Tratando la radiactividad

2006/10/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika

La solución del problema podría estar dentro del núcleo. Algunos núcleos emiten radiación y otros no. Si se entiende el porqué puede haber alguna manera de manipular el núcleo.

En el núcleo hay protones y neutrones. Para los químicos, los protones son los más importantes; la química del átomo depende del número de protones, por lo que los nombres de los elementos se colocaron en función del número de protones que tienen en el núcleo del átomo. Por ejemplo, cualquier átomo que tenga 7 protones es nitrógeno, independientemente de los neutrones que tenga. Pero para los físicos el número de neutrones también es importante. Un nitrógeno tiene 6 neutrones o 7 son muy diferentes. Ambos son nitrógeno, pero son dos isótopos, el 13 de nitrógeno y el 14 de nitrógeno, respectivamente (se da nombre al elemento que representa los isótopos y el número de partículas del núcleo, los protones más los neutros). El primero es radiactivo y el segundo es totalmente estable. La diferencia está en el número de neutrones, lo que es importante; en definitiva, para saber si un determinado isótopo es radiactivo, hay que fijarse en la proporción entre los protones y los neutrones.

Para que el núcleo sea estable, los protones necesitan neutrones y además en cantidad adecuada. Ni demasiado neutrones ni demasiado pocos. Pero, ¿cuánto es eso? ¿Cuántos neutrones necesita el núcleo para no ser radiactivo por protón? No hay una respuesta sencilla. En la mayoría de los átomos pequeños se cumple la ley de igualdad: cuántos protones, varios neutrones.

Igualdad

El núcleo helio-4 (2 protones, 2 neutrones) es un buen ejemplo. Muy estable. Es más, los núcleos formados por varias unidades del núcleo helio-4 son también muy estables: 12 de carbono (6 protones, 6 neutrones, 3 unidades), 16 de oxígeno (8 protones, 8 neutrones, 4 unidades), etc. Existen excepciones, por ejemplo, el núcleo berilio-8 (dos helio-4 unidades) es radiactivo. Sin embargo, en general, los núcleos pequeños con el mismo número de protones y neutrones son estables.

Sin embargo, esta tendencia finaliza con el núcleo calcio-40. En átomos mayores, el núcleo necesita más neutrones que protones para mantenerse estable. Por ejemplo, el isótopo estable más abundante del hierro tiene 26 protones y 30 neutrones. Tiene 1,15 neutrones por protón. En el caso del oro, esta relación es mayor, ya que el único isótopo estable es de 79 protones y 118 neutrones. Es decir, a más átomo pesado, mayor proporción. En el caso del bismuto, 83 protones y 126 neutrones, la relación llega al número 1,52. En átomos mayores que el bismuto la situación es grave; son muchos protones y no se puede meter en el núcleo tantos neutrones como para estabilizar un número tan grande de protones.

Respuesta radiactiva

La radiactividad es el proceso que se da para equilibrar los neutrones que sobran o faltan. En ambos casos el proceso es muy diferente. En ambas se emiten partículas y energía, pero de forma muy diferente.

Cuando hay demasiados neutrones, el núcleo presenta una situación difícil. Lo lógico sería que los neutrones se expulsaran del núcleo, pero es casi imposible expulsar un neutrón sin más, se necesita mucha energía. En lugar de eso, el neutrón se desintegra. Al ser una partícula neutra, la desintegración produce una partícula positiva y negativa, un protón y un electrón. (Además, en este proceso se libera otra partícula y energía). El protón se queda en el núcleo, por lo que el átomo se convierte en otro átomo al tener un protón más; el isótopo de carbono 14 (6 protones, 8 neutrones), por ejemplo, se convierte en 14 nitrógeno (7 protones, 7 neutrones) mediante un proceso de este tipo. Por el contrario, el electrón es expulsado con gran energía. Esta radiación se denomina beta.

Cuando los neutrones están demasiado bajos, el núcleo utiliza otra estrategia para compensar esta falta: emite partículas alfa. Las partículas Alfa están formadas por 2 protones y 2 neutrones, es decir, son núcleos de helio 4. Como ya se ha mencionado, son muy estables, por lo que no se necesita mucha energía para expulsar estas unidades del núcleo. El núcleo pierde dos protones (se convierte en un átomo más pequeño) y de esta manera, de alguna manera, alivia la necesidad de neutrones. No necesita tanto neutrones para mantenerse estable. Por ejemplo, el famoso uranio-238 se transforma en torio-234 emitiendo una partícula alfa.

Radiactividad de residuos

Los átomos menores de Bismuto-209 difícilmente emiten partículas alfa, normalmente radiación de núcleos pesados. De hecho, los elementos relacionados con la problemática de los residuos en las centrales nucleares emiten partículas alfa. Un ejemplo importante es el isótopo radio-226, un producto de la fisión del uranio. En este tipo de isótopos, si se tratase la radiación, habría que tratar la emisión de partículas alfa.

Habría que acelerar. Así, en lugar de emitir radiación durante muchos años, se agotaría en el menor tiempo posible. El propio isótopo Radio-226 tiene una vida media de 1.600 años. Esto significa que en ese tiempo se desintegra la mitad de la cantidad de radio, y tras el mismo tiempo, se desintegra la mitad de esa mitad, es decir, todavía queda una cuarta parte de la cantidad inicial.

Piensa cuánto hay que esperar hasta que se desintegre toda la radio. Por ello, el soterramiento del radio (y otros residuos) no es una buena solución, ya que el problema persiste 'para siempre', aunque sea subterráneo. Y por eso los físicos quieren inventar un proceso que acelere esta radiactividad. En lugar de enterrar el problema se desintegraría. Se cree.

El mundo de los electrones

Para acelerar la emisión de partículas Alfa se han realizado diversas propuestas. Los entornos con muchos electrones son los que han generado mayor esperanza. La idea es sencilla: las partículas alfa tienen una carga positiva porque tienen dos protones (como su nombre indica, los neutrones son eléctricamente neutros); si se sumergen en un medio con muchos electrones, el medio "tiraría" a las partículas alfa para salir del núcleo porque los electrones son cargas negativas. Por tanto, este medio negativo aceleraría la emisión de partículas alfa.

Se trata, por supuesto, de encontrar un entorno adecuado. La última propuesta ha sido realizada por físicos de la Universidad Ruhr de Alemania. El isótopo Polonio-210 es atrapado en el interior de un metal y su temperatura baja. La red atómica del metal es un medio lleno de electrones que se enfría para que los átomos permanezcan lo más lentos posibles. De esta manera han afectado al isótopo radiactivo.

Según los físicos, los resultados son positivos. Ahora quieren intentar hacer lo mismo con el isótopo radio-226. Este isótopo tiene una vida media de 1.600 años y, según los físicos alemanes, puede descender a unos 100 años. Y con más investigaciones, puede lograrse una vida media más corta.

Pero no todos los físicos creen eso. En las pruebas realizadas por físicos de la Universidad de Oxford no han conseguido acortar la vida media. Además, en resumen, esta metodología debería adaptarse a las centrales nucleares. Si el isótopo es forzosamente refrigerado, es difícil poner en marcha un proceso eficiente, ya que el enfriamiento también requiere mucha energía.

La propuesta alemana ha generado un gran debate entre investigadores y blogs de Física. En definitiva, el control de la radiactividad podría ser una utopía.