Peligros de la energía nuclear

El sueño nuclear con el que se creía solucionar los problemas de energía aún está lejos; la pesadilla de los accidentes nucleares está presente en la mente de las personas tras el desastre de Chernobyl.

El 26 de abril de 1986 a 25 Km. de la localidad rusa de Chernobyl, debido a fallas técnicas explotó el reactor número 4 de la central nuclear, liberando grandes cantidades de material radiactivo. Se tardó más de un mes en controlar el incendio que se produjo, mientras la nube radiactiva llegó hasta el norte de Finlandia, Suecia, Alemania, Francia e Italia.

Tras la explosión, algunas personas murieron de inmediato y otras en las semanas y meses que siguieron. Miles fueron evacuados y un área muy extensa seguirá contaminada durante décadas.

Por otra parte, el problema de los desechos radiactivos no ha sido resuelto. Muchos productos de la fisión nuclear son materiales radiactivos con una vida media muy larga: algunos de cerca de 24000 años.

Se han dado algunas sugerencias para guardar los desechos, como la construcción de basureros subterráneos o bajo el fondo marino, pero ninguno de estos sitios es seguro a largo plazo, pues podría haber fugas de material radiactivo que contaminen el suelo y el agua.

Los rayos ultravioleta A (UV-A)

Exponerse a los rayos ultravioleta (UV) invisibles del sol puede ser beneficioso, pero también puede causar daño. La magnitud de la exposición  a la luz solar y de los daños depende de: la hora del día, el tiempo total bajo el sol, el tipo de ropa, el tipo de filtro solar que se usa, entre otros factores.

Los rayos ultravioleta (UV) se dividen en tres categorías secundarias A, B, C, comenzando por rayos UV-A, que siguen en mayor energía a la luz visible.

Hace tiempo se creía que los rayos ultravioleta a (UV-A) eran inofensivos. Pero a través de muchos estudios, los investigadores han descubierto que estos rayos penetran profundamente en la piel y son mas destructivos que los rayos UV.

Algunos de los daños que pueden causar estos rayos son:

• Envejecimiento prematuro
• Destrucción del colágeno
• Cáncer cutáneo

Para protegerse de la exposición de los rayos ultravioleta del sol (UV), se utilizan filtros solares que contienen sustancias químicas que absorben o impiden el paso de los rayos UV, las sustancias químicas que se emplean en los filtros solares absorben principalmente los rayos UV-B, para bloquear los rayos UV-A se agrega pigmentos como el dióxido de titanio y la azabenzona.

Los expertos recomiendan usar productos de protección de “amplio espectro”, que contengan varios ingredientes activos que puedan protegernos contra el espectro de luz UV.

Efectos de la exposición a la radiación ionizante

La radiación ionizante, que tiene suficiente energía para desprender electrones de los átomos y moléculas y convertirlas en iones, causa efectos devastadores en las células vivas, porque interfiere con los procesos químicos normales de la célula. La radiación nuclear y los rayos X son ejemplos de esta radiación ionizante.

Los seres humanos siempre hemos estado expuestos a la radiación. Una parte de ella son los rayos cósmicos que provienen del sol y del espacio exterior. Otra parte proviene de los isótopos radiactivos naturales, que están presentes en el agua, en el aire, el suelo y las rocas. Esta es la radiación de fondo.

El ser humano, a través de las distintas actividades ha incrementado nuestra exposición a la radiación.

Aunque la radiación es benéfica para los seres vivos, también representa un peligro. Los rayos X se utilizan en el diagnóstico clínico y los radioisótopos se usan para fines benéficos.

Efectos dañinos de la exposición a la radiación

Las partículas y rayos de alta energía desprenden electrones de los átomos y forman iones. Estos cambios químicos producidos en células vivas pueden ser muy destructores. Cuando esto sucede, se manifiestan los siguientes cambios:

• Bajan las defensas en el organismo de las personas
• Afecta la médula ósea
• Causa un descenso en la producción de glóbulos rojos, lo cual origina anemia
• Provoca leucemia
• Causa cambios en las moléculas de ADN

¿Qué son los alimentos irradiados?

Al consumir alimentos que han sido procesados, hay una gran probabilidad de ingerir alimentos que se han sometido a irradiación. Datos recientes demuestran que en los Estados Unidos, mas de un 10% de vegetales se irradian con rayos X con la finalidad de combatir los hongos.

La dosis de Rayos X empleado para irradiar estos vegetales es equivalente a 60 millones de radiografías en el Tórax. Esta práctica se realiza ya hace mas de 50 años.

¿Cuando se comenzó a irradiar los alimentos?

En el año 1953, la armada de los Estados Unidos inició un programa experimental de irradiación de alimentos con el fin que las tropas pudieran tener comestibles frescos sin necesidad de refrigerarlos. El procedimiento es sencillo: los víveres se exponen a niveles altos de radiación para matar los insectos y las bacterias nocivas; luego se empacan en recipientes sellados en los que se pueden almacenar por meses sin que se descompongan.

Las fuentes de radiación utilizada para preservar la mayoría de los alimentos son el Cobalto-60 y el Cesio-137 (son emisores gamma: λ); también se pueden usar rayos X y los rayos de electrones.

¿Cuáles son los beneficios de irradiar alimentos?

El principal beneficio es que se reduce la demanda de energía, porque no hay necesidad de refrigerarlos, por lo que muchos de ellos pueden estar mas tiempo en los anaqueles, esto favorece a los países pobres donde hay niveles elevados de desnutrición y la gente trata de “engordar saludablemente”

Hay miedo al procedimiento de irradiar los alimentos, ya que se teme que éstos alimentos sean radioactivos, aunque aun no existan evidencias. Otra objeción es que la irradiación pueda destruir los nutrientes de los alimentos (vitaminas, aminoácidos). Es interesante notar que estos efectos se producen también durante la cocción de alimentos.

Foto: Las fresas irradiadas a 200 kilorads (derecha) aún están frescas después de 15 días de almacenamiento a 4°C; las que no fueron irradiadas están enmohecidas.

Dosis de irradiación de alimentos y sus efectos

1. Dosis baja (hasta 100 kilorads)

Inhibe el crecimiento de retoños en las papas, cebollas y ajos.

Inactiva la triquina en el cerdo.

Mata o evita la reproducción de insectos en los granos, frutas y vegetales cosechados.

2. Dosis media (100 á 1000 kilorads)

Retarda la descomposición de la carne, el pollo y el pescado al matar los microorganismos de putrefacción.

Disminuye la salmonela (y otros microorganismos patógenos que nacen en los alimentos) en la carne, el pescado y el pollo.

Prolonga el tiempo que pueden estar en exhibición las fresas y otras frutas al retardar el crecimiento de hongos.

3. Dosis alta (1000 á 10000 kilorad)

Esteriliza la carne, el pollo, el pescado y otros alimentos.

Mata microorganismos e insectos en especies y condimentos.

Problemas resueltos de Quimica Nuclear 1

1. ¿Cuántos y que tipos de isótopos o partículas debería perder el núcleo ₉₂U²³⁸ para obtener ₈₆Rn²²²?

a) 4 deuterones y 2 partículas β^-

b) 4 partículas β^- y 2 partículas α

c) 8 deuterones y 10 partículas β^-

d) 2 partículas β^- y 4 partículas α

e) 6 partículas α y 4 partículas α

Solución:

La partícula α es del tipo:   ₂He⁴

La partícula β^- es del tipo:   _-1β⁰

Veamos la ecuación nuclear según el enunciado del problema

Donde a y b son el número de partículas a y b respectivamente

Sumando los números atómicos:

92 = 86 + 2a – b

2a – b = 6

Donde los únicos valores que pueden asumir a y b es:

a = 4

b = 2

Por lo tanto la respuesta son 4 partículas α y 2 partículas β

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2. Un isótopo _aZ^b   es bombardeado con partículas α, originándose la reacción:

¿Cuál es el valor de “a+b”?

Solución

Hay que identificar las partículas que intervienen

La partícula α es del tipo:   ₂He⁴

La partícula neutrón es del tipo:  ₀n¹

Generando la ecuación nuclear:

Igualando los números atómicos:

b + 2 = 79 + 0

b= 77

igualando los números de masa:

a+ 4 = 197 + 1

a = 194

Respuesta:

a + b = 194 + 77

a + b = 271

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3. Relacionar correctamente:

I)   ₃₇Rb⁸⁶   →   ₃₈Sr⁸⁶    +   ……..                                 a) γ > β > α

II) poder energético                                                          b) Po y Ra

III) Esposos Curie                                                            c) ₁₁Na

IV) ₁₂Mg²⁶ (p , α)                                                             d) emisión β

Solución:

I.  ₃₇Rb⁸⁶   →   ₃₈Sr⁸⁶    +   _aX^b

Sumando los números atómicos:  37 = 38 + a   →  a = –1

Sumando los números de masas:   86 = 86 + b  →  b = 0

Entonces: X =  _-1β⁰   = emisión beta

II. poder energético

Entonces de acuerdo a la intensidad y penetración del poder energético: γ > β > α

III. Los esposos Curie, al analizar el mineral Plechbenda, hallaron el radio y al polonio, elementos muy radioactivos.

IV. ₁₂Mg²⁶ (p , α)  , representando la ecuación tenemos

Hay que reconocer la partículas:

p : protón → ₁H¹

α : alfa → ₂He⁴ 

Sumando los números atómicos: 12 + 1 = a + 2 → a = 11

El átomo en cuestión seria: ₁₁Na

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4. Indicar Verdadero o Falso:

I. Los rayos gamma al pasar por un campo magnético sufren de desviación hacia el polo negativo.

II. Respecto al poder de penetración (poder energético): rayos α > rayos β > rayos γ

III. Los rayos beta no poseen carga eléctrica y se propagan a la velocidad de la luz

IV. Efecto dañino sobre los seres vivos: γ > β > α

Solución:

I. (F) los rayos gamma γ → ₀γ⁰ , como se ven tienen carga neutra, es decir no se desvian hacia ningun polo, sea positivo o negativo.

II. (F) poder energético o penetración:

poder energético: γ > β > α

III. (F) Los rayos beta β → –₁β⁰    poseen carga eléctrica negativa(-1) y viajan a una velocidad de 270 000 km/s

IV. (V) Efecto dañino sobre los seres vivos: γ > β > α

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Comparaciones entre la fisión y fusión nuclear

Fisión Nuclear

Ventajas

Tecnológicamente, es relativamente fácil implementar y controlar una planta de fisión, debido a ello existen muchas plantas nucleares en países desarrollados e incluso en algunos países en vías de desarrollo. Es indudable que la energía de fisión es mucho mayor que la energía obtenida de combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas natural, etc..)

Desventajas

1. El combustible U-235 es muy escaso (en el uranio natural solo hay un 0.7%) y los artificiales (Pu-239 y U-233) se obtienen en “reactores de cría”  con tecnología alta y con un costo muy elevado, que solo está al alcance de países ricos.
2. Deja residuos radioactivos, por lo tanto es fuente de contaminación ambiental con radiaciones a corto y largo plazo.
3. Una planta nuclear no es muy segura para los trabajadores y la población  en general, así lo demuestran los accidentes ocurridos en Mile Island (EEUU) y Chernobyl (Rusia)

Fusión Nuclear

Ventajas

1. Deja muy pocos productos radioactivos de vida media muy corta, por lo tanto es un proceso “limpio” desde el punto de vista de la contaminación ambiental.
2. El combustible es abundante (₁H¹ y ₁H² principalmente, que se encuentran en el agua) e inagotable, por lo tanto barato.
3. No seria peligroso una planta nuclear de fusión, pues no hay posibilidad de que la reacción quede fuera de control.
4. La fusión genera mayor energía que la fisión.

Desventajas

Tecnológicamente es muy difícil implementar y poner en funcionamiento una planta nuclear a base de fusión, pues no existen actualmente materiales que resistan temperaturas muy elevadas (muchos millones de °C) para contener los combustibles en estado plasmático. Se espera que a mediados del siglo 21 haya plantas nucleares de fusión experimentales en operación.

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Fusión Nuclear

Consiste en juntar núcleos ligeros para obtener núcleos pesados, con la consiguiente generación de energía nuclear y emisión de partículas nucleares.

El proceso se lleva a cabo a temperaturas muy altas (> 10 000 000°C) y presiones altas, bajo estas condiciones los reactantes se encuentran en estado plasmático y se efectúa la fusión.

La temperatura promedio del sol es de 14 000 000°C, por lo tanto la reacción de fusión es natural.

La temperatura elevada necesaria para la fusión en una bomba de hidrógeno se logra previa explosión de una bomba atómica.

La energía nuclear de fusión es mucho mayor que la de fisión, por lo tanto una bomba de hidrógeno es 1000 veces mas mortífera que una bomba atómica

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