En 1939, los físicos alemanes Otto Hahn y Fritz Strassmann intentaban sintetizar elementos químicos más pesados que el uranio cuando hicieron un descubrimiento inesperado. Al bombardear átomos de uranio con neutrones, los científicos buscaron aglutinar las partículas resultantes y producir partículas más pesadas. Comprobaron, sin embargo, que el efecto obtenido era el contrario: tras las colisiones, los átomos generaban varios elementos menos pesados. Allí se descubrió el fenómeno de la fisión nuclear, es decir, la partición de los átomos más grandes en partículas más pequeñas, que puede ocurrir tanto de forma natural como artificial (como cuando Hahn y Strassman lanzaban neutrones a los átomos de uranio como si fueran bolas de billar).
Pero, ¿cómo puede un átomo dividirse naturalmente en varios más pequeños? Podemos pensar en un núcleo atómico como una pompa de jabón. Si un núcleo tiene demasiados protones y neutrones, puede colapsar, como una pompa de jabón que estalla después de crecer demasiado, entrando así en una fisión espontánea.
La fisión espontánea e inducida de los átomos de uranio genera varios elementos más ligeros y rayos gamma, además de liberar otros neutrones del núcleo atómico fisionado. Cada evento de fisión de uranio produce un promedio de otros 2,5 neutrones, que pueden ser expulsados a alta velocidad, golpeando otros núcleos de uranio a su alrededor. Así, se puede establecer una reacción en cadena, siempre que exista una cantidad suficiente de uranio en el material utilizado, la denominada masa crítica.
Además de estas partículas, cada evento de fisión aún libera grandes cantidades de energía. Y, en 1942, Enrico Fermi, que acabó ganando el premio Nobel de física, demostró que la explotación de la energía nuclear era factible. En una sala de juegos bajo las gradas de un estadio de fútbol abandonado en la Universidad de Chicago, Fermi construyó el primer reactor nuclear, denominado Chicago Pile-1 (CP-1). Capaz de controlar la reacción de fisión nuclear, el dispositivo consistía en una pila de tabletas de uranio separadas por bloques de grafito —el grafito actúa como moderador, es decir, reduce la velocidad de los neutrones, evitando que la energía se libere demasiado rápido, como sucede en bombas atómicas.
Los reactores nucleares modernos también utilizan otros moderadores, como el agua. El combustible utilizado es uranio enriquecido artificialmente en el isótopo uranio-235 (los isótopos son átomos con el mismo número de protones, pero con distinto número de neutrones; el uranio-235 tiene 143 neutrones), que se fisiona con mucha más facilidad que otros. como el uranio-238 (que tiene 146 neutrones). El uranio-235 corresponde a solo alrededor del 0,7% de todo el uranio que se produce naturalmente en la actualidad, siendo el uranio-238 el más abundante (98,3%), sin condiciones, por lo tanto, para alcanzar la masa crítica, si no recibe un suplemento extra.
El uranio-235, sin embargo, alguna vez fue mucho más abundante en el pasado geológico. Su escasez actual se explica por su desintegración radiactiva natural a plomo-207, con una vida media (tiempo para que la mitad de los átomos de uranio en una masa determinada se conviertan en plomo) de unos 700 millones de años. Dado que la Tierra tiene unos 4500 millones de años, se estima que el uranio natural alguna vez estuvo mucho más enriquecido de forma natural en el isótopo 235 que en la actualidad. ¿Habría existido, en el pasado geológico, una concentración natural de uranio-235 capaz de alcanzar la masa crítica suficiente para iniciar una reacción en cadena?
Hay indicios de que sí. En 1972, un molino en Francia notó que el mineral que llegaba a la instalación era muy diferente al habitual. Un análisis químico detectó enriquecimientos extraños como tierras raras, zirconio y neodimio. Curiosamente, la concentración de estos elementos en el mineral era similar a los generados como residuos nucleares en los reactores modernos. Este residuo nuclear, al igual que el mineral en cuestión, es rico en elementos más ligeros que se generaron por fisión nuclear de uranio en los reactores, del mismo modo que Hahn y Strassman produjeron elementos más ligeros a partir de la fisión artificial de uranio.
El mineral procedía de la región de Oklo en Gabón, y su análisis mostró que, de alguna manera, las condiciones para generar y mantener una reacción en cadena se obtuvieron naturalmente cuando se formó este mineral, hace unos 2.000 millones de años. En ese momento, la composición del uranio natural alcanzaría hasta un 3% de uranio 235, capaz de alcanzar una masa crítica si el uranio se concentrara por encima de un cierto nivel. En el caso de Oklo, la propia agua de mar actuó como moderador, permitiendo que la energía total generada, estimada en unos 15.000 megavatios/año, que representan el consumo de seis toneladas de uranio-235, se mantuviera en una media de 20 kW durante 800 mil años. Ese nivel de energía fue suficiente para cocinar las rocas alrededor del depósito, dejando su huella en el registro de la historia de la Tierra. Y sería una fuente de energía natural interesante para la población, si hubiera alguna población humana en ese momento…
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Fabrício Caxito es profesor de geología, investigador principal del proyecto GeoLife MOBILE y filósofo de la UFMG.
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Fuente: uol.com.br