DeLorean no necesitamos carreteras

Si hay un tema recurrente, y también apetitoso, en el cine de ciencia-ficción, es el de los viajes en el tiempo. A todos nos encantaría darnos un viajecito en la máquina del tiempo de H.G. Wells, bien hacia el pasado para ver acontecimientos históricos, o hacia el ignoto futuro.

Siempre ha sido raro el manejo de la variable tiempo. En los tiempos de la mecánica clásica, estábamos acostumbrados a recorrer cualquiera de las tres dimensiones del espacio en ambos sentidos: arriba o abajo, izquierda o derecha, adelante o atrás. Pero solamente podíamos viajar en el tiempo en un sentido: hacia el futuro. El tiempo transcurre siempre a un segundo por segundo, y nunca podemos volver atrás. Eso no le impidió a Wells inventarse una máquina que permitiese cambiar el paso del tiempo. En El Tiempo en sus Manos (1960), el tiempo se trataba como una variable más. Eso le permitía pasar de una época a otra, de forma similar a como una mosca vuela de un punto a otro de un plano bidimensional. El pobre inventor se las veía y se las deseaba para explicar el concepto del viaje en el tiempo a sus compañeros, quienes lo dejan poco menos que por loco.

En la actualidad, la teoría de la Relatividad consagra el tiempo como una dimensión adicional, a añadir a las tres dimensiones del espacio, e inseparable a éstas. Ya no tiene sentido pensar en el tiempo como algo separado del espacio. Sin embargo, seguimos sin poder viajar en el tiempo como viajamos en el espacio, y las posibilidades de convertirnos en viajeros temporales son muy limitadas. En cierto modo, podemos alterar el transcurso del tiempo. Cuando viajo en un avión, mi reloj avanza un poco más despacio que el de un observador en tierra. La diferencia es muy pequeña, pero somos unos hachas en medir cantidades de tiempo minúsculas. De hecho, las señales de los satélites GPS han de ser corregidas por efectos relativistas. Pero de volver al pasado … de momento nada. Curiosamente, resulta que sí podemos, al menos en teoría. Sin embargo, las ecuaciones relativistas son tan complejas que incluso los científicos dudan sobre en qué condiciones es posible un viaje en el tiempo.

En cualquier caso, supongamos que por algún motivo sean posibles los viajes en el tiempo. La pregunta inmediata es ¿resulta posible cambiar el pasado, o el futuro? Alterar el futuro es fácil, ya que lo estamos haciendo en el presente. Si yo escribo este artículo, puede que influya a algunas personas; si no, puede que el rumbo de mis lectores cambie de forma desconocida. El genial Frank Capra ya nos mostraba las posibilidades del futuro alternativo en Qué Bello es Vivir (1946). El protagonista, acorralado en una situación límite, acaba lamentándose “!ojalá no hubiera nacido nunca!”, y un ángel atiende su petición. Al instante, su mundo cambia. Su hermano, al que salvó de pequeño, es ahora un nombre en una lápida; los centenares de hombres a los que éste salvó durante la guerra están también muertos. El cacique local se ha apoderado del pueblo, convirtiéndolo en una gigantesca sala de juego, y el amor de su vida vegeta como una triste bibliotecaria.

Así pues, es posible cambiar el futuro desde el presente, al menos si tenemos un ángel a mano. Pero viajar al pasado para cambiarlo … ah, amigo, esa es otra historia. Podríamos cambiar el curso de la Historia. Podría irme diez años atrás e invertir en Apple, o ponerme corto en acciones de Tepco justo antes de Fukushima. Podría matar a Hitler y evitar el Holocausto. Podría matar a mi abuelo (la clásica paradoja), en cuyo caso ¿cómo he podido nacer?, y si no he podido nacer, ¿cómo pude viajar al pasado para matar al abuelo?

Existen diversas soluciones a esta “paradoja del abuelo,” es decir, al hecho de que podamos -o no- cambiar el curso de los acontecimientos. Pero, puesto que hablamos de películas, veamos las dos ideas más habituales al respecto:

1) El pasado inmutable.

En este esquema, las cosas no pueden cambiarse, y las que se cambian, es porque tenían que cambiarse. Todo lo que haga un viajero del tiempo en el pasado ya está escrito en la historia. El ejemplo típico es la película El Final de la Cuenta Atrás (1980). Un portaaviones nuclear norteamericano entra en una tormenta desconocida. Cuando sale, se encuentran frente a Hawai … en la antesala del ataque japonés contra Pearl Harbor. Durante su estancia en el pasado, los viajeros del tiempo alteran el curso de las cosas, pero dejando la Historia inalterable. Por ejemplo, salvan a un senador de ser acribillado por los japoneses. Podría haber sido presidente en 1945, y con ello la historia moderna quedaría alterada; pero al final muere sin dejar rastro, justo lo que el libro de historia decía que había pasado. El propio capitán del portaaviones, al decidirse por defender a Estados Unidos de cualquier tipo de enemigo, habría evitado que su país entrase en guerra; pero al final fracasó. !Ah!, y uno de los pilotos del portaaviones acaba abandonado en una isla. Cuando el barco vuelve al presente, vemos de nuevo a dicho piloto, convertido ahora … en el armador que construyó el portaaviones.

Este tipo de películas son de tipo fatalista. Sabemos lo que pasará, y también sabemos que los esfuerzos de los viajeros temporales por cambiar el destino serán infructuosos. Eso es algo que da pie a algunas películas interesantes, pero en general es algo que no suele gustar a Hollywood, ya que los usamericanos son amantes del libre albedrío. Por eso, suelen preferir la segunda interpretación de los viajes en el tiempo.

2) El futuro no existe.

Ahora, sí que podemos cambiar el futuro o el pasado, a nuestro antojo. Lo que sucede es que, de algún modo, creamos una especie de “universo paralelo” donde los cambios efectuados permanecen. Hay películas de este tipo para parar un tren, así que perdónenme si me dejo alguna en el tintero.

El ejemplo más característico es la trilogía de Regreso al Futuro. Un profesor chiflado roba plutonio a los libios para montar una máquina del tiempo en un DeLorean. Por error, su amigo Marty se monta en el vehículo, y acaba en 1955, donde su madre acaba enamorándose de él. Esto hace peligrar su propia existencia, así que se sucede una situación disparatada tras otra para restaurar el equilibrio. Al final, Marty consigue arreglar el desaguisado, y se las apaña incluso para crear un universo paralelo más benigno: al volver a su época, su familia de perdedores se convierte en un modelo de triunfadores, y Biff, el matón del barrio acaba encerando el coche de Marty.

Las cosas se complican algo más con la segunda película, en la que el propio profesor chiflado se conoce a sí mismo en el pasado. Resulta que ahora Marty viaja al futuro y se compra un anuario deportivo. El ya viejo Biff, roba el anuario y el coche, viaja a su pasado (es decir, el presente) y luego vuelve. Cuando Marty y el profe regresan a su época, el matón se convierte en el amo de una ciudad consumida por la corrupción y el juego (¿reminiscencias de Qué Bello es Vivir?), todo gracias al famoso anuario. La única forma de arreglar el estropicio consiste en volver al pasado de nuevo.

Si ven la película y piensan que hay cabos sueltos, en efecto, haylos. Sólo por poner un ejemplo, si Biff va al pasado para entregarse el anuario, ya ha cambiado el futuro. Sin embargo, ¿cómo puede volver al futuro original y devolverle el DeLorean a los protagonistas? Sospecho que aquí entra más las ganas de hacer películas taquilleras que el rigor científico. Menos mal que Regreso al Futuro III es algo menos paradójica, y los personajes se limitan a poco más que gamberrerar en el salvaje Oeste. Al final, el profe chiflado pontifica sobre el albedrío: “vuestro futuro no está escrito, como no lo está el de nadie. Vuestro porvenir sólo depende de vosotros. ¡Labraos uno que sea bueno!

De forma similar transcurre la saga Terminator. En un futuro post-nuclear, las máquinas libran una guerra a muerte contra los humanos supervivientes. El líder es un tal John Connor. Skynet, la jefa de las máquinas, decide enviar un robot para matar a la madre, Sarah Connor, antes de que dé a luz al futuro líder de la rebelión. A su vez, los humanos envían un soldado, un defensor que al final se convertirá en el padre de John.

Con Terminator 2, la amenaza continúa. Ahora, Schwarzenegger interpreta a un robot bueno, enviado para proteger al joven John Connor de un cyborg de polialeación mimética, más malo que un dolor de muelas. En esta ocasión, Sarah Connor recuerda una frase que le dijo el padre de John: “el futuro no está establecido, no hay destino, sólo existe el que nosotros hacemos.” Decide que la mejor forma de evitar la futura guerra nuclear consiste en eliminar a Miles Dyson, el hombre que diseñó Skynet, y de paso volar la empresa. Consiguen ambas cosas, y con eso crean una paradoja, ya que si Skynet no va a existir, ¿de dónde salieron los cyborgs y el humano que viajaron desde el futuro? La cosa tiene más miga, ya que Dyson estaba creando Skynet a partir de los restos del primer Terminator. De esa forma, el primer Terminator debía viajar, no sólo para intentar matar a Sarah Connor, sino también para permitir la existencia de Skynet. Al final, con el terminator malo destruido (y el malo, también), y con la amenaza de Skynet eliminada, Sarah Connor respira tranquila: “el futuro desconocido rueda hacia nosotros. Por primera vez lo afronto con un sentimiento de esperanza

Por supuesto, eso eliminaría la posibilidad de hacer Terminator 3. La solución es vendernos la moto de que el acto de Sarah Connor y todos los demás solamente consiguió retrasar la guerra unos años. No voy a criticar aquí esta película (aunque tan sólo por ponerle al Terminator gafas de Elton John, sus creadores merecen arder en el infierno), pero se nota un distanciamiento respecto al argumento general de las dos primeras películas de la saga. De hecho, la siguiente del ciclo, Terminator Salvation, tiene toda la acción en el mundo post-nuclear, olvidando cualquier referencia a máquinas del tiempo.

Ningún artículo sobre los viajes temporales en el cine estaría completo sin una referencia a la pentalogía de El Planeta de los Simios. En la primera película, del mismo nombre y del año 1968, una expedición astronáutica americana aterriza en un planeta desconocido, donde el hombre es esclavo de los simios. Solamente al final, el protagonista se da cuenta de que, en realidad, el planeta donde se halla es la Tierra del año 3978, en la que los hombres se han autodestruido y cedido a los simios el dominio del mundo. Los astronautas llegaron a tan lejano futuro por la dilatación relativista del tiempo (viajar a velocidades próximas a la de la luz ralentiza el propio reloj), con lo que se supone que no hay vuelta atrás.

En Regreso al Planeta de los Simios (1970), una segunda expedición llega al mismo tiempo y lugar, con la misión de encontrar supervivientes de la primera. De nuevo, se supone que han llegado por dilatación relativista del tiempo, y poco más. Pero en la tercera, Huída del Planeta de los Simios (1971), la cosa se pone interesante. Tres simios toman la nave de la primera película, se montan en ella y vuelven al presente, a los años setenta. Esto ya se sale de la raya, ya que la dilatación temporal es hacia el futuro, no hacia el pasado. Sin embargo, la película pasa de puntillas por este hecho, y presuponen que si el espectador se cree que hay monos parlantes superinteligentes (el sueño de Homer Simpson, por cierto), también se tragarán que un cohete que viaje hacia el futuro también puede dar marcha atrás. También fallan al plantear la preocupación de los humanos por el bienestar del coronel Taylor, el líder de la primera expedición humana al futuro. Los simios no hacen más que dar largas a la pregunta de si el coronel Taylor está vivo. No quieren contestar porque ellos mismos vieron explotar la Tierra, pero no tiene sentido preocuparse, ya que Taylor no estará muerto hasta dentro de dos mil años.

A pesar de ello, esta película es interesante por sus paradojas que presenta, y por las que promete. En efecto, los simios son finalmente asesinados por los humanos. Pero antes de ello tuvieron un hijo, que fue ocultado por un humano bueno (no todos van a ser malos). Ese simio, César, crece y en la cuarta entrega (Conquista del Planeta de los Simios, 1972) se convierte en el Espartaco de su raza. Los humanos, avisados por grabaciones en la que los simios de la segunda película avisan de lo que va a pasar, intentan inútilmente detenerlo. César conduce a la rebelión a los simios (convertidos en sirvientes) y acaban tomando el mando de la ciudad; pero en lugar de contentarse con ello, se limita a esperar que los humanos se aniquilen entre ellos. Finalmente, en la quinta película (Batalla por el Planeta de los Simios, 1973) simios y humanos intentan construir una sociedad igualitaria, pero la presencia de “halcones” en uno y otro bando amenaza con dar traste al proyecto. Finalmente, parece que ambas razan alcanzan una coexistencia pacífica, pero el final nos sugiere que, en el futuro, acabará convirtiéndose en la sociedad de simios esclavistas que vimos en la primera película. En general, una saga excelente, que recomiendo a vuestra atención.

Hay más películas que tratan los viajes en el tiempo, desde puntos de vistas muy originales en ocasiones. Por desgracia, tendremos que dejarlo para otro artículo. Se nos acaba el tiempo.

Bond y Goldfinger

No sabría deciros cuál es mi película de 007 favorita. Pero en mi lista estará siempre Goldfinger. Lo tiene todo: un malo malísimo con estilo, una bomba nuclear, un complot terrible para dañar el mundo libre, un pelotón de rubias despampanantes. Y una de las mejores escenas del cine, copiada hasta por los Simpson. Bond ha sido atado a una mesa, un rayo láser está a punto de cortarlo en dos, y mientras el malo le mira con cara de “hasta aquí has llegado,” uno de los mejores diálogos del cine:

– (Bond): ¿Espera usted que hable?

– (Gondfinger): !No, señor Bond, espero que muera!

Bien, les voy a tener que fastidiar el argumento. Pero es un peliculón y deberían haberlo visto ya, así que no tendré remordimientos. El caso es que Auric Goldfinger, enamorado del oro, planea aumentar el valor de los lingotes que ya posee. Su malévolo plan es inutilizar Fort Knox con una bomba nuclear. La idea no es volarlo, sino usar la radiactividad de una bomba sucia (a la que él, malvado elegante donde los haya, denomina “ingenio atómico”). Durante la conversación que tiene con el capturado Bond, éste le adivina los planes, y deduce que las reservas de oro de los Estados Unidos quedarán contaminadas con radiación durante 57 años. 58 según mis cálculos, le corrige el algo pedante Goldfinger.

Lamentablemente para los dos, el profe de física debe oponerse a tan malévolo plan. Para ello, entendamos lo que significa una desintegración nuclear. Hay isótopos de elementos estables, en tanto que otros son inestables. En este último caso, el isótopo emitirá partículas y pasará a formar otro isótopo, que puede a su vez ser estable o no. Según sea el tipo de desintegración, se tardará más o menos. Existe radiactividad natural, debido a los isótopos radiactivos que existen en la naturaleza; y también como subproductos de una fisión nuclear, donde un átomo de uranio o plutonio se rompe en dos trozos, los famosos residuos nucleares.

Los isótopos radiactivos son como una persona que siente cosquilleo en la nariz: va a estornudar, se prepara para ello … pero luego tarda más o menos en soltar el estornudo. No tiene, por tanto sentido, intentar predecir cuándo estornudará un isótopo determinado. Pero podemos hacer cálculos estadístico. Imaginemos que tenemos un enorme bar. Montones de camareros llenan, sirven, vacían y limpian millares de vasos. Inevitablemente, algunos vasos se romperán. No podemos saber cuándo se romperá un vaso determinado, pero podemos calcular cuántos vasos se romperán en un día, o en una hora. Supongamos que pongo en marcha mi cronómetro, y al cabo de tres días se han roto la mitad de los vasos. A ese período de tiempo se le llama período de semidesintegración o vida media.

Con esa información, podremos hacer pedidos de nuevos vasos. Si no lo hacemos, al cabo de otros tres días habremos perdido la mitad de los vasos restantes. Otros tres días, y nos quedarán la mitad de la mitad de la mitad de los vasos iniciales. Con el tiempo, el número de vasos tenderá a cero, y el período de semidesintegración nos dirá con qué rapidez tendemos a la nada. El bar de al lado, con camareros menos manazas, tiene un período de semidesintegración más largo, digamos de un mes. Eso significa que, al cabo de un mes, le quedarán la mitad de sus vasos. Para nosotros ha pasado un tiempo igual a diez veces nuestro período de semidesintegración. La cosa nos pinta fea, porque solamente nos quedan (1/2)^10, es decir, la milésima parte, de nuestros vasos. Vamos a la ruina.

Eso sucede también en el mundo nuclear. Cada isótopo radiactivo tiene un período de semidesintegración distinto, entre fracciones de segundo y millones de años. El carbono-14, por ejemplo, tiene un período de unos 5.760 años. En condiciones normales, la proporción de átomos de carbono-14 en el carbono normal es constante. Eso se debe a que el carbono-14 está siendo producido por procesos naturales. Pero un árbol que muere deja de fijar carbono, y tendrá una cierta proporción de carbono-14. Esa proporción irá disminuyendo con el tiempo. De ese modo, midiendo el porcentaje de carbono-14 existente en una muestra biológica, y comparándola con la que debería tener de estar viva, podemos determinar la edad de la muestra. Es el pan nuestro de cada día para los arqueólogos. También podemos usar otros isótopos, de vida más larga, para fechar rocas o estratos geológicos.

Pero fíjense bien que, aunque el número de isótopos radiactivos tiende a cero, nunca será cero, salvo a un tiempo infinitamente lejano. Eso se debe a la naturaleza estadística de la desintegración. No es que, al llegar a cierto momento, todos los isótopos se desintegren, al igual que en el tercer día mis camareros no se ponen de acuerdo para arrojar los vasos al suelo en el mismo instante. Si tenemos No núcleos en el instante inicial, el número N(t) de isótopos que quedarán tras un tiempo t es igual a:

N(t) = No * 2^(-t/T)

donde T es la vida media o período de semidesintegración.

Y eso es el fallo en el plan del señor Goldfinger. Supone que su ingenio atómico mantendrá el oro contaminado durante 58 años (57, según el señor Bond), y pasado ese tiempo decaerán todos en variantes no radiactivas. Como hemos explicado, no funciona así la cosa.

Quizá se refieran a la vida media de los productos irradiados. Pero resulta difícil encontrar un isótopo radiactivo producido en grandes cantidades en una explosión nucler y que tenga una vida media de unos 57-58 años. Por fortuna, el propio Bond le extrae la información a Goldfinger: cobalto y yodo (o iodo). Es estupendo lo que se puede sacar en una conversación con el malo. De los dos isótopos, podemos descartar el yodo. El isótopo yodo-131 tiene una vida media de tan sólo 8 días, demasiado breve para que dure más allá de unos meses en cantidades medibles. Por otro lado, el cobalto-60 tiene una vida media mayor, pero es tan sólo de poco más de cinco años. Así pues, ¿de dónde sale la cifra de cincuenta y pico años?

Lo único que se me ocurre es que Bond, influido por Q, y Goldfinger, que tiene cara de listo, pensasen como físicos. Como he dicho antes, la desintegración total de una cantidad de isótopos sólo se tendría en realidad a un tiempo infinito. En la práctica, basta con dejar pasar un tiempo igual a algunos períodos de semidesintegración T. Pasado un tiempo igual a 10T, sólo nos queda una milésima de los isótopos originales. Podríamos consensuar dicha cantidad, y decir que, pasado un tiempo de 10T, lo que nos queda es lo mismo que nada. ¿Existe algún sospechoso cuya vida media sea igual a la décima parte de 58 años (o 57, según Bond)? Estaríamos hablando de aproximadamente seis años.

De los dos elementos mencionados por Goldfinger, el cobalto-60, con su vida media de T=5.27 años, es un buen candidato. Una receta de la Guerra Fría para hacer una bomba realmente desagradable era recubrirla con cobalto para que los neutrones de la explosión generasen grandes cantidades de cobalto-60. Si suponemos que ha transcurrido un tiempo t, nos quedará una cantidad de isótopos radiactivos igual a N(t)/No= 2^(-t/T), es decir:

– para t=57 años, un 0.0555% de la cantidad inicial

– para t=58 años, un 0.0486% de la cantidad inicial

Parece como si se hubieran puesto de acuerdo en que un 0.05% de la cantidad inicial es lo que podrían llamar problema resuelto. A riesgo de ser pedante, la cantidad exacta es de 57.805 años y algunos minutos. Diríamos que 58 años es algo más correcto, y el señor Goldfinger se lleva el gato al agua. Pero, en cualquier caso, se trata de un debate tan pedante como inútil. Incluso un 0.05% del cobalto-60 inicial puede ser una cantidad peligrosa, dependiendo de la cantidad inicial. Discutir sobre si establecemos el límite un pelín más arriba o un pelín más abajo es solamente un divertimento para mentes calenturientas que deberían dejar los martinis y los julepes de menta.

Seguro que los EEUU tienen más problemas derivados de la explosión nuclear. La hipótesis implícita de Goldfinger es que el oro quedará irradiado pero intacto. Bueno, si es ese el plan, podríamos pensar ¿qué más da que estén irradiados?. Que estén o no irradiados, poco importa, con tal de que estén allí, garantizando el valor del dólar norteamericano. La única diferencia es que el letrero en la entrada tendrá que ser sustituido, y de “prohibido el paso, propiedad del gobierno de EEUU” pasará a decir “entra si te atreves, pringao”. El problema es que, en los años 60, Estados Unidos estaba inmerso en la costosa guerra de Vietnam, lo que le provocó tensiones económicas. A finales de la década, Francia y Gran Bretaña exigieron el canje de sus excedentes de dólares en oro, lo que en última instancia llevó a la desaparición del patrón oro. Si Goldfinger hubiera tenido éxito (la peli fue rodada en 1964), habría adelantado la crisis económica de los 70 y los chinos hubieran logrado el caos económico de Occidente. A no ser, claro, que los acreedores de Estados Unidos aceptasen oro radiactivo como pago de sus deudas.

Pero !ay!, si un proceso de fisión desembocase en una explosión, se emitiría un enorme flujo de neutrones. El oro en su estado natural, al ser irradiado con neutrones, se convierte en oro-198. En el proceso, resulta que !gana peso!, ya que el isótopo 198 tiene un 0.5% más de masa que el oro estable (isótopo 197). Parecería que Goldfinger le hubiera hecho un favor a la Reserva Federal. El problema es … que el oro-198 es inestable. Se convierte en mercurio-198, en un proceso con un período de unos 2.7 días. Estados Unidos asistiría impotente a la lenta desintegración de sus reservas de oro, sin poder evitarlo.

¿Saben que estoy pensando? Que este Goldfinger es un malo malísimo de los mejores. Si algún día me vuelvo malo, quiero fichar por su equipo. Y el pelotón de rubias voladoras de cuerpos esculturales tampoco es mal argumento.

JAPAN-NUCLEAR-DISASTER

Si estás viendo este mensaje, madre, espero que hayas leídos los dos anteriores. Están más abajo, y son:

Física para mi madre 1 – El reactor

Física para mi madre 2 – El 11 de marzo Iré incluyendo aquí, en la medida en que pueda, las últimas novedades. ==============================================================

SINOPSIS A 22/03 (martes), 20:45 HORAS Ha llegado la energía del exterior, gracias a un tendido eléctrico de emergencia. Se está procediendo a comprobar los equipos de bombeo y sistemas de control. Se ha detectado radiación en el mar, cerca de los reactores. Las muestras tomadas incluyen Iodo-131 (vida media: 8 días), Cesio-134 (vida media: 2.06 días) y Cesio-137 (vida media: 30 años). Reactor 1.

Núcleo: dañado, enfriado con agua de mar.

Vasija de presión: integridad desconocida, presión estable.

Estructura de confinamiento: intacta, presión estable, enfriada con agua de mar. Piscina: Probablemente dañada.

Sistema de refrigeración principal: Sin activar.

Energía del exterior: activada. Reactor 2.

Núcleo: dañado, enfriado con agua de mar.

Vasija de presión: integridad desconocida, presión desconocida.

Estructura de confinamiento: se sospechan daños, se prepara enfriamiento con agua de mar.

Piscina: Probablemente dañada. Temperatura estable a 50ºC

Sistema de refrigeración principal: Sin activar.

Energía del exterior: activada. Reactor 3.

Núcleo: dañado, enfriado con agua de mar.

Vasija de presión: integridad desconocida, presión desconocida.

Estructura de confinamiento: se sospechan daños, enfriada con agua de mar.

Piscina: Probablemente dañada. Nivel de agua bajo. Enfriamiento con camiones, efecto parcial pero desconocido.

Sistema de refrigeración principal: Sin activar.

Energía del exterior: no activada. (Los reactores 4 al 6 no contienen combustible nuclear en sus núcleos) Reactor 4. Piscina probablemente dañada. Nivel de agua bajo. Enfriamiento con camiones, efecto parcial pero desconocido.

Energía del exterior: no activada. Reactores 5 y 6. Piscinas estables, temperatura de unos 30ºC. Enfriamiento mediante energía externa.

Energía del exterior: activada.

Fukushima 2

Mamá, si ya te has leído el primero de mis artículos que te dedico, vamos a ver qué sucedió con los reactores de Fukushima. Ha pasado de todo, así que intentaré simplificarlo todo lo posible.

Habrás oído muchas tonterías estos últimos días. Por ejemplo, por qué construyen centrales nucleares en zonas sísmicas, y encima al borde del mar. La verdad es que los japoneses no deberían vivir en Japón: riesgo de terremotos, tsunamis, falta de recursos naturales, ataques de Godzilla (vale, esto último es broma). Pero allí están. Son una potencia económica, y eso requiere energía.

Por supuesto, no son tontos. Diseñaron la central de Fukushima de forma que soportase un terremoto de magnitud 8.2. La pusieron frente al mar porque cualquier central de energía (no sólo nuclear) necesita refrigeración. Hasta el reciente terremoto, Japón tenía 55 reactores nucleares en funcionamiento, que producía el 30% de su electricidad. No genera cenizas ni contribuye al efecto invernadero. Para un país que no tiene carbón, gas natural o petróleo, era una elección lógica.

Vayamos ahora al día del desastre. Era viernes, 11 de marzo, las siete menos cuarto de la mañana en España. Los reactores 1, 2 y 3 de Fukushima funcionan a pleno rendimiento (los 4, 5 y 6 están detenidos por una parada técnica). Podemos imaginarnos a los operarios de la central, con sus pulcros uniformes, quizá tomando el inevitable té amargo japonés. De repente, suena la alerta. Un terremoto sacude el este de la isla de Honshu. La taza de té salta por los aires. Los técnicos, bien entrenados, comienzan lo que aquí llamaríamos protocolo de seguridad.

Lo primero que hacen es parar el reactor. Se trata de una parada de emergencia. Las barras de control se despliegan automáticamente, y cuando lo hacen, la reacción nuclear se detiene en cuestión de segundos. Eso es lo que sucedió. En tan sólo un segundo, la potencia del reactor se redujo hasta un 7%. No se hizo cero, porque los residuos radiactivos que hay en el reactor siguen produciendo calor residual. Es muy importante extraer ese calor. La red eléctrica, que proporciona electricidad a las bombas de refrigeración, ha caído. De hecho, el este de Japón está devastado bajo un terremoto de magnitud 9.0. Y la central no puede proporcionar energía, porque ha sido desconectada. Así pues, los técnicos conectan los generadores diésel para proporcionar energía de emergencia a las bombas.

En este momento, los reactores de Fukushima permanecen intactos. Fueron diseñados para resistir un terremoto de magnitud 8.2, y acaban de aguantar la fuerza de uno seis veces más potentes. Un triunfo de la ingeniería japonesa.

Entonces, llegó la ola.

La planta nuclear de Fukushima estaba preparada para soportar una ola gigante de seis metros de altura. Pero la ola del tsunami tenía diez metros de altura, mucho más de lo que se esperaba. Ya has visto lo que ha hecho a las costas de Japón. Los reactores nucleares soportaron este nuevo castigo. Pero los generadores diésel, no. Para entonces, la energía residual era del orden del 1%, una cantidad grande en términos absolutos.

¿Qué hacer? La red eléctrica no funcionaba, los generadores de reserva tampoco. En este punto, pusieron en marcha un sistema de respaldo para el sistema de respaldo: un conjunto de baterías de emergencia. Se esperaba que, durante ocho horas, pudiera proporcionar energía para el sistema de refrigeración. Y eso es exactamente lo que hizo.

Si se llegara a este punto, es que la cosa iba muy mal. Y, para los supervivientes del terremoto y el tsunami, así fue. Las carreteras habían sido borradas del mapa, el tendido eléctrico arrancado de cuajo. Lo único que podían hacer era echar mano de sistemas secundarios de refrigeración, incapaces de enfriar los reactores del modo adecuado. Los generadores móviles que el Ejército llevó no pudieron conectarse por motivos que no conocemos bien (dicen que los enchufes no eran los adecuados, pero dudo que sea algo tan simple).

Lo siguiente que sucedió es lo mismo que pasa si dejas demasiado tiempo la olla al fuego. Se acumula vapor. La presión aumenta. Y, si no liberamos esa presión, todo puede explotar. Por eso, la vasija del reactor tiene válvulas de seguridad, que permiten extraer vapor del sistema y soltarlo a la atmósfera. Por supuesto, eso no es sano, pero en un caso de emergencia es mejor eso que una explosión.

Creo que te voy a poner de nuevo el diagrama del reactor:

Las válvulas soltaron vapor y lo acumularon en la parte superior del edificio de contención, en la zona de la grúa (el número 26). A partir de ahí, basta abrir un hueco y liberarlo a la atmósfera. Sin embargo, dicho vapor contenía nitrógeno-16, un isótopo radiactivo. Los ingenieros decidieron esperar algo más, con objeto de que se desintegrase y perdiesen su radiactividad, cosa que sucede en cuestión de minutos.

Pero, conforme salía vapor, el nivel del agua bajaba. Llegó un punto en el que las barras de aleación de Zircaloy (número 1) comenzaron a quedar al aire. Sin agua para enfriarlas, su temperatura subió mucho. A partir de los 1.200ºC, el circonio reacciona con el agua, produciendo óxido de circonio e hidrógeno. El hidrógeno salió, junto con vapor del agua, a la parte superior (número 26). El problema es que el hidrógeno es altamente explosivo. Una sola chispa, y todo salta por los aires. Que es exactamente lo que sucedió a un reactor tras otro. Los responsables de la central, por ahorrarnos un poco de radiactividad, han proporcionado al mundo las espectaculares imágenes que todos hemos visto. !Un reactor nuclear saltando por los aires!

En realidad, no fue algo tan malo. Ahora tenemos un edificio sin techo, vale, pero la vasija y la estructura de contención siguen intactas. Pero el Zircaloy sigue caliente. Tanto, que comienza a fundirse. Los tubos se abren, y parte de los residuos radiactivos de alta actividad caen al agua. Entre ellos, tenemos el iodo y el cesio. La cosa comienza a ponerse fea. Estamos ya a sábado. Han pasado dos días, y salvo pequeñas fugas, la radiactividad sigue contenida en el reactor.

Pero el sistema de refrigeración sigue sin funcionar bien. Y lo que es peor, el agua pura que se usa como refrigerante comienza a agotarse. Los ingenieros deciden entonces, enfriar los reactores con agua de mar. Es algo que no se debe hacer a menos que haya otro remedio, porque el agua marina absorbe neutrones y se vuelve radiactiva. Pero no hay otro remedio, así que utilizan agua de mar a la que le han mezclado ácido bórido (el boro absorbe los neutrones). Eso hará que el vapor que se libere sea algo más radiactivo, y perjudicará el buen funcionamiento de los reactores, exigiendo una fuerte descontaminación en el futuro. Pero a estas alturas es incierto incluso que Fukushima Daiichi vuelva a producir electricidad para uso comercial, así que a usar agua de mar se ha dicho.

Aun así, la temperatura aumenta. Las barras de combustible en algunos de los reactores se han fundido en parte. Algunas de las vasijas de presión parecen estar dañadas. Los masivos sistemas de confinamiento, en algunos de ellos, también parecen haber sufrido daños. Lo que es peor, algunas de las piscinas para almacenar el combustible gastado se han secado, con lo que las barras que se encuentran allí pueden llegar a fundirse y liberar residuos muy peligrosos.

¿Qué pasaría en el peor de los casos? Si se funde el núcleo del reactor, una masa fundida altamente radiactiva caerá hasta la base (número 20). Es lo que, erróneamente, algunos medios de comunicación llaman fusión; pero no es una fusión nuclear, sino el paso de sólido a líquido (“meltdown”, en inglés). Si la base no aguantase, los residuos radiactivos se abrirían paso hasta capas inferiores de terreno, contaminando todo a su paso, incluidas las capas freáticas. Es lo que se conoce como Síndrome de China. Para tu tranquilidad, te diré que jamás ha sucedido algo así, ni siquiera en Chernobil. En Isla Tres Millas hubo una fundición parcial, pero nada más.

En cualquier caso, hay que enfriar por todos los medios disponibles. En las últimas horas, el Ejército ha llegado a lanzar agua desde helicópteros para enfriar la piscina y el núcleo del reactor 3. Es el más peligroso, porque su combustible nuclear incluye plutonio, una sustancia enormemente venenosa y radiactiva. También están usando camiones de bomberos, de esos que hay en los aeropuertos, e incluso camiones de la policía, de esos que lanzan agua a presión para dispersar manifestaciones. Salvo escupir, están haciendo todo lo que pueden. Y eso en una zona con niveles de radiación tan altos que los bomberos tienen que turnarse cada pocos minutos para lanzar agua. Si no hay héroes en Fukushima, es que no existen los héroes.

Si has leído hasta aquí, mamá, debes estar aterrada. No lo estés. Llevamos una semana, y todavía se contiene al monstruo en su recinto. En las últimas horas, han terminado un tendido eléctrico desde el exterior para conectar las bombas de refrigeración. La temperatura de los reactores parece estar controlada.

Vamos a ver ahora cuál es la situación. Estoy escribiendo a las 21:00 horas del viernes 18 de marzo. Durante los últimos días, los reactores 1 al 3 de Fukushima Daiichi están siendo refrigerados con agua de mar. Sus núcleos parecen que están dañados pero estables. La mayor preocupación ahora está en las piscinas de refrigeración para el combustible usado de los reactores 3 y 4. Allí es donde los bomberos han lanzado agua, y parece que algo les ha llegado. Los niveles de radiación van bajando lentamente. El nuevo tendido eléctrico será conectado a las bombas mañana sábado. Si todo va bien, las bombas principales enfriarán los reactores, comenzando por las 1 y 2. En cuanto a los reactores 5 y 6, no tienen combustible en el núcleo, pero sí en sus respectivas piscinas. La situación allí parece buena. Tanto, que cuando todo esto termine quizá puedan incluso volver a funcionar. En un país con cortes masivos de luz, les hace falta hasta el último kilovatio.

Pueden que este fin de semana, por fin, podamos respirar tranquilos. En el próximo artículo, te iré dando las últimas novedades.

Fukushima

Una de las cosas que me gustaban de mi profesión es que nadie te daba la murga con preguntas. Si te presentas en un grupo y dices que eres médico, puedes apostar a que al menos uno te hará alguna pregunta sobre un dolor de espalda, o si debe tomar tal medicamento contra la tendiditis. Si eres abogado, lo mismo alguien te intenta sacar una consulta gratis sobre cómo protestar una multa. Y si eres político, prepárate a oír “qué hay de lo mío” hasta la extenuación. Pero cuando digo que soy físico, nadie me viene con ah, qué bien, precisamente tengo un cuerpo en caída libre con aceleración aproximadamente constante, y me preguntaba cuánta energía cinética acumula a los tres metros, despreciando rozamientos.

Llegó Fukushima, y menuda semanita llevo. Entre este blog y Twitter (donde acecho bajo el nick de @elprofedefisica), he tenido consultas a montones. Compañeros, conserjes, extraños totales, todos buscando información (salvo algunos que buscaban bronca). No siempre he podido responder a todos, lo siento.

Incluso mi propia madre me llamó hace un par de noches para preguntarme qué estaba pasado. Para que entiendan el alcance de este último detalle, me limitaré a decir que me pasé años intentando convencerla inútilmente de que las bombillas de bajo consumo son una buena idea; sólo cambió de idea cuando su cuñada le dijo lo bien que le iban las que compró para el chalé. Así que, si hasta mi madre pide información, es que el panorama informativo está muy mal.

He intentado calmar esa sed de información. Mis seguidores de Twitter darán buena fe de ello, así como mis lectores en Amazings y en este mismo blog. A pesar de ello, los acontecimientos se precipitaban y he estado demasiado ocupado en seguir la crisis japonesa para poder dar una visión de conjunto. Ahora voy a hacerlo. De modo que aquí comienza el primer artículo de la serie Física para mi madre (y sí, ya sé que suena demasiado parecido al título del artículo La física de los tsunamis explicada para abuelitas, de Sergio Palacios, pero como no lo ha registrado, que se chinche).

Comenzaré por explicarte, mamá, cómo es el reactor nuclear de Fukushima; luego pasaré a narrarte lo que sucedió y cómo hemos llegado hasta hoy; por último, te diré lo que creo que va a pasar. Antes, un aviso: ni se te ocurra leer los comentarios que hay más abajo. En el debate nuclear, hay detractores con argumentos, pero también muchos talibanes con mala leche. Y esos tiran con bala. Ahora que pienso, voy a desactivar los comentarios de este artículo, así que si después de leerlo tienes dudas, me llamas y te lo explico.

¿Lista, mamá? Pues allá vamos.

Hay dos centrales en Fukushima: Fukushima Daiichi (uno) y Fukushima Daini (dos). Fukushima Daiichi es una central nuclear ubicada en Japón, que consta de seis reactores. Está al nordeste de la principal isla, dando al Océano Pacífico. Un reactor nuclear es como una central de gas o de carbón: produces calor, calientas agua, y su vapor alimenta las turbinas que producen electricidad. La diferencia está en cómo lo hace. En un reactor nuclear, lanzas neutrones contra átomos de uranio. Cada átomo se separa en dos trozos (que forman los famosos residuos radiactivos) y produce energía. Sencillo. También funcionan así las bombas atómicas, pero con dos importantes diferencias. La primera es que lo que tenemos en un reactor es una reacción controlada, para que no se nos vaya de las manos. (la explosión de Chernobil fue química, no nuclear). La segunda, muy importante, es que un reactor nunca puede explotar en un estallido nuclear. El uranio (o plutonio) que contiene no está lo bastante enriquecido.

Aquí tienes un diagrama del reactor nuclear de Fukushima, en corte:

Como ves, hay muchos elementos y muchos numeritos, pero tranquila, que te iré comentando lo más relevante. Fíjate en esas barritas rojas marcadas con el número 1. Ahí se alberga el combustible, hecho por pequeñas pastillas de óxido de uranio encapsuladas en barras. Las barras están rodeadas por el refrigerante (en este caso agua), que se lleva el calor para transferirlo a los generadores de electricidad, que no aparecen en el dibujo. Las barras constituyen lo que suele llamarse núcleo del reactor.

Por supuesto, ya sabemos que los residuos radiactivos son peligrosos. Por eso, hay diversas medidas de protección, que funcionan en capas, como una cebolla. En primer lugar, las pastillas de combustible nuclear, cuya temperatura de fusión 2.800ºC. Esas pastillas, del tamaño de una moneda, están selladas dentro de tubos de Zircaloy, una aleación capaz de soportar temperaturas de hasta 1.200ºC; son, repito, las barritas rojas con el número 1. En tercer lugar, tenemos la vasija del reactor (o vasija de presión), que aparece en amarillo. Es una especie de olla a presión, de grueso acero, capaz de resistir grandes presiones. Eso es útil porque este reactor usa agua en ebullición.

La vasija de presión, a su vez, está contenida en la estructura de confinamiento, la cuarta capa. Está mostrado con los números 10 y 19. Se trata de una estructura de acero y cemento de enorme grosor, diseñado para mantener la radiactividad confinada en caso de una ruptura de la vasija. En la parte inferior (número 20) tenemos la quinta línea de defensa, la base: varios metros de cemento para contener el núcleo del reactor incluso si se hubiese fundido. Alrededor de la base está una piscina circular llamada toro, esos dos círculos en la parte inferior, con el número 18. No es que haya corridas allí. Lo que pasa es que es una estructura en forma de donut (recuerda que el dibujo es un corte), y los matemáticos llaman toro a la forma de un donut. !Y luego nos llaman raros a los físicos!

Todo lo anterior está encerrado en el edificio del reactor, cuyas paredes aparecen con el número 21. Fíjate que en la parte superior, por encima de la estructura de confinamiento, se encuentra un hueco abierto. Es donde está la grúa (26). Es donde sucedieron las explosiones de hidrógeno, pero no adelantemos acontecimientos.

Hay otros elementos de seguridad que debo mencionarte. Uno de ellos son las barras de control (número 39), que se usan para detener la reacción nuclear cuando sea necesaria. Luego tenemos los sistemas de refrigeración, un conjunto de bombas hidráulicas. Si has oído algo esta semana, ha sido de esos sistemas. No aparecen en el dibujo, pero estarían a la derecha de la pared 21 (bueno, o a la izquierda, tanto da). Es muy importante que el sistema de refrigeración funcione bien, no sólo para extraer el calor en condiciones normales, sino para extraer el calor residual en caso de emergencia. De otro modo, todo podría calentarse hasta que la vasija se fundiera, y eso no es bueno. Por eso hay el sistema es redundante: hay bombas de emergencia por todos lados.

Finalmente, fíjate en la piscina rotulada con el número 5. Es la piscina de refrigeración. Allí se guardan las barras con el combustible nuclear gastado, que se almacenan durante varios años para que vayan soltando el calor residual sin peligro para la gente. En su momento, se empaquetan y se trasladan a un almacén de residuos nucleares de alta actividad.

A excepción del búnker subterráneo de Obama, un reactor nuclear es la estructura más sólida del mundo. A pesar de ello, en este momento Fukushima concentra las miradas y la preocupación del mundo entero. En el siguiente artículo, te explicaré lo que sucedió.

Disclaimer nuclear

Vista la cantidad de mensajes que ha generado el artículo Por qué no me preocupan los reactores de Japón, y para que sirva a los efectos oportunos, afirmo y dejo constancia de lo siguiente:

1) Sí, soy pronuclear. Puede no gustaros, pero que nadie diga que no aviso de antemano.

2) Si queréis despellejarme por ser pronuclear, vale, lo entiendo. Pero chicos, no me pidáis que defienda el artículo que he escrito, porque no lo he escrito yo. Yo lo he traducido de la forma más fidedigna que he podido.

3) Si pasáis del raciocinio y vais directamente a los insultos, mal, pero vosotros mismos. No esperéis que os responda. Por cierto, mi madre es una santa.

4) Los comentarios hechos por los visitantes, sobre su cabeza caiga. No me hago responsable de nada de lo que se diga allí, y que no me busque nadie las cosquillas por eso.

5) Mensaje especial a los señores del lobby nuclear: ¡HE PERDIDO EL CHEQUE! ¡ENVÍEN OTRO!

Terremoto

Continuando con el improvisado ciclo de artículos divulgativos sobre el terremoto de Japón, hoy vamos a fijarnos un poco en el terremoto en sí. Sergio Palacios ha perpetrado un buen artículo sobre la física de los tsunamis, y aprenderéis todo lo que necesitéis al respecto … aunque no seáis abuelitas.

En lo que quiero centrarme es en las unidades de medida de los terremotos. Dos motivos me impulsan. El primero es que estoy harto de que hablen de los grados Richter como si fuesen Celsius. El segundo, que creo que hay poco conocimiento sobre el tema. La idea parece ser que un terremoto de 9.5 es apenas algo más gordo que uno de 9.0, al igual que una temperatura de 40ºC es sólo algo más caliente que 35ºC. Nada más lejos de la realidad.

Eso sí, sabemos que terremotos de grado 7 o más son bichos gordos. Así lo han visto los cineastas, y las películas de catástrofe, sección sísmica, parecen competir por ver quién pone el número más gordo. En 1974, la película Terremoto mostraba un seismo de 9.9 en Los Ángeles. La magnitud de la catástrofe se sugería en la última frase de la peli, algo así como “era una ciudad tan hermosa”, como dándola por perdida sin remedio. Otra peli del año 1999, llamada en inglés Aftershock: Earthquake in New York, dice en su cartel “El terror se sale de la escala Richter.” En Earthquake 10.5 (de 2006), incluso usan armas nucleares para frenar el terremoto (sí, han leído bien, así que piénsenlo bien antes de verla).

Volcano nos presenta una escala algo menos destructiva (sísmica, al menos). Los operarios de las obras del metro hacen una porra para acertar magnitud y ubicación. Allí no hablan en ningún momento de grados ni del señor Richter. Ganó Palmdale con 4.9.

El reciente terremoto de Japón fue inicialmente medido como de magnitud 8.9; parece que acaban de pasarlo a 9.0. El Instituto Geográfico Nacional arroja una magnitud de 8.8, con un error de 0.4. Mientras escribo estas palabras, la televisión japonesa (streaming en inglés, gracias TVE) informa de una réplica de magnitud 6.4, que ya es un terremoto gordo por derecho propio.

¿Cómo se miden los terremotos? Mediante una escala logarítmica, que permite medir con comodidad cantidades que crecen exponencialmente. El concepto puede que no le resulte familiar, así que permítame una pequeña explicación. Digamos que usted sube escalones, todos iguales. Cada escalón le cuesta cierto esfuerzo. Eso es un crecimiento lineal. Si sube el triple de escalones, el esfuerzo es el triple. Pero imagine que cada escalón tiene una altura doble que el anterior. Ahora, subir del tercer escalón al cuarto le costará el doble de esfuerzo que pasar del segundo al tercero. Y cuando pase del cuarto al quinto, también le costará el doble. Del escalón 10 al 11, mejor ni hablamos. Eso es un crecimiento exponencial.

Un ejemplo que quizá conozcan es el del ajedrez. Se dice que un sabio enseñó a un rey de la India el ajedrez. Agradecido, el rey le concedió al sabio lo que quisiera. Esto es lo que dijo el sabio: dame un grano de arroz por la primera casilla del tablero, dos granos por la segunda casilla, cuatro ganos por la tercera, ocho por la cuarta … así hasta la 64. El rey pensó, aliviado, que era una petición muy razonable. No es así. La décima casilla tendría 512 granos; la vigésima, más de medio millón. A 20 miligramos por grano, ya tenemos diez kilos. La casilla 40 nos daría diez mil toneladas. La 41, y estamos en veinte mil. Al final, la casilla 64 implicaría más arroz del que se ha cosechado en toda la historia de la humanidad, una cantidad de granos con veinte dígitos.

Ahora imaginemos una escala logarítmica, en la que usamos las casillas para indicar cantidades de arroz. En la casilla N habría 2^(N-1) granos de arroz (la primera casilla tiene uno solo, es decir, 2^0). De forma que un millón de granos de arroz cabrían en la casilla 21 (2^20=1.048.576). Así que en lugar de decir “un millón de granos” podemos sustituirlo por “una casilla 21.” Treinta mil millones de granos serían “una casilla 36.” Así, con números pequeños, podemos representar cantidades muy grandes.

La escala sísmica Richter es logarítmica. La idea es que el número que indica la escala sea proporcional al logaritmo de la energía liberada, de forma que un terremoto de magnitud N sea 10 32 10 (creo) veces más energético que uno de magnitud N-1. En principio, la escala Richter se usa hasta la décima: magnitud 8.9, 5.6, 3.3. El problema es que en España se suele informar incorrectamente como “8.9 grados.” Y no es así. Se trata de magnitud (o, en todo caso, grado) 8.9, que es la forma correcta de decirlo. Es como los huracanes. Nunca se dice que el huracán Katrina tiene 3 categorías, sino que es de categoría 3. Pues con los terremotos, lo mismo.

Sin embargo, la escala Richter original ha caído en desgracia en la comunidad sísmica. Richter la inventó en 1935 para separar terremotos grandes y pequeños. Para ello, se fijaba en la amplitud de las ondas de su sismómetro (la energía de una onda es proporcional al cuadrado de su amplitud). De hecho, hay tres escalas Richter, según estemos midiendo ondas longitudinales, transversales o de cuerpo. Por otro lado, esta escala no da una medida fiable de la intensidad real de un terremoto en otra región del mundo, donde las placas tectónicas y la consistencia del terreno serán diferentes. Además, hay un efecto de saturación, lo que significa que terremotos superiores a 8 darán aproximadamente la misma magnitud sea cual sea su intensidad real. Es como si los rótulos de la escala dijeran “magnitud 6, magnitud 7, magnitud 8 y a partir de aquí, la leche de fuerte.” Por eso, hablar de magnitud 8.9 o 9.0 en el caso japonés es algo delicado.

La escala de Richter puede ser modificada. En esta web del Instituto Geográfico Nacional se da información de terremotos en una escala que llaman “mbLg”, una especie de escala Richter modificada usada para terremotos en la Península y Canarias. Para terremotos en otras partes del mundo, usan algo llamado escala de magnitud de momento Se trata de una escala, también relacionada con la energía liberada, que no tiene problemas de saturación a intensidades altas. Para valores más bajos, coincide con la Richter.

Sería, por tanto, preferible hablar de “magnitud 8.9″, y en caso de dudas añadir “en la escala de magnitud de momento.” Hablar de “8.9 grados” es absurdo, máxime cuando la escala Richter no sirve más allá del 8-8.5. Pero nada, parece haber una fijación en España por tratar los “grados Richter” como si fuesen grados centígrados Celsius de temperatura.

También hay que poner las cosas en perspectiva cuando hablamos de terremotos devastadores como el recientemente sucedido en Japón. Su magnitud, 9.0, lo pone en el límite de energía liberada, sólo superado en tiempos modernos por el de Valdivia, Chile de 1960, con magnitud 9.5; el de Alaska (1964), con 9.2; y el tsunami de Indonesia de 2004, de 9.1. El Servicio Geológico de EEUU, hablando precisamente de megaterremotos de película, duda de que puedan existir terremotos de magnitud 10.0 o superiores: “La simple verdad es que no se conocen fallas capaces de generar un ‘mega-terremoto’ de magnitud 10 o mayor”, dicen.

Hay otra escala que resulta útil, porque permite despreocuparnos de la energía del terremoto y cuantificar sus efectos, que es lo que nos preocupa. Se trata de la escala Mercalli (la última versión conocida es la escala Mercalli Modificada, MM), que engloba doce grados o escalas en números romanos. Aquí no hay decimales. Va desde I (muy débil) a XII (catastrófico). Resulta muy útil para saber qué ha hecho el terremoto, pero no sirve para comparar terremotos en intensidad. El terremoto de Indonesia de 2004, por ejemplo, es prácticamente igual en energía al de Japón de 2011, pero la cifra de víctimas es mucho menor en el segundo caso. Por ahora.

Espero que os haya ayudado a entender lo que significa 9.0. Por mi parte, al próximo periodista que me hable de 9.0 grados en la escala Richter, le muerdo un ojo.

Fukushima dosis

[Lo que sigue es un artículo del Dr. Josef Oehmen, científico del MIT. El artículo original (“Why I am not worried about Japan´s nuclear reactors) se encuentra aquí. Me parece uno de los más completos y claros artículos sobre los problemas de Fukushima, y por eso lo incluyo aquí. No es, estrictamente, Física de Película, así que olvidad pelis como “El Síndrome de China” … y luego leed esto. Es largo, así que poneos cómodos. Mis aclaraciones van entre corchetes.

Y para que conste: sí, soy pro-nuclear. Siento que a algunos no os guste. Pero leedlo igual, los detalles son impresionantes]

Estoy escribiendo este texto (12 Marzo) para darte algo de paz de espíritu con relación a algunos de los problemas de Japón, esto es, la seguridad de los reactores nucleares de Japón. Hasta ahora, la situación es seria pero está bajo control. !Y este texto es largo! Pero después de leerlo, sabrás mas sobre las centrales nucleares que todos los periodistas del planeta juntos.

No hay y NO habrá liberaciones significativas de radioactividad.

Por ” significativa” quiero decir un nivel de radiación mayor que lo que recibirías en, digamos, un vuelo a larga distancia, o con beber un vaso de agua cerveza en ciertas zonas con altos niveles de radiación natural.

He estado leyendo cada comunicado de prensa sobre el incidente desde el terremoto. No ha habido ni un solo informe que sea exacto y libre de errores (y parte de ese problema es también una debilidad en la comunicación japonesa sobre la crisis). Por “no libre de errores”, no me refiero a periodismo antinuclear tendencioso – eso es bastante normal estos días. Por “libre de errores” quiero decir errores gordos en relación a las leyes físicas y naturales, así como a una mala interpretación de los datos debida a una obvia falta de comprensión fundamental sobre cómo los reactores nucleares se construyen y funcionan. He leído un informe de 3 págínas en la CNN, donde cada párrafo contenía un error.

Tendremos que ir al lo básico, antes de ir a lo que está pasando

Construcción de los reactores nucleares de Fukushima

Los reactors de Fukushima son del tipo de Reactor de Agua en Ebullición, o BWR [Boiling Water Reactor]. Los Reactores de Agua en Ebullición son similares a una olla a presión. El combustible nuclear caliente agua, el agua entra en ebullición y crea vapor, el vapor impulsa turbinas que crean la electricidad, el vapor se enfría y es condensado de nuevo a agua, y el agua se envía de vuelta para volver a ser calentada por el combustible nuclear. La olla a presión funciona a unos 250 ºC

El combustible nuclear es óxido de uranio. El óxido de uranio es cerámico, con un punto de fusión muy alto, de unos 3000 ºC. El combustible se fabrica en pastillas (pequeños cilindros del tamaño de piezas de Lego). Esas piezas se insertan en un largo tubo hecho de Zircaloy [aleación de circonio] con un punto de fusión de 2200ºC, y se sellan bien. El conjunto se llama barra de combustible. Estas barras se juntan para formar paquetes más largos, y un conjunto de estos paquetes van al reactor. Todos esos paquetes juntos se conocen como “el núcleo”.

La envoltura de Zircaloy es el primer sistema de confinamiento. Separa el combustible radiactivo del resto del mundo.

El núcleo se inserta ahora en una “vasija de presión”. Eso es la olla a presión de que hablamos antes. La vasija de presión es el segundo sistema de confinamiento. Es una cacerola bien fuerte, diseñada para contener con seguridad el núcleo a temperaturas de varios cientos de ºC. Eso cubre los escenarios en los que el enfriamiento puede ser restaurado hasta cierto punto.

Todo el “hardware” del reactor nuclear (la vasija de presión y todas las tuberías, bombas y reservas de refrigerante –agua- ) se envuelve ahora en un tercer sistema de confinamiento. Este sistema es una burbuja hermética, muy gruesa, del mejor acero y cemento. El tercer sistema de confinamiento está diseñado, construido y probado para un único propósito: contener indefinidamente una fundición [meltdown] total del núcleo. Para eso, se ubica un gran y grueso suelo de cemento bajo la vasija de presión (el segundo sistema de confinamiento), todo dentro del tercer sistema. Este es el llamado “recogedor del núcleo”. Si el núcleo se funde y la vasija de presión revienta (y acaba fundiéndose), recogerá el combustible fundido y todo lo demás. Suele construirse de tal forma que el combustible nuclear se esparcirá, permitiendo que se enfríe.

El tercer sistema de confinamiento está a su vez rodeado por el edificio del reactor. El edificio del reactor es una concha exterior que debe mantener el clima fuera, y no dejar entrar nada (esta es la parte que fue dañada por la explosión, pero ya volveremos luego a eso).

Fundamentos de las reacciones nucleares

El combustible de uranio genera calor mediante fisión nuclear. Los grandes átomos de uranio se parten en átomos más pequeños. Eso genera calor y neutrones (una de las partículas que forman un átomo). Cuando el neutrón golpea otro átomo de uranio, lo rompe, generando más neutrones, y así sucesivamente. A eso se llama reacción nuclear en cadena.

Ahora bien, tan sólo empaquetar un montón de barras de combustible generaría un sobrecaliento rápido, y tras unos 45 minutos llegaría a una fundición de las barras de combustible. Vale la pena mencionar en este punto que el combustible nuclear de un reactor NUNCA puede causar una explosión nuclear como la de una bomba atómica. Construir una bomba nuclear es realmente muy difícil (preguntadle a Irán). En Chernobil, la explosión fue causada por una excesiva presión, explosión de hidrógeno y ruptura de todos los sistemas de confinamiento, propulsando material fundido del núcleo hacia la atmósfera (una “bomba sucia”). Por qué eso no puede suceder, y no sucederá, en Japón, lo veremos más adelante.

Para controlar la reacción nuclear en cadena, los operarios del reactor usan las llamadas “barras de control”. Las barras de control absorben los neutrones y acaban instantáneamente con la reacción en cadena. Un reactor nuclear se construye de forma tal que, cuando funciona normalmente, las barras de control están extraídas. El agua del refrigerante se lleva el calor (y lo convierte en vapor y electricidad) a la misma velocidad a la que lo produce el núcleo. Y tienes mucho margen en torno al punto estándar de funcionamiento de 250ºC.

El reto está en que, después de insertar las barras y detener la reacción en cadena, el núcleo continúa produciendo calor. El uranio “detuvo” la reacción en cadena. Pero se crea un conjunto de elementos radiactivos intermedios durante el proceso de fisión, muy particularmente isótopos de Cesio y Yodo, esto es, versiones radiactivas de esos elementos, que tarde o temprano se desintegrarán en átomos más pequeños que no serán radiactivos. Esos elementos siguen desintegrándose y produciendo calor. Como ya no se regeneran a partir del uranio (el uranio dejó de desintegrarse cuando se insertaron las barras de control), decrecen en número, y el núcleo se enfría en cuestión de días, hasta que esos elementos intermedios radiactivos se agutan.

Es el calor residual lo que ahora está causando los problemas.

Así que el primer “tipo” de material radiactivo es el uranio de las barras de combustible, junto con los elementos radiactivos intermedios en los que se convierte el uranio, los cuales también están en las barras de combustible (Cesio y Yodo).

Fuera de las barras de combustible, se crea un segundo tipo de material radiactivo. La diferencia fundamental es ésta: esos materiales radiactivos tienen una vida media muy breve, lo que significa que se desintegran con gran rapidez y se convierten en materiales no radiactivos. Por rápido quiero decir segundos. Si esos materiales radiactivos se liberan en el medio ambiente, sí, se libera radiactividad, pero no, no es peligroso en absoluto. ¿Por qué? Para cuando hayas deletreado “R-A-D-I-O-N-Ú-C-L-I-D-O”, ya serán inofensivos, puesto que se habrán desintegrado en elementos no radiactivos. Esos elementos radiactivos son N-16, el isótopo (o versión) radiactivo del nitrógeno (aire). Los otros son gases nobles como el Argón. Pero ¿de dónde salen? Cuando el uranio se desintegra, genera un neutrón (ver más arriba). La mayoría de los neutrones golpearán otros átomos de uranio y mantendrán en marcha la reacción nuclear. Pero algunos abandonarán la barra de combustible y golpearán las moléculas de agua, o bien el aire contenido en el agua. Entonces, un elemento no radiactivo puede “capturar” el neutrón. Se vuelve radiactivo. Como se ha descrito antes, se librará del neutrón rápidamente (en segundos), para volver a su bonito yo anterior.

Este segundo “tipo” de radiación es muy importante cuando hablemos de radiactividad liberada al medio ambiente más adelante.

Qué sucedió en Fukushima

Intentaré resumir los hechos principales. El terremoto que golpeó Japón fue 5 veces más potente que el peor terremoto para el que la centran nuclear fue construida (la escala Richter es logarítmica; la diferencia entre el 8.2 para el que fue diseñada la central, y el 8.9 que sucedió, es 5 veces, no 0.7). Así que un primer hurra para la ingeniería japonesa, todo aguantó firme.

Cuando el terremoto golpeó con 8.9, los reactores nucleares pasaron todos a modo de cierre automático. En cuestión de segundos, las barras de control habían sido insertadas en el núcleo, y la reacción nuclear en cadena del uranio se detuvo. Ahora el sistema de refrigeración tiene que llevarse el calor residual. La carga de calor residual es aproximadamente un 3% del calor que se tiene en condiciones normales de funcionamiento.

El terremoto destruyó el suministro externo de energía al reactor. Ese es uno de los accidentes más serios para una central nuclear, y en consecuencia, un “apagón del reactor” recibe mucha atención a la hora de diseñar sistemas de respaldo. Se necesita energía para mantener funcionando las bombas que mueven el refrigerante. Como el reactor ha sido apagado, ya no puede producir electricidad por sí mismo.

Las cosas fueron buen durante una hora. Un conjunto múltiple de generadores diésel de emergencia se pusieron en marcha, proporcionando la electricidad necesaria. Entonces llegó el tsunami, mucho más grande de lo que los constructores del reactor habían esperado (ver más arriba, factor 7 [errara: es factor 5]). El tsunami se llevó por delante todos los generadores diésel de emergencia.

Cuando diseñan una central nuclear, los ingenieros siguen la filosofía de “Defensa en Profundidad”. Eso significa que, primero, lo construyes todo para soportar la peor catástrofe que puedas imaginar, y luego diseñas la central de forma que aun así pueda con un fallo del sistema (que no pensabas que podría suceder) tras otro. Un caso así sería un tsunami que se llevase por delante toda la energía de emergencia. La última línea de defensa es ponerlo todo en el tercer sistema de confinamiento (ver más arriba), eso mantendrá todo en el interior del reactor, sea cual sea el problema, con barras de control o sin ella, con el núcleo fundido o sin fundir.

Cuando fueron eliminados los generadores diésel, los operarios del reactor cambiaron a energía de baterías de emergencia. Las baterías fueron diseñadas para ser un respaldo del respaldo, y proporcionar energía para enfriar el núcleo durante 8 horas. Y eso hicieron.

En esas 8 horas, hay que encontrar otra fuente de energía y conectarlo al reactor. La red de energía eléctrica había caído debido al terremoto. Los generadores diésel fueron destruidos por el tsunami. Así que se enviaron generadores diésel móviles en camión.

Aquí es donde las cosas comenzaron a ponerse feas. Los generadores externos no pudieron conectarse al reactor (los enchufes no encajaban). Así que, cuando las baterías se agotasen, el calor residual no podría ser extraído.

En este punto, los operarios del reactor comenzaron a seguir procedimientos de emergencia para un “evento de pérdida del refrigerante”. Es de nuevo un paso en las líneas de “Defensa en Profundidad”. Nunca debería haber fallado por completo la energía a los sistemas de refrigeración, pero lo hizo, así que se “retiraron” a la siguiente línea de defensa. Todo esto, sorprendente como pueda parecernos a nosotros, es parte del entrenamiento del día a día que tienen que seguir los operadores del reactor, hasta la propia fundición del núcleo.

Fue en este punto cuando la gente comenzó a hablar de fundición del núcleo. Porque al final del día, si no se conseguía restaurar la refrigeración, el núcleo acabaría fundiéndose (tras horas o días), y entraría en juego la última línea de defensa, el recogedor del núcleo y el tercer sistema de confinamiento.

Pero en esta fase, el objetivo era gestionar el núcleo mientras se calentaba, y asegurarse de que el primer sistema de confinamiento (los tubos de Zircaloy que contenían el combustible nuclear) y el segundo (nuestra olla a presión) permaneciesen intactos y operativo durante todo el tiempo posible, para dar a los ingenieros tiempo para arreglar los sistemas de refrigeración.

Como refrigerar el núcleo es una tarea enorme, el reactor tiene varios sistemas de refrigeración, cada uno de ellos en múltiples versiones (el sistema de limpieza de agua del reactor, la retirada del calor, el enfriamiento aislante del núcleo del reactor, el sistema de enfriamiento líquido en espera, el sistema de enfriamiento de emergencia del núcleo). Cuál de ellos falló, cuándo, o si no falló, no está claro en estos momentos.

Así que imagina nuestra olla a presión a fuego lento. Los operarios usan cualquier tipo de sistema de refrigeración que tengan a mano para librarse de todo el calor posible, pero la presión comienza a incrementarse. La prioridad ahora es mantener la integridad del primer confinamiento (mantener la temperatura de las barras de combustible por debajo de 2200ºC), así como el segundo confinamiento, la olla. Para mantener la integridad de la olla (el segundo confinamiento), hay que soltar vapor de vez en cuando. Como la capacidad de poder hacerlo en una emergencia es tan importante, el reactor tiene 11 válvulas de presión. Los operarios comenzaron a liberar vapor de vez en cuando para controlar la presión. La temperatura en este punto era de unos 550ºC.

Es entonces cuando comenzaron los informes sobre “filtraciones de radiación”. Creo haber explicado antes por qué ventilar el vapor es teóricamente lo mismo que liberar radiación en el ambiente, pero por qué no era y no es peligroso. El nitrógeno radiactivo y los gases nobles no constituyen una amenaza a la salud humana.

En algún momento de este proceso de ventilación, sucedió la explosión. La explosión tuvo lugar fuera del tercer sistema de confinamiento (nuestra “última línea de defensa”), y fuera del edificio del reactor. Recuerda que el edificio del reactor no tiene ninguna función de contención de la radiactividad. No está del todo claro qué sucedió, pero esto es lo más probable: Los operarios decidieron liberar vapor de la vasija de presión, pero no directamente al exterior, sino al espacio entre el tercer confinamiento y el edificio del reactor (para que el vapor tuviera más tiempo de reducir su radiación). El problema es que, a las altas temperaturas que el núcleo había ya alcanzado, las moléculas de agua pueden “disociarse” en oxígeno e hidrógeno … una mezcla explosiva. Y explotó, fuera del tercer sistema de confinamiento, dañando el edificio del reactor. Fue ese tipo de explosión, pero dentro de la vasija de presión que llevó a la explosión en Chernobil (ya que fue mal diseñado y mal gestionado por los operarios). Esto nunca fue un riesgo en Fukushima. El problema de formación de hidrógeno-oxígeno es de los gordos cuando diseñas un reactor nuclear (si no eres soviético, vamos), así que el reactor se construye y funciona de forma que esto no pueda suceder dentro del sistema de confinamiento. Sucedió en el exterior, lo que no estaba pensado pero era un escenario posible, y estuvo bien, porque no representaba un riesgo al sistema de confinamiento.

Así que, al liberar vapor, la presión estaba bajo control. Ahora bien, si la olla sigue hirviendo, el problema es que el nivel del agua bajará y bajará. El núcleo está cubierto por varios metros de agua para que pase algún tiempo (horas, días) antes de que quede expuesto [al aire]. Una vez que las barras comiencen a quedar expuestas por la parte superior, dicha parte alcanzará la temperatura crítica de 2200ºC en unos 45 minutos. Ahí es cuando fallaría el primer sistema de confinamiento, el tubo de Zircaloy.

Y eso es lo que comenzó a suceder. Antes de que la refrigeración fuese restaurada, se dañó (de forma limitada, pero se dañó) la envoltura de parte del combustible. El propio material nuclear estaba intacto, pero el recubrimiento exterior de Zircaloy comenzó a fundirse. Lo que sucedió a continuación es que algunos de los subproductos de la desintegración del uranio (Cesio y Yodo radiactivos) comenzaron a mezclarse con el vapor. El problema gordo, el uranio, seguía bajo control, ya que las barras de óxido de uranio aguantan hasta los 3000ºC. Se confirmó que se midieron cantidades muy pequeñas de Cesio y Yodo en el vapor liberado a la atmósfera.

Parece que esa fue la “señal de adelante” para un gran plan B. Las pequeñas cantidades de Cesio que se midieron indicaron a los operarios que el primer sistema de confinamiento de una de las barras iba a ceder. El Plan A consistía en restaurar uno de los sistemas de normales de enfriamiento del núcleo. Por qué falló no está claro. Una explicación plausible es que el tsunami también se llevó por delante, o bien contaminó, toda el agua limpia necesaria para los sistemas normales de refrigeración.

El agua usada en el sistema de refrigeración es agua muy limpia, desmineralizada (como destilada). El motivo de usar agua pura es la anteriormente mencionada activación por los neutrones procedentes del uranio: el agua pura no se activa mucho, así que queda prácticamente libre de radiactividad. El polvo o la sal en agua absorberían mejor los neutrones, haciéndose más radiactivos. Esto no afecta al núcleo, ya que le da igual con qué lo enfriemos. Pero hará la vida mucho más difícil para los operarios y los mecánicos, si éstos tienen que trabajar con agua activada (ligeramente radiactiva).

Pero el Plan A había fallado (los sistemas de refrigeración habían caído, o bien no había disponible más agua pura), así que entró el Plan B. Esto es lo que parece que sucedió:

Para evitar una fundición del núcleo, los operarios comenzaron a usar agua de mar para enfriar el núcleo. No estoy seguro de si la usaron para inundar la vasija de presión (el segundo sistema de confinamiento), o si inundaron el tercer confinamiento, sumergiendo la vasija de presión. Pero esto no es relevante.

La cuestión es que el combustible nuclear había sido enfriado. Puesto que la reacción en cadena se había detenido tiempo ha, sólo hay ahora un poco de calor residual. La gran cantidad de agua de refrigeración usada es suficiente para extraer ese calor. Como es un montón de agua, el núcleo ya no produce suficiente calor para generar presiones significativas. Asimismo, se añadió ácido bórico al agua de mar. El ácido bórico es una “barra de control líquida”. Sea lo que sea que siga desintegrándose, el boro capturará los neutrones y acelerará el enfriamiento del núcleo.

El reactor estuvo cerca de una fundición. Esto es lo peor que podía haber pasado, y que se evitó: Si no se hubiera usado el agua de mar, los operarios habrían seguido liberando vapor de agua para evitar una presión excesiva. El tercer sistema de confinamiento habría sido sellado por completo para permitir la fundición sin que se liberase material radiactivo. Tras la fundición, habría habido un período de espera para que los materiales radiactivos intermedios se desintegrasen dentro del reactor, y para que todas las partículas radiactivas se depositasen en la superficie, dentro del sistema de confinamiento. El sistema de refrigeración se restauraría tarde o temprano, y el núcleo fundido se enfriaría hasta una temperatura más manejable. Se limpiaría el sistema de confinamiento por dentro. Luego comenzaría un pesado trabajo de retirada del núcleo fundido, empaquetamiento del combustible (sólido de nuevo) fragmento a fragmento, para su transporte en contenedores hasta las plantas de procesado. Dependiendo del daño, el bloque del reactor sería reparado o desmantelado.

¿Y dónde nos deja esto? Mi evaluación es:

  • La central está asegurada y así permanecerá
  • Japón lo ha declarado un Accidente INES de Nivel 4: Accidente nuclear con consecuencias locales. Eso es malo para la empresa propietaria de la central, pero no para los demás
  • Se ha liberado algo de radiación cuando se ventiló la vasija de presión. Todos los isótopos radiactivos del vapor activado han sido eliminados (desintegrados). Se liberó una cantidad muy pequeña de Cesio y de Yodo. Si estuvieses sentado encima de la chimenea del reactor cuando estaba siendo ventilado, deberías dejar de fumar para volver a tu anterior esperanza de vida. Los isótopos de Cesio y Yodo acabaron en el mar y no volveremos a verlos
  • Hubo un daño limitado en el primer sistema de confinamiento. Eso significa que ciertas cantidades de Cesio y Yodo radiactivo serán también liberadas en el agua de refrigeración, pero no uranio u otras sustancias feas (los óxidos de uranio no se disuelven en agua). Hay instalaciones para tratar el agua de refrigeración del tercer sistema de confinamiento. El Cesio y Yodo radiactivo serán retirados y finalmente almacenados como residuos radiactivos.
  • El agua de mar usada como refrigerante estará activada en cierto grado. Como las barras de control están totalmente insertadas, no está sucediendo la reacción en cadena de uranio. Eso significa que la reacción nuclear “principal” no está sucediendo, y por tanto no contribuye a la activación. Los materiales radiactivos intermedios (Cesio y Yodo) casi han desaparecido en este punto, ya que la desintegración de uranio se detuvo hace tiempo. Eso reduce más la activación- Habrá algo de activación de bajo nivel en el agua de mar, la cual tendrá también que ser retirada.
  • El agua de mar tendrá, con el tiempo, que ser reemplazada con agua “normal” de refrigeración
  • El núcleo del reactor será entonces desmantelado y transportado a una instalación de procesamiento, igual que durante el cambio habitual de combustible.
  • Las barras de combustible y todo el reactor serán revisados en busca de posibles daños. Eso llevará unos 4-5 años.
  • Los sistemas de seguridad de todos los reactores japoneses serán mejorados para poder soportar un terremoto y tsunami de intensidad 9.0 (o peor)
  • (Actualizado) Creo que el mayor problema será una prolongada escasez de energía. 11 de los 55 reactores nucleares de Japón fueron desconectados en varias centrales y tendrán que ser inspeccionados, reduciendo directamente la capacidad de generación nuclear de energía en un 20%, en un país donde el 30% de la capacidad generadora de energía del país es de origen nuclear. No he pensado en posibles consecuencias para otras centrales nucleares no directamente afectadas. Probablemente se podrán cubrir las pérdidas con centrales de gas que se suelen usar solamente para cargas pico, y que ahora tendrán que cubrir también las necesidades de carga base. No estoy familiarizado con la cadena de suministro japonesa de petróleo, gas y carbón, ni con los daños sufridos a los puertos, refinerías, redes de almacenamiento y transporte, así como los daños a la red nacional de distribución. Todo eso incrementará la factura de la luz, y provocará cortes de energía en Japón durante la demanda punta y los esfuerzos de reconstrucción.
  • Todo esto es solamente parte de un cuadro mucho más grande. La respuesta a la emergencia tiene que tratar con problemas de refugios, agua potable, alimentación, cuidados médicos, infraestructura de transportes y comunicaciones, además de al suministro eléctrico. En un mundo con magras redes de suministro, vemos grandes retos en todos esas áreas.

Si quiere seguir informado, olvide los medios tradicionales y consulten los siguientes sitios web:

Midiendo radiaciones

Por si ocurre lo peor en Fukushima, y para dejar las cosas claras, vamos a aclarar las unidades en que se mide la radiación, y en qué consisten éstas. Más vale estar preparados para que luego no nos asusten con comparaciones que confunden más que aclaran.

1) Tipos de radiación

Las radiaciones que vamos a considerar son las llamadas radiaciones ionizantes.Son aquellas capaces de ionizar átomos, es decir, arrancarles un electrón. Vamos, por tanto, a descartar otro tipo de radiaciones como la calorífica, la infrarroja, las ondas de radio o radiofrecuencia, etcétera. Las ionizantes son las que nos asustan. Básicamente, tenemos que preocuparnos de tres: rayos (o radiación) alfa, beta y gamma.

Radiación alfa. Se trata de un núcleo atómico de helio-4: dos protones y dos neutrones. No son muy penetrantes; de hecho, puede detenerlas una hoja de papel. El problema está en que, si dichas radiaciones actúan en el interior del cuerpo, pueden causar estragos. Esto sucede cuando inhalamos material emisor de radiaciones alfa. La muerte de aquel ruso en Londres por polonio es un ejemplo. Por eso a los afectados por radiación alfa se les suele dar pastillas de iodo y de calcio. De iodo, para evitar que el iodo radiactivo se acumule en la tiroides; y de calcio, para evitar que los huesos absorban el isótopos radiactivos de estroncio, elemento químicamente similar al calcio.

Radiación beta. Son electrones, o bien positrones (como los electrones, pero con carga positiva). Su poder de penetración es similar, pero una hoja de aluminio o unos palmos de aire los bloquean. Como las radiacione alfa, son dañinas si penetran el organismo. Por eso a los afectados por radiación alfa se les suele dar pastillas de iodo y de calcio. De iodo, para evitar que el iodo radiactivo se acumule en la tiroides; y de calcio, para evitar que los huesos absorban el isótopos radiactivos de estroncio, elemento químicamente similar al calcio.

Radiación gamma. Se trata de energía electromagnética, similar a los rayos X. De hecho, la única diferencia entre rayos X y gamma es su energía (los gamma son más energéticos). Hace falta varios centímetros de metal para detenerlos.

Estos son los principales tipos de radiación ionizante. Hay otros (rayos cósmicos, muones, piones), pero no son relevantes aquí.

Bien, ¿cómo se miden las radiaciones? Hay varias unidades, que vamos a intentar aclarar.

2) Unidades de medida

Becquerel. Se usa para materiales radiactivos que se desintegran, y es igual a una desintegración nuclear por segundo.

Culombio/kg. Sirve para las radiaciones alfa o beta (que tienen carga eléctrica), y estiman la cantidad de partículas absorbidas por unidad de masa.

Gray (Julio/kg). Similar a la anterior, pero que engloba también a radiaciones como las gamma. Es igual a energía por unidad de masa.

Rad. Similar a la anterior. Un rad es igual a 0.01 Grays.

Sievert (Julio/kg). Es como el Gray, pero se usa cuando la radiación ha sido absorbida por tejido vivo.

Roentgen. Se utiliza para medir la cantidad de iones (partículas cargadas, como átomos; y que me perdonen los expertos por mi poco rigor, ya sé que hay partículas cargadas que no son iones). Un Roentgen es igual a 0,000258 Culombios/kg

Rem (Roentgen Equivalent Man). Es similar al Roentgen, pero se usa para indicar la peligrosidad de la radiación. Es antigua, y no se utliza mucho últimamente. Su principal utilidad estriba en que la energía depositada en un tejido por unidad de masa produce efectos diferentes según qué tipo de radiaciones se trate. Un rem es igual a 0,01 Sievert.

Las unidades que nos interesan aquí son básicamente, el Gray y el Sievert. Sobre todo esta última, ya que nos permite medir la peligrosidad de las radiaciones sobre el ser humano, que es lo que nos preocupa.

Y ahora, la gran pregunta: ¿cuánta radiación es peligrosa? Tiene truco. En principio, cualquier cantidad es peligrosa, no hay límite inferior. Ahora bien, vivimos inmersos en radiactividad. Tenemos múltiples fuentes naturales, desde los rayos cósmicos hasta los plátanos (tienen potasio, una pequeña parte del cual es radiactivo). La dosis media de radiactividad natural que absorbe un ser humano al cabo del año es del orden de 2,4 milisievert (mSv). Así que lo más prudente sería comparar la radiación absorbida con este promedio anual. Si resulta que algo nos hace recibir, digamos, 0,0000001 Sievert, no resulta preocupante, puesto que apenas es 1/40 1/2400 de la dosis anual.

Estas son las dosis promedio que los humanos recibimos:

2,4 mSv/año por fuentes naturales

0,02 mSv por una radiografía estándar

0,003 a 0,11 mSv por una radiografía dental

Según la Comisión Reguladora Nuclear de EEUU, el límite de exposición para el público sea de 1 mSv al año; los operarios que trabajan con material radiactivo no deben superar los 50 mS al año, ni 100 mSv en cinco años. No conozco las cifras españolas, pero imagino que serían similares. En españa, los límites impuestos por la ley son iguales (gracias, Daniel).

Visto esto, he aquí aproximadamente los efectos de la radiación de forma aproximada (y sí, he fusilado la Wikipedia):

1 mSv: límite legal de exposición anual (0,11 uSv a la hora)

2,4 mSv: radiactividad natural al año (0,23 uSv a la hora)

Hasta 0,2 Sv. Sin efectos aparentes.

0,2 a 1 Sv. Síntomas leves. Posible esterilidad masculina temporal.

1 a 2 Sv. Envenenamiento ligero. Mortandad (en 30 días tras la exposición): 10%

3 Sv. Envenamiento severo. Tasa de mortandad: 50%

4 a 6 Sv. Tasa de mortandad del 60%

10 Sv (1000 rems). Mortandad del 100%

Los datos obtenidos recientemente en el incidente de Fukushima (ver p. ej. este enlace) indica que se han medido tasas en las inmediaciones del reactor dañado que iban de 0,07 uSv/hora (u indica millonésima) a 5-7 uSv/h. La fuga no ha durado mucho, así que estas dosis serán muy pequeñas para causar daño alguno.

Según parece, las alegaciones de Greenpeace, según las cuales “La radiactividad alrededor de la central nuclear de Fukushima pasó a ser mil veces mayor de lo normal” pueden inducir a error, ya que es una cantidad más de cien veces inferior al límite anual, y 300 veces inferior a la radiactividad natural de fondo. “Mil veces superior a lo normal” implicaría una liberación de radiación de 0,27 uSv por hora. Las tasas medidas, 7 uSv/hora, serían unas 25 veces (no mil) superior a lo normal, y por supuesto, nadie espera que sigan en ese nivel durante todo un año. No podemos descartar que se hayan emitido cantidades superiores por hora, pero en intervalos de tiempo muy pequeños. En un momento dado, la tasa de radiación subió hasta aproximadamente 1 mSv/hora. Eso es el límite legal anual, y sí representa del orden de cuatro mil veces lo normal, pero hay que señalar que esa dosis disminuyó rapidamente y ahora tiene un valor mucho más bajo.

La situación es distinta dentro del reactor. Hay un trabajador que ha recibido una dosis de 106,3 mSv, ligeramente por encima del límite legal de 5 años. Es posible que algunos de los operarios que están intentando mantener Fukushima bajo control reciban dosis similares, o incluso mayores. Pero permítanme ser brutalmente franco: en un país arrasado y donde los fallecidos se cuentan por cinco cifras, unos pocos milisievert son el último problema que debe preocupar a Japón. Hará falta una ruptura total del núcleo, seguido de una fundición, para que la situación sea realmente alarmante. Para más información sobre el accidente de Fukushima, os recomiendo esta explicación gráfica en El País

Síndrome de China, sala de control

En 1979, se estrenó una película de cine de catástrofes llamada “El Síndrome de China,” en la que se narraban fallos y encubrimientos en una central nuclear. El título aludía a la sugerencia de que, en caso de un fallo masivo, el combustible nuclear se filtraría a través del suelo, hasta llegar al lado opuesto del planeta. Aunque China no está en las antípodas de California, el nombre se quedó. Ayudó mucho, por supuesto, el que doce días después de su estreno el mundo asistiera al fallo en la central nuclear de Isla Tres Millas. Treinta años después, Homer Simpson afirmaba que su jefe no le había despedido “a pesar de tres fusiones y un Síndrome de China.” Es un episodio muy gracioso. Por desgracia, en estos momentos Japón tiene un reactor nuclear al borde de una fusión (entendido como fundición de metal y su paso a líquido, no a fusión termonuclear).

Mientras estamos en vilo con lo sucedido en Japón recientemente, y teniendo en cuenta que un reactor nuclear está en dificultades, considero buena idea dar una rápida introducción a la tecnología nuclear. Señores, señoras, vamos a construir un reactor nuclear.

Lo primero que necesitamos es el material fisionable. Eso es fácil. Basta con algo de uranio, plutonio o torio. Cuando un núcleo de esos elementos recibe un neutrón, se divide en dos fragmentos. En el proceso libera energía y dos neutrones, que luego impactarán con dos núcleos atómicos, produciendo cuatro neutrones, que fisionarán otros cuatro núcleos, los cuales emitirán ocho neutrones, y así sucesivamente.

Por supuesto, queremos que la reacción nuclear sea controlada, no explosiva. Para ello, utilizaremos dos trucos. El primero es diluir el material fisionable, de forma que no podamos obtener una explosión nuclear ni siquiera por accidente. El segundo es introducir material que absorba disminuya la velocidad de los neutrones, de forma que podamos controlar la producción de energía. A ese material que modera el flujo de neutrones lo llamaremos moderador.

En tercer lugar, hemos de extraer la energía para usarla a nuestro gusto. Para ello, nada mejor que un líquido refrigerante, que además servirá para evitar que el reactor se caliente demasiado. El refrigerante pasará el calor a un sistema de turbinas que, conectadas a un generador, producirá electricidad, justo lo que deseamos. Después de ello, el refrigerante pasará por un sistema condensador, donde se le extraerá el calor que le quede, y volverá de nuevo a pasar junto al material fisionable, donde volverá a calentarse, y así una y otra vez.

Por último, pero lo más importante, no queremos que escape radiactividad, ni neutrones, ni nada dañino. Por eso, el material fisionable, el moderador y el refrigerante están contenidos en la vasija de confinamiento o núcleo, una especie de olla exprés con paredes de acero y cemento de varios metros de espesor. Dicha vasija, a su vez, está contenida dentro de una estructura de confinamiento secundaria.

Dependiendo de lo que usemos como moderador y refrigerante, el reactor será de uno u otro tipo. En el caso de la planta nuclear de Fukushima, es un reactor de agua en ebullición, donde se utiliza agua normal y corriente como moderador y refrigerante. Y con eso, nos vamos al Japón. Las últimas noticias al escribir estas líneas indican una explosión en uno de los reactores, así como la liberación de material radiactivo en cantidades desconocidas.

Aunque la información es aún escasa, podemos conjeturar. Una explosión de tipo nuclear está descartada. No solamente la concentración de material fisionable lo hace inviable, sino que un estallido nuclear hubiera desintegrado completamente la central entera, junto con todo lo que estuviese a kilómetros de distancia. Eso nos deja con una explosión convencional, de tipo químico. Según las autoridades japonesas, se ha debido a una concentración de hidrógeno y oxígeno. ¿De dónde han salido? Muy probablemente, del núcleo. El combustible nuclear está envuelto por un cilindro de circonio. A temperaturas altas, el circonio reacciona con el agua produciendo óxido de circonio e hidrógeno. Puesto que la presión en la vasija es tan alta, han tenido que efectuar una liberación de emergencia. Es decir, la olla ha dejado escapar algo de vapor junto con hidrógeno, el cual ha reaccionado con el oxígeno del aire para producir una explosión. Según las autoridades japonesas, la explosión no ha afectado a las vasijas de confinamiento, cosa lógica, pues están diseñadas para resistir casi todo.

Quedan, no obstante, dos grandes problemas. El primero concierne la radiación liberada. Aunque sea en cantidades pequeñas, eso indica que hay una ruptura en alguna parte. El lugar más probable es el circuito primario, el conjunto de tuberías por donde circula el refrigerante. Según el gobierno japonés, no hay fugas significativas de material radiactivo, así que todo indica que la liberación radiactiva que se ha medido se debe a la liberación de emergencia de vapor.

El otro problema, el más crucial, se refiere a la refrigeración en sí. Aunque la reacción de fisión se haya detenido, los subproductos son radiactivos y calientan el refrigerante de la vasija. Las bombas que impulsan el refrigerante están detenidas. Normalmente deberían funcionar gracias a la electricidad de la red eléctrica, y en caso de emergencia, gracias a un sistema diesel. Ambos sistemas han fallado. Tan sólo hay un sistema con baterías, y eso está manteniendo el reactor dentro de límites seguros. Pero las baterías durarán solamente unas horas, y después de eso no habrá forma de bombear el calor fuera de la vasija de confinamiento. Para empeorar las cosas, Fukushima es un reactor de los años 70. Los modelos más modernos utilizan un sistema adicional de enfriamiento de emergencia, usando la propia convección del agua para mover el refrigerante. Es una medida que hubiera ayudado en un caso extremo como este, pero por desgracia, el reactor de Fukushima no dispone de esta ayuda.

Las últimas noticias indican que se está preparando una refrigeración de urgencia, usando agua del mar combinado con ácido bórico (el boro es un buen moderador material absorbente de neutrones), pero las réplicas al terremoto están dificultando los trabajos. Si habéis visto alguna vez alguna película tipo Godzilla, donde los esforzados ingenieros y soldados luchan a brazo partido contra la adversidad, con una mirada impávida y al pie del cañón hasta el último momento. Desde aquí, ruego porque tengan éxito.

Si todo ello fallase, tendríamos lo que se denomina una fusión (meltdown). No se trata de fusión nuclear, sino de fundición: el núcleo del reactor se convierte en metal líquido. En ese caso, más de cien toneladas de material fundido altamente radiactivo caerán al suelo del edificio de contención, donde se encuentra la última línea de defensa: un sistema de contención formado por un suelo ultrarresistente de hormigón. Si ese suelo fallase, el material fundido caería profundamente, alcanzando las capas freáticas y liberando su radiactividad por el agua subterránea. Es un fenómeno denominado Síndrome de China, que se hizo famoso porque la película del mismo nombre fue emitida apenas un par de semanas antes del famoso incidente de la central nuclear Isla Tres Millas. Hay que puntualizar que el Síndrome de China nunca ha sucedido hasta ahora … salvo en los episodios de Los Simpson.

Y eso, de momento, es cuanto sé del asunto en estos momentos, a las 13:20 del Domingo 13 de Marzo de 2011. ACTUALIZACIÓN (13/3, 20:30h). He encontrado una buena explicación gráfica sobre el accidente de Fukushima, en El País