La materia está formada por átomos, que a su vez consisten en un núcleo y una corteza electrónica. Algunos núcleos tienen la extraña propiedad de desintegrarse, de transformarse unos en otros, buscando la estabilidad y emitiendo para ello partículas (alfa, que son núcleos de helio; beta, que son electrones, y gamma, que son fotones) y energía. Por ejemplo, el uranio-238 se desintegra de forma natural dando lugar a una larga cadena de nucleidos que se desintegran en una serie de ‘padres’, ‘hijos’, ‘nietos’, etc. hasta llegar al plomo-206, que es estable. La radiactividad es un fenómeno completamente natural que ha existido desde siempre, sin la necesidad de la aparición del ser humano. Desde su descubrimiento a finales del siglo XIX, la radiactividad ha encontrado múltiples aplicaciones; destaca su uso en medicina y en generación de energía.

¿QUÉ PASA DENTRO DE UN REACTOR NUCLEAR?

La fisión es una de las formas en las que algunos núcleos inestables pueden liberar su exceso de energía y transmutarse en otros más estables. Se trata en general de núcleos muy pesados. En algunos casos la fisión ocurre de forma espontánea (como en el uranio-238) y en otros de forma estimulada (por ejemplo mediante bombardeo con neutrones). Para ‘construir’ un reactor nuclear, se tiene que producir la fisión de forma sostenible mediante una reacción en cadena. En los reactores más convencionales esto se logra utilizando como combustible uranio-235, que en cada fisión genera neutrones que, convenientemente moderados, son capaces de estimular la fisión de otros núcleos de uranio-235. La reacción en cadena se puede controlar y detener, si es necesario, utilizando elementos moderadores y absorbentes de neutrones. En la fisión se generan grandes cantidades de energía que se usan para producir electricidad.

¿POR QUÉ ES NECESARIO ENRIQUECER EL URANIO PARA LAS CENTRALES NUCLEARES?

El uranio natural, el que encontramos en las minas, está compuesto fundamentalmente por dos tipos de núcleos (dos isótopos del uranio): el uranio-235 (235U) y el uranio-238 (238U). Ambos tienen básicamente las mismas propiedades químicas, determinadas por sus electrones, pero difieren en el número de neutrones. Tanto el 235U como el 238U son inestables, es decir, son isótopos radiactivos; su vida media es muy larga, comparable con la edad del Sistema Solar. Este hecho explica que todavía no se haya desintegrado más que una parte de los núcleos de uranio producidos en la explosión de la supernova que originó nuestro Sistema Solar (somos «polvo de estrellas»). Desde la explosión de dicha supernova, los átomos de uranio forman parte, de forma natural, de la composición de la corteza terrestre y contribuyen a lo que llamamos radiactividad natural.

Una de las diferencias más relevantes entre el 235U y el 238U es que el primero es fisionable mediante la captura de neutrones lentos y permite generar y controlar la reacción en cadena que mantiene en funcionamiento estable un reactor nuclear. Pero para ello el 235U debe encontrarse en proporción superior a la natural. Un 0,7% del uranio natural es 235U y un 99,3% 238U. En los reactores más convencionales, el combustible tiene que ser enriquecido en 235U hasta alcanzar un porcentaje de entre 2,5 y 3,5%. Al material desechado en este proceso de enriquecimiento en 235U se le denomina uranio empobrecido. También es radiactivo y, por su elevadísima densidad, se ha utilizado para la fabricación de proyectiles con gran poder de penetración.

¿EXISTEN REACTORES NUCLEARES NATURALES?

En 1972 se encontró en Gabón (África Occidental) un depósito natural de uranio con un porcentaje muy bajo de uranio-235 frente al de uranio-238. Este dato apuntaba a su transmutación en otros tipos de núcleo por un canal diferente al habitual de desintegración de este núcleo. Se encontraron altos porcentajes de isótopos de neodimio y samario (residuos típicos en la fisión) en las mismas vetas, apoyando la hipótesis de que en ellas se había producido una fisión nuclear sostenida por una reacción en cadena. Probablemente, el agua subterránea fue el agente moderador requerido para mantener dicha reacción. Este reactor natural pudo estar activo durante un millón de años hace unos dos mil millones de años…

Incluso en la actualidad podría haber activo un reactor nuclear en el centro de la Tierra: no está claro de dónde sale la energía interna de nuestro planeta que se requiere, en particular, para explicar su campo geomagnético. Uno de los modelos que se contemplan implica la existencia de reacciones de fisión en cadena en su núcleo.

¿EXISTE ALGÚN ENTORNO LIBRE DE RADIACTIVIDAD?

A no ser que estemos junto a una central nuclear en situación crítica, la dosis radiactiva media que recibimos depende sobre todo de nuestra localización en la corteza terrestre. La radiactividad es parte de nuestro entorno natural y ha estado presente en la Tierra desde su formación y en cantidades mucho mayores a las actuales. Esa radiactividad proviene de isótopos de vidas medias muy largas como uranio, torio, potasio..., creados en la supernova que originó el Sistema Solar y cuya actividad va decayendo con el devenir del tiempo. Pero a la Tierra sigue llegando la radiación cósmica. A ello se suma la radiactividad artificial, que proviene de las herramientas de diagnóstico y tratamiento médico, de explosiones nucleares y de accidentes.

M. LUISA SARSA Área de Física Atómica, Molecular y Nuclear. Universidad de Zaragoza