Hace 2.000 millones de años
Ya os hablé de lo que era una fisión nuclear y una reacción nuclear en cadena. También dije que a Fermi, el primero en conseguir realizar una reacción nuclear en cadena, se le había adelantado la Naturaleza unos 2.000 millones de años. Pues de ese suceso ocurrido hace 2.000 millones de años, de uranio, de reacciones nucleares en cadena y de filosofía hablaremos en nuestra historia de hoy.
El uranio-235 y uranio-238 (a partir de ahora, U235 y U238) son isótopos de un mismo elemento. En otras palabras, ambos tienen el mismo número de protones en su núcleo (92) pero el resto hasta alcanzar los números 235 o 238 son los neutrones que posee dicho núcleo: 143 y 146 respectivamente. Hay, no obstante, una importante diferencia en el comportamiento de estos dos isótopos: el U235 es el fisionable. Esa diferencia es capital.
Cuando extraemos uranio de la tierra, el U235 es un 0,7% del total; una concentración realmente baja. ¿Y por qué? ¿Cómo es que el U235 es tan poco abundante frente al U238? Pues porque la semivida del U238 es de 4.500 millones de años y la de U235 (¡sólo!) de 700 millones de años. Así que si partimos de una cierta cantidad de uranio al 50% de concentración de ambas especies isotópicas, a medida que pase el tiempo, el U235 desaparecerá más deprisa que el U238. Por tanto, cuanto más vieja se haga la Tierra, más cantidad de U238 habrá en comparación con la del U235. Habrá menos cantidad de uranio en total, pero de lo que aquí hablamos es del porcentaje de U235 frente a ese total.
Para construir un reactor nuclear necesitamos que la variedad de U235 no sea el 0,7%, sino al menos el 3%. No nos sirve, por tanto, el uranio tal como lo extraemos de la tierra. Hemos de “enriquecerlo”, aumentar la concentración de U235. Cuando se obtiene un 3% de concentración y se dan las circunstancias adecuadas se obtiene de forma espontánea una reacción nuclear en cadena lenta y automantenida (la concentración de U235 de las armas nucleares suele ser del orden de un 85% o más). Hoy por hoy no podría darse ninguna reacción nuclear en cadena en la Tierra a no ser que la mano del hombre se viera involucrada.
Si a medida que pasa el tiempo el porcentaje de U235 va disminuyendo, la situación se invertirá si vamos hacia el pasado. Hagamos ese cálculo hacia atrás. Por ejemplo, 700 millones de años atrás, había el doble de U235 que hoy, 1.400 millones de años atrás el cuádruple, etc. Para que el U238 crezca al doble del que hay ahora tendríamos que retrasarnos 4.600 millones de años. Lo que está claro es que la concentración de U235 en el pasado fue mayor. La pregunta salta por sí sola: ¿hubo algún momento en que hubiera un porcentaje del 3% de U235? Y si fuera así, ¿pudieron existir reacciones nucleares en cadena de forma espontánea? La respuesta es que sí, hace unos 2.000 millones de años. En aquellas fechas la concentración de U235 sobrepasó ese 3% para poder existir una reacción nuclear en cadena lenta y continuada. ¿Tenemos alguna prueba de ello? ¿Se ha encontrado algo?
El año 1972, Naudet y Hageman, dos científicos de la Comisión de Energía Atómica de Francia, estaban trabajando en África. Se encontraron con que el producto que la compañía minera Franceville extraía de la mina de Oklo, en Gabón, tenía una concentración demasiado baja en U235: el 0,3% y no el 0,7% como era de esperar. Se quedaron muy sorprendidos. Se pusieron a estudiar el asunto y llegaron a la conclusión que ese sistema geológico estuvo funcionando como un reactor nuclear en el pasado. De hecho, hallaron los restos de 17 reactores nucleares naturales pero sólo uno es particularmente visible en la actualidad. Resulta que aquella zona se había inundado de aguas subterráneas que había actuado como moderador de neutrones (¿recordáis lo de los neutrones lentos?). El proceso duró unos cuantos cientos de miles de años.
¿Cómo sabemos que allí hubo una reacción nuclear en cadena? Por los restos. Veréis, mientras esos reactores estuvieron activos generaron residuos radiactivos idénticos a los de una central nuclear actual. Todos los subproductos de fisión, se encontraron. Y, sobre todo, unos muy concretos: se encontraron subproductos del Plutonio 239. Este último elemento tiene una semivida de 24.000 años, así que no podía existir en la Tierra en aquel momento; pero al estar en marcha una reacción nuclear en cadena, el elemento se generó, se desintegró y lo que encontraron fueron los residuos de esas desintegraciones.
Todo esto quedaría en una mera anécdota, como una bonita curiosidad; pero le podemos sacar mucho más jugo porque nos lleva a plantearnos cuestiones más interesantes, filosóficas y profundas. Hay que recordar que este suceso ocurrió hace 2.000 millones de años. ¿Podrían haber sido algo diferentes el Universo, sus leyes físicas o sus constantes fundamentales?
Imaginemos por un momento que las leyes físicas o que las constantes fundamentales de la Naturaleza hubieran cambiado. Una minúscula variación en la masa del núcleo atómico habría bastado para impedir la creación de esos reactores nucleares. Si la carga eléctrica hubiera sido ligeramente diferente, habría afectado a la interacción electromagnética entre los protones del núcleo que hubieran variado las cantidades de encontradas de ciertos elementos.
Este suceso de Oklo nos lo permite comprobar. Uno de los residuos encontrados, en particular, fue un elemento llamado samario (Sm), descubierto en 1879 por Lecoq de Boisbaudran. Como curiosidad, sabed que forma un compuesto con el cobalto (SmCo5) que es un poderoso imán permanente con mayor resistencia a la desmagnetización que cualquier otro material conocido.
La cantidad de samario que esperaríamos encontrar hoy en un proceso similar es exactamente la que se encontró en Oklo. ¿Es eso importante? Pues lo suficiente como para poder afirmar que hace 2000 millones de años, el Universo estaba regido por las mismas leyes físicas que hoy. Pero ya se sabe, en diferentes historias os he ido explicando la importancia sobre los errores experimentales o en las mediciones que aplicamos ahora y siempre hay un límite en la exactitud. Afinemos un poco más. Podemos afirmar que en toda la vida del Universo, las leyes físicas en conjunto, no han podido variar en una parte entre un millón.
Por ejemplo, ¿es posible que la carga eléctrica varíe con el paso del tiempo? Los científicos han calculado que la carga eléctrica no ha podido cambiar desde el suceso de Oklo en más de una parte entre 10 millones y si eso fue hace 2.000 millones de años, significa que no puede variar aproximadamente en una parte entre cien mil billones (10-17) por año.
Bien, hay más pistas que nos inducen a creer que no han variado, como observando las galaxias remotas y viendo cómo se comportan según las actuales leyes físicas o la abundancia de determinados materiales en los meteoritos que nos indican que las leyes funcionaban igual hace miles de millones de años, cosa que dejaría a Oklo en una confirmación más. Aun así, la existencia de reactores nucleares hace 2.000 millones de años en la Tierra no deja de ser algo espectacular.
Os pongo una foto. Las zonas amarillentas son los restos de óxido de uranio.
Quiero, no obstante, dejaros con una cuestión. Si podemos extraer energía de algo sabemos que, antes, algún proceso tuvo que aportar energía para construir ese algo. O sea, si el uranio se fisiona y nos da energía, significa que el proceso que lo fabricó tuvo que aportar, al menos, esa energía. La pregunta es: ¿qué proceso formó el uranio? ¿de dónde salió la energía para formarlo? Creo que ya tenéis en qué pensar hasta nuestra próxima historia.
Fuentes:
“La Simetría y Belleza del Universo”, L. M. Lederman y T. C. Hill
“E=mc2“, David Bodanis
http://patibulo.blogspot.com/2005/09/cuando-la-tierra-imita-al-hombre.html
http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/42/htm/sec_12.html
http://observatorio.info/2005/02/20
http://www.sagan-gea.org/hojared_radiacion/paginas/Fision.html http://www.geofisica.cl/English/FUM/Geo2/Rad.htm
El día 10 de octubre de 2007 a las 05:53
Como siempre la respusta mas evidente es que fueron unos extraterrestres que estaban de paso … y necesitaban recargar su nave. Yo lo veo lógico
El día 10 de octubre de 2007 a las 09:22
Pues viene del mismo sitio que todos los elementos con peso atómico mayor que el hierro
No les vamos a dar la solución tan pronto, ¿no?
El día 10 de octubre de 2007 a las 09:27
Estoy seguro de que existen energías que aún no hemos ni imaginado.
Muy buena como siempre.
El día 10 de octubre de 2007 a las 10:57
Pero, Omalaled, ¡qué dices!.
¿No habíamos quedado hace un par de semanas que le edad real de la Tierra era de 4.444 años? (aquí un smiley carcajeante)
¿De dónde va a venir el uranio?¡Del mismo sitio que las barricas de vino de las Bodas de Caná, hombre! Es que hoy os veo a todos un poco espesos…
El día 10 de octubre de 2007 a las 12:41
Está claro.. de los marcianos. Si es que… basta pensar un poco
El día 10 de octubre de 2007 a las 13:13
¡Qué alguien llame a “los himbestigadores” capitaneados por Iker Jiménez y compañía!
¿Quién puso ahí esa extraña sustancia? ¿Cómo pudo haber reacciones nucleares en medio de Dios sabe dónde hace tantísimo tiempo? ¿Fuimos quizás un proyecto piloto de alguna civilización inteligente y remota?
Perdonad la coña: el artículo me ha encantado y he aprendido un montón de cosas :-))))
Un saludete,
Paquito.
http://paquito4ever.blogspot.com
El día 10 de octubre de 2007 a las 14:05
lo que a mi mas me preocupa es que si ahora estamos usando ese uranio como fuente de energia, cuando se termine (que al ritmo que vamos lo terminaremos en un plis i mas si se tiene que “condensar”), que usaremos?
me vais a decir que hay alternativas, pero seamos claros, hoy, lo que no sale del petrolio sale del uranio. el petroleo esta en las ultimas. cuanto le queda al uranio?
a parte de la pataleta ecologista, que tampoco era mi intencion, el articulo es, como siempre, muy bueno.
recuerdo haber leido que todos los elementos mas pesados que el hidrogeno salieron todos del mismo sitio, o no?
El día 10 de octubre de 2007 a las 15:00
Yo si me dejais dar una pista citaré a Arthur C. Clarke: “Estamos hechos de polvo de estrellas” ^^
El día 10 de octubre de 2007 a las 15:15
Saludos a todos, estupendo artículo Omalaled, deduzco que el siguiente irá sobre esos acontecimientos en los que se producen los elementos pesados….no daré mas pistas que ya se han dado algunas.
El día 10 de octubre de 2007 a las 16:14
No me esperaba reír tanto con las hipótesis sobre de dónde salen esos elementos pesados: desde los marcianos, pasando por las barricas de vino y hasta una “himbestigación” capitaneada por Iker Jiménez.
El próximo artículo no será sobre ese tema (tengo algunos otros en cola), pero prometo que saldrá.
elwyd: he de comentar un libro de James Lovelock (el padre de la teoría de Gaia) titulado “La venganza de la Tierra” donde habla largo y tendido de estas cosas. Lo comentaré más adelante.
Salud!
El día 10 de octubre de 2007 a las 16:47
Otro aspecto interesante del reactor de Oklo es que se puede usar para estudiar la migración de los radionucleidos en el terreno, algo fundamental a la hora de diseñar el almacenamiento geológico para los residuos de alta actividad. Según los estudios realizados, los transuránidos generados apenas han migrado, y eso que se trata de un terreno bastante poroso.
De poner en marcha alguna vez el AGP, los transuránidos se encontrarán retenidos en una matriz cerámica, con varias barreras de ingeniería interponiéndose entre ellos y el terreno (vaina, contenedor, bentonita…). Además se usará un terreno mucho más estable e impermeable (formaciones graníticas, arcillosas o salinas). Así que no es descabellado pensar que aguantarán el tiempo necesario para decaer hasta la actividad del uranio natural original.
El día 10 de octubre de 2007 a las 18:47
Pues yo pensaba que los elementos mas pesados que el hidrógeno se generaban por fusion en el núcleo de las estrellas mas grandes, y luego se esparcían por el universo al colapsar las estrellas… pero no acabo de ver como se “reponen” las estrellas (se crean nuevas estrellas? de donde sale en hidrógeno necesario, si ya se ha fusionado la mayoría?). Además, los cuerpos en el espacio parecen tan separados… y encima se alejan unos de otros. Llegaran a chocarse? Colisionaran las galaxias de vez en cuando?
¿Se pueden fuisonar y fisionar átomos eternamente? no se degrada la energía?
¡¡Que interesante!! ¡¡Que pocas respuestas para tantas preguntas!!
El día 10 de octubre de 2007 a las 19:22
Excelente post de divulgación. Hace varios meses que los sigo, gracias a alt1040 o fogonazos; el alzheimer no me permite recordar con claridad. Por ello es que en nuestro pequeño portal los hemos colocado en la etiqueta de desasnando.. jejeje.
Saludos desde la tierra de los Rukanas.
El día 10 de octubre de 2007 a las 20:27
Nachop, creo que el de la frase no fue Clarke, fue el grandísimo Carl Sagan.
“Somos polvo de estrellas…y en polvo nos convertiremos”
El día 10 de octubre de 2007 a las 21:50
Creo que lo del “polvo de estrellas” lo decía Sagan, pero no voy a poner la mano en el fuego (sería imbécil si lo hiciera, mayormente). El uranio se forma en unos sitio que se llaman como un disco de Marta Sánchez.
El día 11 de octubre de 2007 a las 02:32
Arael, los elementos mas pesados que el H (hasta el hierro), se forman por fusión en el nucleo de todas la estrellas, pero queda mucho hidrógeno sobrante, es decir la vida de una estrella no consume más que una pequeña parte del hidrógeno que la forma, por otra parte los elementos mas pesados que el hierro se forman en un momento bastante puntual de la vida de algunas estrellas grandes (no lo desvelo aún del todo..pero ya hay muchas pistas en los comentarios).
Cuando las estrellas mueren el gas del que estan formadas vuelve al espacio mediante varios procesos distintos, este gas formará nuevas nebulosas en las que algún día se formarán nuevas estrellas.
Sí, aunque los objetos en el cosmos estan muy separados a veces se producen choques entre galaxias que permiten que entre estas se produzcan mezclas de materia.
Espero que te haya ayudado, aunque seguramente alguien por aqui lo explicará mejor que yo.
Saludos.
El día 11 de octubre de 2007 a las 07:15
Pues lo de polvo de estrellas lo dice el Clarke, no se si en 2001 o en 2010, claro que puede que diga:”como decia carl sagan…”
En 2001 tb dice una de las frases mas bonitas tras decir que hay tantas estrellas visibles como humanos han vivido desde el pasado remoto: “… así por cada ser humano que ha vivido jamas hay una estrella que brilla en el firmamento”
Aunque mi favorita es: “Ahora era el amo del mundo y no sabia que hacer a continuación, más ya pensaria en algo”.
Si es que al final los cientificos son bastante romanticos..
Un abrazop, desde Zaragoza en el Pilar, felices fiestas!!!!.
El día 12 de octubre de 2007 a las 00:21
genial como siempre…Y gracias por recomendar un libro mas…es impresionante la de libros que conoces…que envidia me das. En cuanto a que haremos cuando el uranio se acabe…pues por el bien de todos espero que fusión fría pronto sea una realidad aplicada…
El día 12 de octubre de 2007 a las 00:41
Yo tengo una pregunta: ¿es posible que haya algún lugar de la Tierra, aunque sea en las profundidades, en el que la concentración de uranio 235 sea del orden del 3% y haya por tanto un reactor nuclear natural?
Gracias de antemano por la respuesta a quien quiera responder, y gran artículo como siempre, Omalaled.
El día 12 de octubre de 2007 a las 09:11
Alberto: no sabía que fuera interesante para esos estudios. Gracias.
Respecto la fusión fría no está aceptada. Por lo que a los científicos respecta no existe. Simplemente, no ha podido repetirse el mismo proceso que decían se había dado. Se busca, simplemente, la fusión nuclear para producir energía; pero no la “fría”.
Arael: vas por buen camino y tu últoma pregunta es decisiva … pero mantengamos es suspense. Donatien ha dado bastantes pistas
M.Javier.S: uffff, ¡qué lejos!. Gracias.
SeDoRo, Josemi y Nachop: dijera quien la dijera, es una verdad como un templo.
rauldm: gracias. Los dos libros que cito en el artículo de hoy son buenos. Y no sólo elos, sino casi todos los de sus autores. El de Bodanis fue comentado por Remo y el otro lo leí hace tiempo, así que no podré comentarlo
David: no. Lo de la concentración del 0,7% es a nivel global de la Tierra. El uranio evoluciona igual esté donde esté. Otra cosa es que el interior de nuestro planeta esté todavía caliente, que puede hacernos pensar lo contrario. Pero en principio no.
Salud!
El día 12 de octubre de 2007 a las 18:01
Me ha encantado (vaya novedad).
Con respecto a lo que decía David, nuevas generaciones de reactores nucleares que podían quemar Uranio no enriquecido. Así que técnicamente puede existir algún otro reactor nuclear que queme uranio al 0,7%. Aunque es improbable, porque se hubiese puesto a “funcionar” antes de llegar a esa concentración…
No se si me explico… bué da igual.
Salud!!
El día 13 de octubre de 2007 a las 00:39
En teoría, no se puede hacer. Es una cuestión parecida a la tasa de crecimiento de nua población. Si de cada matrimonio sale un hijo … al cabo de las generaciones la cosa irá para abajo, pero si de cada matrimonio salen entre 2 y 3 hijos … tenemos reacción nuclear en cadena
Salud!
El día 13 de octubre de 2007 a las 21:17
Perdonad mi ignorancia en este tema, pero ¿cómo es una reacción en cadena lenta? ¿Genera explosiones, sólo calorcillo o simplemente hace que el uranio 235 se convierta en otro elemento?
El día 13 de octubre de 2007 a las 21:32
A falta de mis apuntes… esto puede servir, no se si era este el mismo que nos explicaron en tecnología energética… pero ya vale para el caso. Jejeje
Salud!!
El día 15 de octubre de 2007 a las 15:56
Proximo, Omalaled: hay reactores que funcionan con uranio natural: son los CANDU, que se desarrollaron en Canadá. También hay centrales en Corea del Sur, Argentina, China, India…
Estos reactores se moderan con agua pesada (con deuterio en vez de hidrógeno). La ventaja es que se absorben muchos menos neutrones que en el agua ligera, así se compensa el hecho de tener sólo el 0.7% natural de U-235.
El día 16 de octubre de 2007 a las 08:45
Creo que lo que decia Sagan en uno de los últimos documentales de Cosmos era que “somos polvo de estrellas” y despues concluía “somos un medio para que el universo se conozca a si mismo”. Genial
El día 16 de octubre de 2007 a las 16:39
Alberto: muchas gracias. No las conocía. Haré una actualización en cuanto tenga un momento.
roberto: estamos hechos del material del que están hechas las estrellas … es una afirmación bestial y para quedarse pensando un buen rato.
Salud!
El día 21 de octubre de 2007 a las 23:59
Muy interesante tu artículo. Me he quedado con ganas de leer la continuación, pero además me ha surgido otra cuestión (aunque no sé si podrás responderla de forma breve).
La cuestión es la siguiente. ¿Cual es la base de las investigaciones para “acabar” con los residuos nucleares?
He imaginado (desde la ignorancia total) que tratarán de buscar un catalizador que acelere la pérdida de radiactividad, imitando a la naturaleza (pero mucho más rápido). De ser así, ¿por qué es tan difícil volverlos “inactivos”?
saludos
El día 22 de octubre de 2007 a las 00:49
Porque son elementos cuya actividad dura mucho tiempo. Lee algún enlace sobre residuos nucleares como este mismo.
Aunqeu hay más detalles simplemente poniendo “residuos nucleares” en el google
Salud!
El día 22 de octubre de 2007 a las 01:41
Gracias por responderme omalated, aunque el articulo no me dice nada que no supiera; quería entender por qué no se puede reducir el tiempo de actividad (quizá no me expresé bien).
El día 22 de octubre de 2007 a las 13:40
Uffff, no se sabe del todo bien. Sabemos que ciertos núcleos tienen determinada semivida y ciertos otros otra; pero las fuerzas nucleares todavía no las tenemos tan claras como para dar una explicación definitiva.
Imagino que lo que se intenta (lo que yo haría) es intentar bombardear esos deshechos con neutrones para ver si cambiaba el núcleo y se transformara en otro con menor semivida.
Pero es un bonito tema de investigación y de vergüenza para mí de no dar para mas
Salud!