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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.

Plutonio

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El Plutonio fue descubierto en 1940 por Seaborg, Kennedy, McMillan y Wohl. En la naturaleza casi no existe, tan solo se han encontrado trazas en algunas minas de uranio. Si lo presentáramos al uso, tendríamos que decir que es un metal blanco plateado, altamente reactivo y radiactivo, que se funde a 640 º centígrados. Su densidad es muy elevada, hasta el punto que, si llenáramos con él un tetrabrick de los utilizados habitualmente para envasar un litro de leche, éste pesaría nada menos que 19,8 kilogramos. No obstante, eso es algo que jamás lograríamos hacer porque, si intentáramos reunir esa cantidad, se produciría una explosión nuclear de efectos devastadores. Esto, desgraciadamente, tiene su reflejo en la historia que hoy nos cuenta Ulises.

El día triste de Nagasaki.

El nueve de agosto de 1945, en Nagasaki, una ciudad portuaria de Japón, la población se movía entre la amargura y la esperanza en el final de la contienda que algunos llamaban, con razón, la Segunda Guerra Mundial. Cuando las sirenas levantaron su voz de alarma los habitantes comenzaron a correr hacia los refugios antiaéreos. Momentos después un avión inmenso, un superbombardero, dejaba caer un objeto pesado y negro. La bomba llevaba en su interior una bola, no más grande que un puño, de un material desconocido: PLUTONIO. Segundos más tarde, un inmenso hongo de sangre y fuego se elevaba llevándose consigo 40.000 vidas humanas. Después de la catástrofe, aquellos que no sucumbieron continuaron viviendo envenenados por una radiación cruel que los mataba lentamente….

Cinco años antes de aquel trágico día, ningún ser de este planeta había oído hablar del plutonio. Hasta 1940 ni siquiera existía sobre la faz de la tierra. Ese año el ser humano lo creó. El siglo XX pasará a la historia por muchas cosas y, una de ellas, es el haber conseguido el sueño que los alquimistas buscaron durante siglos: La piedra filosofal. Así llamaban a una supuesta sustancia que, según tradiciones ancestrales, tendría la capacidad de convertir unos elementos químicos en otros, un sueño que algunos acariciaban con el confeso deseo de convertir el plomo en oro. Sin embargo, cuando la ciencia por fin abrió las puertas a esa posibilidad, no se empleó para crear oro sino un metal mucho más caro y difícil de obtener: plutonio. Un metal extraño que, paradójicamente, lejos de proporcionar riqueza, sirve para sembrar la destrucción y la muerte.

¿Cómo se fabrica el plutonio? Lógicamente, no puede salir de la nada, eso es algo que ni siquiera la ciencia puede hacer. Tiene que partir de una materia prima que, en este caso, se trata de otra sustancia tristemente famosa: El Uranio.

Historia de la fabricación de plutonio.

Corría el año 1934. Por aquel entonces, un físico italiano llamado Enrico Fermi intentaba comprender cómo se agrupaban los protones y los neutrones que forman el núcleo de los átomos. Ya se sabía que los protones eran partículas elementales (aún no se conocía la existencia de los quarks) que tenían carga eléctrica positiva. Pero también se sabía que las cargas eléctricas del mismo signo se repelen entre sí y por esa razón no se entendía qué fuerzas los mantenían unidos en el núcleo atómico. Los protones comparten el espacio en el núcleo con otra partícula sin carga, el neutrón, y por alguna razón desconocida, los neutrones parecían guardar el secreto de esa estabilidad.

Fermi se preguntó qué pasaría si se bombardeaba núcleos de átomos de uranio con neutrones, partículas que, al no tener carga eléctrica, podían acercarse al núcleo atómico sin dificultad. Así lo hizo y no tardó en comprobar que cuando los neutrones se acercaban lentamente a los núcleos, éstos los absorbían. Pero entonces ocurría algo insólito. El núcleo de uranio ampliado sufría una especie de indigestión y expulsaba un electrón a gran velocidad. Como consecuencia, el número de protones del núcleo aumentaba y dejaba de ser uranio para transformarse en otro elemento nuevo y desconocido.
Hubo que esperar seis años para identificar el nuevo elemento y, dado que el nombre del uranio se había asignado pensando en el planeta Urano, al nuevo elemento se le llamó Neptunio en honor a Neptuno. Sin embargo, la historia de transformaciones no había hecho más que comenzar. Resultó que el núcleo de Neptunio no era estable y con el tiempo volvía a sufrir una nueva transformación que daba lugar a otro nuevo elemento. A éste, siguiendo la tradición, se le dio el nombre de Plutonio, por Plutón.

Lo más importante de estos hechos es que, por fin, se había conseguido cambiar un elemento químico en otro. Las investigaciones continuaron y los investigadores comprobaron que el plutonio tenía reservada otra sorpresa: al absorber un neutrón, literalmente, revienta. El racimo de protones y neutrones de su núcleo salta en pedazos menores y neutrones sueltos liberando una gran cantidad de energía en el proceso. Es una propiedad conocida como fisión nuclear.

Ya se sabía que el núcleo de una clase de Uranio, conocido como Uranio 235 por contener 92 protones y 143 neutrones, podían explotar en circunstancias parecidas. No es el único uranio que puede existir, de hecho, prácticamente todos los elementos químicos tienen variedades distintas, llamadas isótopos, que se diferencian unas de otras por contener distinto número de neutrones. Para suerte nuestra, el mineral del que se extrae el uranio contienen tan solo un 0,7 por ciento del Uranio-235, el resto está formado prácticamente por otro isótopo que contiene tres neutrones más, el uranio 238, mucho más estable.
Éste último, el uranio 238 es, efectivamente, muy estable y poco dado a reventar de forma natural, no obstante, como Fermi comprobó en sus experimentos, si se le obliga a capturar un neutrón, sirve de materia prima para la obtención de plutonio.

¿Para qué podía ser útil un material así? La respuesta no se hizo esperar, y fue una de las más negras de la historia. Alguien, no importa el nombre, porque las consecuencias evidentes salen a la luz tarde o temprano, pensó que puesto que el plutonio y el Uranio 235 explotaban en pedazos y entre esos pedazos liberaba varios neutrones, si estos neutrones eran absorbidos por otros átomos estallarían a su vez liberando más neutrones que harían estallar a otros y, así sucesivamente, se produciría una reacción en cadena con una liberación tan enorme de energía que podría tener terribles consecuencias.

Pronto se comprobó que, si había poca cantidad de plutonio o uranio 235, la reacción no se producía. Muchos de los neutrones generados por los átomos rotos se perdían sin ser absorbidos, al fin y al cabo, las dimensiones de los núcleos son pequeñísimas y las distancias relativas entre ellos son enormes, de manera que lo más fácil es errar el tiro. No obstante, todos sabemos que no es lo mismo disparar contra una mosca que hacerlo contra un enjambre de ellas, si hay muchas, alguna caerá. De esa manera, si se reunía cantidad suficiente de uranio-235 en estado puro, o de plutonio, se producía la reacción en cadena una violencia desconocida hasta entonces. A esa cantidad mínima de material se le denominó “masa crítica”.

Los cálculos teóricos demostraron la viabilidad del proyecto. Ya se podía construir la bomba, aunque, lógicamente, era peligroso juntar la masa crítica. Habría que idear la forma de que el material fuera seguro y manejable hasta el momento de la explosión. Inicialmente se utilizaron dos métodos para conseguir esa masa crítica. El primero consistía en dividir la masa total en dos semiesferas y colocarlas separadas una cierta distancia. En este caso, la bomba se activa haciendo detonar unos explosivos convencionales que juntan bruscamente ambas mitades, entonces se produce la explosión nuclear. El segundo método se basa en el principio de que una masa inferior a la crítica puede explotar si es sometida a una presión muy alta. Esta fue la opción escogida para la bomba de plutonio. Consta de una única bola de plutonio, del tamaño de una manzana, rodeada de explosivos que al detonarse producen una fuerte presión sobre el material radiactivo provocando que se inicie la reacción en cadena. Este parece ser el método más usado.

Así fue como se lograron construir las primeras bombas y su poder destructor quedó grabado para siempre en dos lugares de la Tierra. Sobre Hiroshima lanzó la primera bomba atómica, estaba hecha de Uranio. La segunda cayó tres días después, sobre Nagasaki, era de plutonio.

La saga del plutonio no acabó en Nagasaki. Este material no es fácil ni barato de conseguir. Su fabricación requiere centrales nucleares dedicadas exclusivamente a ese fin y eso es algo que, para suerte de la humanidad, no está al alcance de cualquiera. No obstante, se construyeron tantas bombas nucleares durante la Guerra Fría que el reto actual consiste, no ya fabricar el plutonio sino deshacernos del que ya existe. Gracias a diferentes tratados de desarme se han ido desmantelando muchas armas nucleares que contenían plutonio. No obstante, el plutonio que contenían no desaparece al desmantelar los misiles nucleares. Por cada 24.100 años que pasen la cantidad se reducirá a la mitad por procesos naturales de desintegración nuclear. Eso significa que, si ahora tenemos 20 toneladas, dentro de ese tiempo aún quedarán 10, y 24.100 años después, cinco toneladas. Eso es mucho tiempo cuando menos de cinco kilos son suficientes para lanzar por los aires a una ciudad como Nagasaki. Hay que buscar alternativas que no permitan su reutilización con fines bélicos. No obstante, aún quedan bombas nucleares suficientes como para provocar la autodestrucción de nuestra especie. A dementes, no hay quien nos supere.

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