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Ulises y la Ciencia

Desde abril de 1995, el profesor Ulises nos ha ido contando los fundamentos de la ciencia. Inspirado por las aventuras de su ilustre antepasado, el protagonista de la Odisea, la voz de Ulises nos invita a visitar mundos fascinantes, sólo comprendidos a la luz de los avances científicos. Con un lenguaje sencillo pero de forma rigurosa, quincenalmente nos cuenta una historia. Un guión de Ángel Rodríguez Lozano.

El Reactor por Efecto Dominó y el misterio de Oklo.

Reactor nuclear natural - Ulises y la Ciencia podcast

El misterio de Oklo.

Corría el mes de mayo de 1972. En una planta francesa de procesamiento del combustible nuclear, un grupo de investigadores analizaba las muestras de mineral de uranio procedentes de una mina Oklo, en Gabón. Era un análisis rutinario para determinar algo que ya se había comprobado miles de veces: que todos los minerales de uranio, ya fueran procedentes de los más diversos yacimientos terrestres, de las muestras traídas desde la Luna o, incluso, las trazas de uranio existente en los meteoritos, contienen la misma proporción de isótopos.

Si llenáramos con uranio un tetrabrick, como el de la leche que usted toma en el desayuno, pesaría unos 19 kilos. La razón es que, el núcleo de uranio es muy pesado, contiene 92 protones y un número de neutrones que varía, cuando dos núcleos atómicos tienen igual número de protones pero distinto número de neutrones decimos que son isótopos. El isótopo de uranio más abundante contiene 146 neutrones que sumados a los 92 protones da un total de 238. Pero en cualquier muestra de mineral de uranio contiene además una pequeña proporción de un uranio algo menos pesado, con tres neutrones menos, el Uranio 235. Seguro que el número les suena, porque el U235 es el corazón que palpita en el interior de bombas atómicas como la que destruyó Hiroshima.

Para suerte nuestra, porque si no fuera así seguro que las bombas atómicas proliferarían mucho más, el Uranio 235 es escaso. Volvamos a Francia en 1972. Las muestras de Oklo habían sido obtenidas de una mina abierta y los técnicos que hacían los análisis esperaban encontrar la misma proporción de Uranio 235 que existe en todas las muestras terrestres y del espacio exterior: un 0,72 por ciento. Pero no fue así. La muestra de Gabón contenía sólo un 0,717 por ciento. Esas tres milésimas, aparentemente ridículas, ocultaban una información sorprendente: En la mina de Oklo faltaban 200 kilos de uranio 235, suficiente como para hacer media docena de bombas atómicas.

Nadie lo había robado, por supuesto, el uranio 235 es tan parecido al más abundante, el uranio 238, que es imposible separarlo sin extraer el mineral. Y aún así, una vez extraído habría que someterlo a un proceso de separación tan costoso que tan sólo algunas naciones están tecnológicamente preparadas para hacerlo. La conclusión era pues, si cabe, más sorprendente: el Uranio 235 había desaparecido por medios naturales ¿Cómo? ¡Mediante una reacción en cadena muy semejante a la que tiene lugar en los Reactores Nucleares actuales!.

Funcionamiento básico de un reactor nuclear de fisión.

En el capítulo de hoy, Ulises cuenta con detalle cómo tiene lugar una reacción nuclear en cadena. Básicamente, el núcleo de un átomo de Uranio 235 se rompe en pedazos y libera entre dos y tres neutrones que si, a su vez, chocan con otros núcleos de U235, los hacen estallar liberando más neutrones y así sucesivamente. Ahora bien, para que se produzca una reacción en cadena tiene que haber la cantidad suficiente de Uranio-235 como para que los neutrones encuentren un blanco al que hacer estallar.

Un reactor nuclear de fisión necesita una concentración Uranio 235 mayor que la existente en la naturaleza, alrededor del 3 por ciento. Así pues, si queremos que funcione debemos enriquecer artificialmente el combustible. Podemos asegurar, pues, que con una riqueza del 0,72% no existe posibilidad alguna de que exista un reactor nuclear de forma natural. Ahora bien, el Uranio 235 es inestable y con el tiempo se va desintegrando a un ritmo seis veces mayor que el Uranio 238. Eso quiere decir que con el paso del tiempo, ha ido desapareciendo de la faz de la Tierra. Ahí está la clave. Los cálculos revelan que hace 2.000 millones de años existía en Oklo cantidad suficiente de Uranio 235 como para encender el horno nuclear.

Pero hace falta un elemento más para que un reactor funcione. Los neutrones liberados en una desintegración salen disparados a una enorme velocidad, tanta, que no pueden ser capturados por los núcleos de Uranio. Hace falta pues, moderar la velocidad de los neutrones para que puedan ser capturados, en algunos de los reactores actuales eso se consigue con agua. Los neutrones van chocando con las moléculas de agua y pierden velocidad, así pueden ser capturados para mantener la reacción. Los científicos han llegado a la conclusión de que lo mismo sucedió en Oklo.

El corazón nuclear de Oklo.

Hace 2.000 millones de años, la concentración de átomos de uranio 235 en Oklo era suficiente como para iniciar la reacción nuclear. El agua que se filtraba por las grietas moderaba la velocidad de los neutrones. La reacción en cadena comenzó y la temperatura del mineral fue subiendo hasta que agua empezó a hervir. El vapor formado encontró el camino hacia el exterior y salió en forma de géiser. Privado del moderador de neutrones, el reactor se fue apagando. Varias horas después, las aguas subterráneas volvían a llenar las grietas y todo comenzaba de nuevo.

Así, encendiéndose y apagándose, fue como el reactor nuclear de Oklo mantuvo su actividad durante cientos de miles de años. Como si de un inmenso corazón se tratara, en cada impulso, el reactor desintegraba un número de átomos de Uranio 235 e iba consumiendo poco a poco su combustible nuclear. Llegó un momento en el que la cantidad total de combustible fue insuficiente para mantener la reacción en cadena y el reactor se apagó para siempre. Ahora, 2.000 millones de años después, la ausencia de aquellos átomos nos ha permitido averiguar que, mucho antes de que el ser humano existiera sobre la faz de la Tierra, la Naturaleza ya había inventado los reactores nucleares.

Para saber más:

Enrico Fermi y la energía nuclear.

El hombre radiactivo. ¿Llevamos radiactividad en el cuerpo?

El Mago Atomín y el vacío cósmico

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