Radiactividad en Fukushima

Siempre me ha interesado las imagenes mentales que evocan las distintas palabras que usamos cotidianamente y sobre todo con qué las relacionamos.

Desde que se lanzaron las dos bombas nucleares en Japón al final de la segunda guerra, la palabra "nuclear" esta íntimamente relacionada con muerte, caos y peligro.

La radiactividad, por su parte, es un termino físico relacionado con la desintegración nuclear, por lo tanto lleva implícitamente la carga de esa palabra. Además, en el inconsciente colectivo, subyace el temor a la radiactividad como quien teme a un violador invisible; penetra la materia, y daña sin consentimiento.

En estos momentos donde hay tanta información dispar al respecto del accidente nuclear en la central de Fukushima, siento casi como un deber aclarar ciertos términos relacionados con mi campo de trabajo, que es la física nuclear.

En primer lugar, pecando de majaderia, me gustaría explicar que es la radiactividad.

Z: Numero de Protones
N: Numero de Neutrones
A: Masa atómica, N+Z


RADIACTIVIDAD

Toda la materia, esta compuesta de átomos. Estos se clasifican según el numero de protones que tiene su núcleo. Es así como el Hidrógeno equivale a un protón (Z=1) , el helio a 2 protones (Z=2), el níquel a 28 protones (Z=28) y el uranio a 92 protones (Z=92), todos ordenados según número de protones (en las filas) y orbitales electrónicos (en las columnas) , en la tabla periódica de elementos químicos.




Ahora bien cada uno de estos elementos con igual numero de protones (Z), tiene distintos "isótopos" con distinto numero de neutrones (pero mismo numero de protones)... es así como el hidrógeno-1 (1H) es solo un protón. el Deuterio es un núcleo con un protón y un neutrón (2H), el tritio son dos neutrones y un protón (3H). Todas esas combinaciones de neutrones con un protón, se encuentran en el universo. Deuterio y tritio son los isótopos de hidrógeno.

En el caso del helio, existen isótopos como el Helio-4 (4He, Z=2, N=2, A=4) que es llamado: partícula alfa. El uranio (Z=92) tiene dos isótopos importantes, el uranio-235 (Z=92 y N=143, A=235) y el uranio-238 (Z=92 y N= 146, A=238). Hablare de estos dos isótopos del uranio en breve.

Figura2: Carta de nucleidos. En ella se muestran los distintos isotopos de los elementos quimicos, ordenados en casillas. El eje vertical nos dice el numero de protones, el eje horizontal es el numero de neutrones. Es decir, el tritio (H3) esta en la posicion (2,1) (2 neutrones, 1 proton), justo abajo de la particula alfa o Helio-4 (2,2). En esta representacion, el color indica la vida media. En Azul/celeste estan los isotopos estables (vida media= infinito), en blanco: isotopos con vida media corta (mili segundos a segundos) en amarillo, isotopos de vida media del orden de minutos. Otros colores indican vidas medias mayores.




Los isótopos de cada elemento se pueden dividir en dos especies distintas: Los isótopos radiactivos (inestables) y los isótopos estables.

La mayoría de los núcleos atómicos que componen la materia conocida, Arboles, minerales, mesas, sillas, computadores, incluso nosotros mismos, estamos compuestos de isótopos estables (no radiactivos), pero un pequeño porcentaje de los isótopos de la materia conocida son radiactivos.

De hecho nosotros mismos somos radiactivos. La sal que consumimos tiene una pequeña componente de sodio-22 que es un isótopo radiactivo del sodio. También tenemos potasio-40 entre otros. Las paredes hechas de concreto/hormigon, son básicamente piedras molidas. En las piedras, de manera natural se encuentra el potasio-40 (40K) que es radiactivo (también el potasio-40 esta presente en los plátanos, es decir, comemos radiactividad sin que ello nos preocupe!). Los detectores de humo tienen Americio-241, que es radiactivo también. La verdad es que estamos rodeados de radiactividad, porque es algo absolutamente normal en la naturaleza.

Pero que es realmente la radiactividad (o no estabilidad de un isótopo)???.
La radiactividad es "sub-producto" de la interaccion de una de las cuatro fuerzas presentes en la naturaleza, pero la mas desconocida de todas: la Fuerza Débil. Seguramente nos es mucho mas familiar hablar de la Fuerza Gravitatoria (por que los objetos caen), o de la Fuerza Electromagnética (por que los imanes se atraen/repelen), pero de la fuerzas Fuerte y Débil tenemos un mayor desconocimiento, porque corresponden a procesos que suceden en el interior del núcleo atómico. Esto ultimo no pretende confundir al lector, sino que simplemente recalcar que la radiactividad es producto de la fuerza Débil que esta presente en la naturaleza, en este sentido es algo que pasa y que es natural.

La imagen mental que deseo que el lector se forme es que la máxima aspiración de un isótopo es ser Estable. Para conseguirlo tiene solo una manera de hacerlo, a través de la desintegración.

La desintegración (o decaimiento, mal traducido al castellano) es el proceso por el cual un núcleo inestable llega a la estabilidad, mediante:

1) Desintegración Beta +: transformando uno de sus protones en un neutrón, emitiendo dos partículas en el proceso: un positrón y un neutrino.

2) Desintegración Beta- : transformando uno de sus neutrones en un protón: emitiendo dos partículas en el proceso: un electrón y un anti-neutrino.

3)Desintegración alfa: un núcleo pesado emite un núcleo de Helio-4 (que es un paquete de dos protones y dos neutrones).

4) Fisión espontánea: Cuando un nucleo es muy pesado puede partirse (fisionarse) en dos núcleos mas livianos.

Si bien 4) no es una desintegración como tal, pero es una manera que tienen los nucleos para llegar a la estabilidad.






Lo que llamamos RADIACTIVIDAD, puede referirse a:

1) Los positrones/electrones que se producen de la desintegracion beta+/beta-.
2) Particula alfa producto de la desintegracion de un nucleo pesado.
3) un rayo gamma (radiacion de alta energía) o rayo X producto de la desexcitación de un nivel de energía de un nucleo producto de la desintegación.

Otra vez, la radiactividad puede ser: electrones, positrones, particulas alfa, rayos gamma y rayos X.



COMO AFECTA LA RADIACTIVIDAD A LAS PERSONAS



Como ya he mencionado, la radiactividad esta presente en la naturaleza. Nosotros mismos somos radiactivos y recibimos radiactividad en pequeñas dosis, desde las paredes de hormigon, los detectores de humo, los cigarrillos que fumamos, de la sal que consumimos y de la television (las antiguas, no las LCD. Rayos X), de las radiografias, etc. Sin embargo seguimos vivos.

En terminos físicos, cada material compuesto de un mismo elemento quimico, tiene una propiedad que se llama Poder de Frenado (Stopping Power).

Cuando una particula cargada interactua con la materia, pierde energía de acuerdo al camino recorrido y de la carga de la particula. Esa energia queda "depositada" en el material en las distintas interacciones electronicas (no nucleares). El lector se puede hacer la imagen mental de que la particula cargada es una pelota y el material son los pinos de bolos pero formados en una red infinita. Si la pelota es mas pesada (mayor carga) bota mas pinos (pierde mas energia). Una pelota de tenis seguramente chocaria con la red de pinos y sin botar a ninguno, hasta que se detuviese. Si es una pelota de futbol (mas carga) bota mas pinos (mas energia depositada).

Lo mismo con la radiacion ionizante (radiactividad). Al interactuar con la materia, debido a los choques, pierde su energia. Ahora dependiendo de la energia depositada, es el daño que la radiactividad puede provocar.

La dosis de radiacion se puede medir. Su unidad es Sievert. Dependiendo de la dosis absorbida, la radiacion puede hacer mas o menos daño a nivel celular.

A una persona como yo, que trabaja en laboratorios donde se aceleran particulas radiactivas, la dosis que la ley me permite abosorber es de 20 mili sievert por año. Esa dosis no causa ningun daño, ni siquiera la posibilidad de cancer, nada!. Es mas el limite es aproximadamente 10 veces menor que el limite inferior donde se presume que hay un pequeño daño celular (250 mili sievert).






LA RADIACTIVIDAD EN LA CENTRAL DE FUKISHIMA


Sin entrar en detalles de lo que esta pasando en el nucleo del reactor y cuales pueden ser las consecuencias de la fusion del nucleo del rector (POR FAVOR NO CONFUNDIR CON FUSION NUCLEAR, la palabra aclaratoria que por algun motivo se evita es DERRETIMIENTO del nucleo del reactor) ya que la dejara para el proximo post, voy a hablar sobre la radiactividad en la central y sus consequencias.


La informacion sobre este tema ha sido confusa. Algunos periodicos han titulado sin ningun miramiento ni verguenza: La radiactividad ataca a Japon. Algun que otro poco criterioso politico europeo ha hablado de: Apocalipsis, confundiendo a la poblacion.

El accidente en al central no tiene precedentes. Lo que esta en la memoria colectiva es el accidente de Chernobyl que es por lejos muy diferente a lo que esta pasando aqui, aunque llevan el mismo concepto asociado: CENTRAL NUCLEAR.

La central de Fukushima ha resistido un terremoto de grado 9 Richter. Las centrales nucleares, en Japon -pais sismico-, estan preparadas para soportar terremotos 7.5 richter como maximo. Es decir, ha soportado 32 veces la norma impuesta (richter es una escala logaritmica de intensidad sismica). El problema fue el tsunami. Al comenzar el sismo, la reaccion en cadena controlada en la central, se detuvo, introduciendo un material moderador (circonio). Pero el uranio sigue fisionandose y emitiendo radiactividad que cuya energia es absorbida por la piscina donde estan ubicadas las barras de oxido de uranio. La temperatura en el nucleo del reactor es de unos 300 grados. El agua es continuamente enfriada por un sistema de radiacion de calor como en el radiador de un auto. El problema es que el sistema electrico de la refrigeracion de emergencia, fue dañado por el tsunami.



Figura: Esta imagen ha sido obtenida del sitio www.veoverde.com, donde la informacion que nos da esta grafica ha sido erroneamente interpretada, a pesar que la imagen es muy clara.



NIVELES DE RADIACTIVIDAD EN FUKISHIMA

La dosis de radiacion se ha medido encima del reactor. A medida que nos alejamos de la fuente de radiactividad, la dosis de radiacion disminuye como 1/R². Es decir en dos metros, la dosis de radiacion disminye cuatro veces, en 4 metros la radiacion disminuye 16 veces, etc.

Figura: Ley del inverso al cuadrado. A medida que nos alejamos la radiacion se "reparte" en una mayor superficie.

Ahora si bien la radiactividad que se ha medido sobre el reactor es alta. La maxima radiacion registrada ha sido 400 mili siviert por hora. Si alguien esta parado en el techo del reactor, solo puede trabajar 3 minutos sin superar la dosis anual permitida o 40 minutos sin superar la dosis donde se presume hay un pequeño daño a nivel celular. Ahora si se aleja unos 20 metros, la dosis disminuye 400 veces. Es decir que a 20 metros del nucleo del reactor, en el momento donde se registro la maxima dosis de radiacion, puede trabajar todo un dia.

La radiactividad que se ha sido registrada en los ultimos dos dias varia entre 3 y 10 mili Sievert. Es decir en el techo del reactor puede trabajar por 2 horas y a 20 metros 40 dias.

Es decir la radiactividad en si NO es el problema para la poblacion de las ciudades cercanas.

El problema es la CONTAMINACION de particulas radiactivas que son liberadas junto con el vapor de agua. La diferencia entre contaminacion y radiacion es la misma que la que hay entre una llama de una vela y el calor que ella produce (ni la llama ni el calor son radiactivos.. esto es solo un simil). Las particulas radiactivas presentes en el ambiente pueden implantarse en la piel o ser ingeridas por la via respiratoria o digestiva, dañanado seriamente el lugar donde han sido implantadas (imagen mental de la llama y el calor).




PASTILLAS DE YODO

En particular 4 isotopos radiactivos son producidos en la fision del uranio: Yodo-131, Cesio-137, Cesio-134 y Estroncio-90. El Yodo-131 tiene una vida media de 8.02 dias, Cesio-137 y -134 tienen una vida media de 30.17 y 2.06 anyos respectivamente. El Estroncio-90 tiene una vida media de 28.64 anyos.

La vida media es un valor estadistico que nos dice el tiempo necesario para tener la mitad de fuentes radiactivas (X/2), dado que se han producido X.




El yodo estable que comemos con la sal, por ejemplo, es absorbido por la glandula tiroides. Si hay liberacion de yodo radiactivo al ambiente, existe una probabilidad de absorberlo en la tiroides. Para disminuir esta probabilidad, el gobierno Japones ha repartido pastillas de yodo no radiactivo entre la poblacion para saturar la tiroides de yodo. De esta manera si se absorbe yodo radiactivo a traves de un alimento o incluso si se respira, no se depositaria en la tiroides.




CONCLUSIONES


En este primer post queria dejar claro que la RADIACTIVIDAD es algo que esta presente en la naturaleza. Nosotros mismos somos radiactivos y convivimos con la radiactividad. La radiactividad en si no es un problema, sino que la dosis de radiactividad absorbida. Una persona que trabaja en lugares con radiactividad mayor que lo normal, puede recibir una dosis de 20 mili Sievert por año. En Fukishima se han registrado hasta 400 mili Sievert por hora, pero en el lugar del reactor, a medida que nos alejamos la dosis disminuye como 1/R².

El problema es la contaminacion por particulas radiactivas liberadas junto con el vapor de agua. Ellas viajan en la atmosfera y existe la posibilidad que se implanten en la piel o incluso en la tiroides, de esta manera emitiendo radiactividad muy cerca de las celulas, pudiendolas dañar.

Comentario:
En los ultimos dias he recibido esta carta de dosis de radiacion que es muy aclaratoria. El unico problema es que esta en ingles.


Tambien espero que en un futuro cercano, el lector pueda asociar la palabra nuclear o central nuclear con esta imagen.... poco a poco.




Saludos.
Pancho