebas.
Respecto de los diversos instrumentos de uso industrial que se benefician de las técnicas nucleares, gran parte de ellos se basan en la propiedad de la materia de interactuar con los rayos gamma. Así tenemos:
-medidores de densidad (petróleo, tabaco, silos, pasta de papel, polvos. lechadas),
–indicadores de nivel (en silos, pozos, enlatados, botellas),
-indicadores de espesor de láminas (papel, plásticos, chapas),
-indicadores de espesor de bitumen,
-detectores de humo.
También la energía nuclear se usa en baterías nucleares de satélites artificiales, estaciones meteorológicas aisladas y marca-pasos cardíacos.
Se sabe que cada elemento químico reacciona a las radiaciones electromagnéticas emitiendo rayos x característicos de dicho elemento, La detección y análisis de esos rayos x ofrece información cualitativa y cuantitativa sobre la composición de cualquier muestra sometida a radiaciones. Esto abre campo al análisis por fluorescencia de rayos x de carácter industrial.
Otro tema industrial son los ensayos no destructivos. La radiografía con empleo de rayos x, rayos gamma o neutrones se emplea corrientemente en la verificación de soldaduras, en fundiciones, en maquinaria ensamblada (como motores a chorro), en control de corrosión de materiales, en control de calidad de cerámicas, en la detección de explosivos, en la detección de humedad y en muchas otras aplicaciones.
Las radiaciones pueden inducir ciertas reacciones químicas convenientes para su aplicación en la industria. Por ejemplo, pueden emplearse en la fabricación de plásticos o en el injerto de plástico en otros materiales como madera u hormigón, o en la fabricación de material súper absorbente como pañales desechables y tampones, o para reducir las consecuencias medioambientales y sanitarias del empleo a gran escala de combustibles fósiles.
Finalmente, las radiaciones pueden ayudar a mejorar las condiciones ambientales. Por ejemplo, al ayudar a descomponer desechos sépticos o venenosos evitando el empleo de productos químicos altamente nocivos para el medio ambiente como, por ejemplo, el cloro.
Hidrología isotópica
La hidrología es un campo en que los Isótopos pueden desempeñar un papel de vanguardia en relación con muchas actividades de investigaciones y diversas aplicaciones. Inicialmente menciono algunos ejemplos de aplicaciones en aguas subterráneas.
Con empleo de trazadores isotópicos se han estudiado exitosamente las interacciones del agua subterránea y la matriz de los acuíferos. A modo de ejemplo, en México, Creta y Portugal se han descubierto fuentes de contaminación de agua marina en los acuíferos costeros con ayuda do trazadores isotópicos.
El método de datación isotópica está basado en la comparación de las proporciones de los isótopos radiactivos presentes al inicio de un proceso y al momento de la datación. Durante el lapso que se quiere medir ha habido un cambio en las proporciones iniciales -supuestamente conocidas- de los radisótopos presentes inicialmente en el elemento o sustancia. El cambio es debido a la desintegración radiactiva que se ha operado en esos radisótopos. Los cálculos se apoyan, justamente, en los valores de vida media de los radisótopos intervinientes. Por ejemplo, en las zonas áridas y semiáridas puede determinarse la edad del agua subterránea en lugares en que se prevé impulsar un desarrollo industrial. Si la datación dice que el agua tiene miles de años debe concluirse que, en caso de extraerla, no habrá reposición y la zona se secará en poco tiempo.
Las técnicas nucleares ayudan a explorar los recursos geoterrnales y conocer sus mecanismos de recarga, así como la calidad de su agua y sus posibles conexiones con otros acuíferos.
En aguas superficiales las técnicas nucleares ayudan a medir la dinámica de lagos y embalses, la filtración de las represas y de los conductos subterráneos, la descarga de los ríos, el transporte de sedimentos suspendidos y de fondo y la tasa de sedimentación.
Centrales nucleares
Una central nuclear puede tener diversos usos: producción de electricidad, producción de radioisótopos (Co-60), calentamiento de agua de ríos o lagos para templar el clima o para calefacción (Rusia, EE.UU.), potabilización de agua salada (EE.UU., Rusia) y uso industrial (Canadá).
En Rusia se afirma que la primera central nuclear en el mundo fue la de Obninsk, construida en 1954 con una potencia de 5 MWe. En general, se acepta que la 1ª central nuclear de uso comercial fue la de Calder Hall, en Inglaterra, que comenzó a funcionar el 17 de octubre dc 1956 y alcanzó una potencia de 50 MWe.
El funcionamiento de las centrales nucleares está basado en la fisión de los núcleos atómicos de ciertos elementos pesados como el uranio y el plutonio. La fisión de un núcleo atómico pesado es el resultado de la interacción de un neutrón con dicho núcleo, produciéndose la ruptura del núcleo en dos o tres fragmentos (altamente radiactivos) y la liberación de neutrones y energía. La gran importancia que tiene la reacción de fisión se debe particularmente a:
– la gran cantidad de energía liberada en el proceso proveniente de la diferencia de masa existente antes y después de la fisión,
– la liberación le dos o más neutrones,
– la posibilidad que tienen esos neutrones de causar nuevas fisiones nucleares lo que asegura la reacción en cadena,
– la posibilidad de regular la reacción en cadena a voluntad.
La electricidad se produce en una central nuclear del mismo modo que en una central térmica convencional. Una fuente de calor, en este caso el reactor nuclear, eleva la temperatura de un cierto fluido (normalmente agua) dentro de un circuito primario. Este fluido trasmite el calor al agua de un circuito secundario, la que se transforma en vapor. Este vapor de alta pureza acciona las turbinas que, a su vez, mueven al alternador que produce electricidad, Un circuito de agua terciario sirve para enfriar el agua del circuito secundario. Las centrales nucleares se ubican siempre en las proximidades de un curso de agua importante del cual extraen el agua para el circuito de enfriamiento o terciario.
Vemos entonces que la energía de fisión se transforma en energía calórica, que se transforma en energía mecánica y ésta en energía eléctrica.
Para asegurar la eficacia de la fusión nuclear en cadena sostenida hay dos estrategias principales en los reactores nucleares: están los que usan uranio natural (0,7% de Uranio 235) y los que usan uranio enriquecido (entre 2% y 3% de Uranio 235). El enriquecimiento del uranio, además de ser una tecnología de uso militar, es sumamente cara. La alternativa es usar uranio natural, pero se necesita de agua pesada (deuterio en lugar de hidrógeno común) en el núcleo del reactor. También la tecnología del agua pesada es muy costosa, aunque más accesible que la del enriquecimiento del uranio.
Las llamadas barras de control tienen el cometido de regular la reacción en cadena en el reactor. Por estar constituidas con un material muy "absorbente" de neutrones, las barras de control pueden actuar como acelerador o freno de la reactividad.
El compuesto de uranio usado como combustible va en forma de pastillas acondicionadas en varillas huecas que, a su vez, se agrupan en manojos constituyendo lo que se llama un elemento combustible. Cuando los elementos combustibles terminan su cometido en el reactor (se dice que se han quemado) son reemplazados pon otros y depositados en piletas en las que permanecen sumergidos en agua durante un tiempo para permitir el decaimiento de la radioactividad de los productos de fisión y sus derivados de vida media más larga. Los de vida media más corta decaen en el propio reactor.
Las radiaciones provenientes de los fragmentos de fisión tienen varias barreras de contención de manera que no lleguen al exterior de la central nuclear, La primera barrera es la propia varilla que contiene las pastillas de combustible, la segunda barrera es la vasija del reactor, la tercena es la estructura de hormigón que recubre a la vasija y la cuarta es la pared exterior del edificio del reactor que llega a tener un metro de espesor de hormigón.
Las medidas de seguridad adoptadas en las centrales nucleares permiten la vida en las cercanías sin limitaciones. Una prueba de la confianza y seguridad de las centrales nucleares lo constituye, por ejemplo, la concurrencia absolutamente normal a las playas próximas a las centrales nucleares en España.
A modo de ejemplo veamos algunas situaciones extremas a las que podría exponerse la población y las dosis de radiación recibidas en cada caso,
– permaneciendo en el perímetro de la central:………………………………………….0,05 msv/año
– comiendo 50 gramos por día de pescado capturado a la salida del canal de descarga de la central:……………………………………………………………………………………………0,025 msv/año
– viviendo en un radio de 9.5 Km. de la central:……………………………………….0,006 msv/año
– nadando 3 horas/día,120 días/año en el canal de descarga de la central: 0,0003 msv/año
Para apreciar debidamente la poca magnitud de estos riesgos debemos tener en cuenta que los habitantes de la tierra recibimos, promedialmente, unos 2 msv/año procedentes de fuentes de radiación natural externas e internas.
Alrededor de 450 centrales nucleares estén en funcionamiento hoy en día en todo el mundo, con una potencia instalada total cercana a los 350,000 MWe. El país que se destaca por su número es EE.UU. con más de 100 centrales y cerca de 100.000 MWe de potencia. Europa es el continente donde la participación de la energía nucleoeléctrica se ha hecho más notoria. Más de la tercera parte de la potencia instalada en Europa es de origen nuclear, en tanto la energía generada a partir de las centrales nucleares ronda en el 15 %. A los países europeos le siguen los países de Norte América en el mayor porcentaje de energía nucleoeléctrica del mundo. Argentina genera más del 10% del total de su energía eléctrica a partir de las centrales nucleares de Atucha y Embalse de Río III.
Por ser usada como energía eléctrica de base, la generación de núcleoelectricidad compite con la hidráulica. En aquellos países que las posibilidades de instalar represas hidroeléctricas se ha agotado la energía nuclear sigue apareciendo como una alternativa competitiva frente a los combustibles fósiles. Además, como la polución se ha transformado en un gravísimo problema mundial, la energía nucleoeléctrica se presenta como una de las que emite menos anhídrido carbónico a la atmósfera.
Mucho se habla de los residuos de la industria nuclear. Si bien es cierto que el almacenamiento definitivo de los desechos radiactivos es costoso por las medidas de seguridad que conlleva, no es imposible ni causa problemas insolubles. Toda actividad humana, y particularmente la industrial, tiene riesgos asociados que el avance tecnológico va superando. La industria nuclear no escapa a la regla y no merece que se desmerezca su aporte positivo e insustituible al progreso de la humanidad.
Mas allá de su pecado original.
Walter Ronald Cibils Machado
Coronel de Artillería del Ejército Nacional y Profesor graduado de Matemática.
Montevideo, Uruguay