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