reacciones nucleares

Hablamos al comienzo de núcleos inestables (llamados radionúclidos) que  se desintegran espontáneamente liberando emisiones radiactivas y transformándose en un núcleo diferente (transmutando); el proceso que llamamos radiactividad natural.


Pero también hay formas artificiales de cambiar la identidad de un núcleo. Por ejemplo, bombardear un núcleo con otro núcleo de menor tamaño y a gran velocidad o con partículas subatómicas; a este proceso se le llama radiactividad inducida.

La radiactividad inducida tiene entonces 4 elementos: Núcleo objetivo, partícula que bombardea, núcleo producto y partícula expulsada.
En el interior de un núcleo actúan 2 fuerzas: la repulsión eléctrica, que tiende a separare los protones, y la fuerza nuclear, responsable de mantener los neutrones y protones unidos. Para romper un núcleo es necesario vencer la fuerza nuclear, mientras que para agregarle más protones o neutrones se requiere superar la fuerza eléctrica. Ambos procesos son reacciones nucleares que liberan gran cantidad de energía. Básicamente, hay 2 tipos de reacciones nucleares: fisión nuclear y fusión nuclear.

Fisión nuclear:
En la fisión nuclear el núcleo fisionable es impactado por un neutrón, partiéndose en dos núcleos más pequeños, los cuales son desprendidos a altas velocidades.


Si este proceso continua, ocurre una reacción en cadena, la cual de no ser controlada, puede ocasionar una gigantesca explosión.

Sin embargo, la reacción en cadena solo es posible cuando se tiene una cantidad mínima de núcleos fisionables, llamada masa crítica, es decir, una determinada y suficiente cantidad de átomos fisionables capaces de sostener la reacción en cadena.


Los procesos de fisión nuclear se llevan a cabo en los reactores nucleares, grandes construcciones diseñadas para transformar la energía nuclear en otras formas energéticas, como la energía eléctrica.

Fusión nuclear:
Cuando núcleos muy ligeros se fusionan para formar núcleos más estables, se generan cantidades inmensas de energía.

Estas reacciones corresponden a la fusión nuclear y son el origen de la energía que produce el sol.

 La fusión parece ser una fuente de energía bastante prometedora a causa de la disponibilidad de isótopos ligeros y porque el proceso no elimina desechos radiactivos, es decir, no constituye una amenaza para el ambiente. Actualmente, para generar energía no se ha empleado este método porque no se han conseguido las temperaturas requeridas para obtener una fusión controlada, y por tanto, una liberación de energía también controlada.

PRODUCCION DE ELECTRICIDAD A PARTIR DE FISIÓN NUCLEAR.
REACTORES NUCLEARES

Una de las aplicaciones pacíficas de la fisión nuclear es la generación de electricidad utilizando el calor producido por una reacción en cadena, controlada en un reactor nuclear.

El reactor nuclear es un sistema construido para controlar la energía que se produce en la reacción en cadena y que impide el aumento indefinido de las fisiones. Consiste básicamente, en una vasija en cuyo interior se deposita el combustible nuclear, que puede ser U- 235 o plutonio- 239. Los componentes de un reactor son:

· Un material moderador, usualmente agua, que sirve para desacelerar los neutrones producidos en el proceso de fisión.
· Barras de control, elaboradas con cadmio o boro, que absorben los neutrones. Sin estas barras de control el calor generado derretiría el corazón del reactor, liberando materiales radiactivos al ambiente.
· Un sistema de enfriamiento que absorbe el calor producido por la fisión nuclear y lo transfiere fuera del corazón del reactor, transportándolo hacia un sistema donde se produce suficiente vapor de agua para hacer funcionar un generador eléctrico.
· Un sistema de blindaje que evita la fuga de radiaciones al exterior del reactor.

Llamamos central nuclear al complejo del reactor conectado al sistema de generación eléctrica. La energía obtenida en una central es enorme en comparación a una termoeléctrica (1gr de uranio = 2500 Kg de carbón).

Armas nucleares:
Sin lugar a dudas, una de las aplicaciones científicas más nefastas en la historia de la humanidad ha siso el uso de la fisión nuclear con fines militares y concretamente como armas de exterminio masivo. Recordemos que un kilotón (Kt) equivale a mil toneladas de TNT y que un megatón, es un millón de toneladas de TNT. La bomba, llamada bomba A lanzada en Hiroshima y Nagasaki, tenía un poder destructivo equivalente a 12 Kt. En la actualidad se identifican 3 clases principales de armas nucleares.

- Bombas A: Se basan en la fisión nuclear y usan como combustible el uranio, plutonio y polonio y mezcla de ellos. Hoy, bombas A están instaladas en unos cohetes llamados misiles.
- Bombas H: Se basan en la fusión nuclear y el combustible es el hidrógeno y el helio. Para hacerla explosionar es necesario someterla a temperaturas de varios millones grados Celsius. Esto se consigue haciendo explotar previamente una bomba A, que genera altas temperaturas haciendo posible la fusión del H y He junto con la liberación de energía.
- Bombas de neutrones: Es un caso modificado de la bomba H. Su funcionamiento se basa en reducir la onda expansiva, pero liberando neutrones que bombardean los alrededores, provocando daños irreparables en las personas, sin destruir el entorno.

Los radioisótopos al servicio de la humanidad: En el transcurso de los procesos efectuados en los reactores nucleares se obtienen isótopos radiactivos que se emplean en innumerables ámbitos.
- Mejorar los cultivos de plantas alimenticias
- Preservar los alimentos y madera
- Esterilizar instrumental médico
- Estudios de contaminación ambiental
- El control de procesos industriales
- El estudio de recursos hídricos
- Combatir plagas
- Diagnóstico médico
- Producir radio fármacos
- Terapia médica, etc.


Usos médicos de la radiación

El uso de la radiación en medicina puede ser con propósitos de diagnóstico (rayos X o exámenes de medicina nuclear) y para el tratamiento de enfermedades como el cáncer, que hacen uso de radioisótopos como el cobalto – 60. Estas prácticas no constituyen un problema ambiental pero sí lo queda después de su uso (en hospitales y clínicas).
El comportamiento químico de los isótopos radiactivos es idéntico a l de los isótopos estables del mismo elemento, pero son detectados localizando la radiación que emiten. Por ello, los químicos pueden usar isótopos radiactivos como trazadores en reacciones químicas no biológicas y biológicas. Estos trazadores se introducen en un organismo vivo o en cualquier otro material con el objeto de seguir su trayectoria, a través de la detección de las radiaciones que emite. Así es posible conocer los procesos que involucran estos átomos.
Los isótopos radiactivos se han convertido en herramientas muy útiles para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades. Por medio de ellos, los médicos pueden detectar tempranamente muchas enfermedades y tratarlas. El empleo de radiofármacos que tiene una vida media discreta permite estudiar los órganos y tejidos sin alterarlos. La técnica consiste en dar el radiofármaco al paciente en dosis pequeñas, ya sea por inyección intravenosa, ingestión oral o inhalación, y, a través de un dispositivo de detección, seguir el recorrido del radiofármaco hasta que se concentre en un tejido u órgano. La radiación emitida por el radiofármaco permite crear una imagen del órgano, la cual es reproducida por medio de un computador y una unidad de video, para así examinar con mayor precisión su funcionamiento y estructura.

En la industria, los trazadores radiactivos se introducen en un determinado proceso para detectar fugas de líquidos o gases que se transportan a través de cañerías subterráneas como un oleoducto, descubrir caudales de fluido y si hay filtraciones. También es posible obtener imágenes de piezas con su estructura interna, control de calidad de soldaduras, espesores de planchas metálicas, etc; utilizando radiografías en base a rayos gamma, llamadas gamamagrafías.
En el estudio del medio ambiente, se utiliza para la detección y análisis de contaminates. La técnicas consiste en irradiar una muestra, por ejemplo, de agua o suelo, de tal modo de obtener lo espectros gamma que emite, para procesar la información en un computador. Así, se pueden identificar los elementos presentes en la muestra y las concentraciones de los mismos. Una serie de estudios de este tipo han permitido detectar problemas de contaminación causados como los causados por el SO2, en derrames de petróleo, las descargas gaseosas a nivel del suelo, en contaminación de agua en los cursos naturales y en la producción de smog en el aire de las ciudades.
En la agricultura los radioisótopos son utilizados en el estudio de la efectividad de los nutrientes sobre distintos cultivos. Para tal efecto se hace uso de fertilizantes marcados con radioisótoipos, los que se ponen en las plantaciones en tiempos y lugares diferentes; así es posible determinar qué cantidad de nutrientes capta una planta y en qué época del año se debe aplicar fertilizante para obtener mayor productividad. A partir de mutaciones genéticas inducidas por radioisótopos, es posible lograr cultivas más resistentes a las plagas. Así mismo, el suministro de altas emisiones de radiación ionizante a insectos machos que constituyen una plaga ha logrado controlar la población, ya que estos machos irradiados no dejan descendencia. En Chile, se aplica con éxito esta técnica para el control de la mosca de la fruta, lo que ha permitido la expansión de sus exportaciones agrícolas.
Otra de las aplicaciones de la radiactividad es la irradiación de alimentos para almacenarlos y conservarlos. Este proceso consiste en exponer los alimentos a una dosis prescrita de radiación ionizante, durante un tiempo determinado en una sala especial. Para ello, las fuentes de radiación son los rayos gamma, procedentes de radioisótopos como el cesio – 137 y el cobalto – 60, los rayos X y haces de electrones. Con este tratamiento se pueden eliminar los microorganismos causantes de la descomposición, impedir la reproducción de insectos y parásitos, impedir los brotes de tubérculos y raíces comestibles y retrasar la maduración de la fruta.
La radiactividad también puede ser utilizada para la datación de antigüedades, por ello esta técnica es muy útil para arqueólogos y paleontólogos. El fechado con carbono – 14 se utiliza ampliamente para conocer la época en que estuvieron vivos los fósiles de plantas y animales. Si se calcula la proporción de C – 14/C – 12 (no radiactivo) en un objeto que tuvo vida, luego se compara con la proporción que debió tener en el organismo estaba vivo, se puede saber su edad. Con la técnica del plomo -210 se han descubierto falsificaciones de cuadros famosos que de otra manera no hubieran sido detectados. Es el caso de algunas obras del pintor holandés Jan Vermeer (1632 – 1675) que fueron pintadas por otro pintor del siglo XX para ser vendidas como auténticas.