Ciencia 07 Nov 2014
¡A darle átomos!

Como prueba de amor hacia nuestros lectores nos internamos en lo profundo de Wikipedia y, con la ayuda de la Ingeniera Julieta Romero, repasamos un par de conceptos básicos de física nuclear.

"Today's proverb: At you smallest components, you are indistinguishable from a forest fire."

Welcome to Night Vale, Ep. 44, "Cookies"

Con El mundo de Beakman habíamos llegado más o menos hasta acá: la materia está hecha de átomos. Éstos están compuestos por las llamadas partículas subatómicas: los neutrones (sin carga) y los protones (de carga positiva) conforman su núcleo, y alrededor están dispuestos en orbitales los electrones (de carga negativa), de la forma que menos energía requiera. Los dos primeros a su vez están compuestos por quarks, que junto con electrones, leptones, bosones, y toda una ensalada de -ones son lo que se llama partículas elementales.

Lo que determina de qué elemento químico es un átomo es la cantidad de protones que tiene el núcleo, expresada en su número atómico (Z). Por ejemplo, el hidrógeno tiene un protón, el helio dos, el litio tres, y así sucesivamente. Cada uno tiene sus propiedades químicas, es decir su manera particular de reaccionar con otros elementos.

En un átomo estándar, normalito, la cantidad de protones, neutrones y electrones va a ser la misma, pero puede haber variaciones. Si le sobra o le falta algún electrón, lo que cambia es la carga del átomo, que va a ser respectivamente negativa o positiva (porque las cargas opuestas de los protones y electrones se anulan). Un átomo cargado se llama ion. Si en cambio tiene algún neutrón de más o de menos, es un isótopo de ese elemento, que vamos a llamar por su masa atómica (A), es decir la suma de la cantidad de protones y de neutrones. Por ejemplo, si la masa atómica del carbono-14 es justamente 14, y sabemos que el carbono tiene 6 protones, quiere decir que los neutrones son 8. Los isótopos de un elemento tienen las mismas propiedades químicas pero distintas propiedades físicas (como el color, conductividad, punto de ebullición o de fusión, entre muchas otras).

Hay isótopos llamados radioactivos que son más inestables que otros, y por eso decaen, es decir que se transforman espontáneamente en versiones más estables. En este proceso emiten radiación: los núcleos van largando partículas, van perdiendo energía, hasta acomodarse un poco. Dicho fenómeno encuentra una aplicación en la medicina, por ejemplo, tanto para el tratamiento como para el diagnóstico de enfermedades, ya que la energía emitida por los isótopos radioactivos deja marcas que, como la Espada del Augurio, nos dejan ver más allá de lo evidente.

Este asunto de la radioactividad lo empiezan a estudiar, a fines del siglo XIX y comienzos del XX, Henri Becquerel y sobre todo Marie y Pierre Curie. Durante las décadas siguientes Bohr, Schrödinger, Chadwick y muchos otros hacen grandes avances en la comprensión de la estructura atómica.

Ahora bien, una de las cosas que se descubre es que todo átomo encierra en sí energía potencial. ¿Por qué? Porque hay una fuerza que se llama "interacción fuerte", que es la que hace que los protones se mantengan unidos en el núcleo junto con los neutrones, a pesar de que las cargas positivas se repelen entre sí. ¿Toda esa historia de que E=mc2? Bueno, tiene que ver con que, a una escala subatómica, la masa es una forma de energía (lo cual no quiere decir que tu profe de yoga tenga razón cuando lo usa como argumento para afirmar que somos seres energéticos).

Lo que nos interesa acá son los dos tipos de procesos nucleares, es decir, cambios físicos que se producen dentro del núcleo de un átomo: la fisión (división de un núcleo en dos) y la fusión (unión de dos núcleos). Ambas pueden liberar una gran cantidad de energía, y desde que Enrico Fermi logró la primera reacción en cadena controlada de fisión en 1942 se intenta aprovechar este enorme potencial, principalmente para generar electricidad o como forma de propulsión.

Pero por otro lado, mientras que manejar una cantidad loca de energía es complicado cuando uno es quisquilloso con lo de "no freír a nadie", y "no explotar todo a la mierda", cuando lo que buscás es precisamente eso las cosas son más bien simples. Es por eso que desde la década del 40 se construyen bombas que usan reacciones nucleares descontroladas, ya sea de fisión (como la bomba de plutonio) o una alternancia de fisión/fusión/fisión (como la bomba H o bomba N).

Fisión: "una vez los dos dijimos hay que separarse"

La fisión del núcleo atómico es el proceso mediante el cual un átomo se divide en dos más livianos, liberando energía. Este es el principio que guía las plantas nucleares, donde se transforma la energía potencial que encierran los átomos en energía térmica, y ésta, mediante una turbina y un generador, en energía eléctrica.

Julieta Romero, Ingeniera Nuclear del Instituto Balseiro, nos explica cómo funciona este proceso:

"[El núcleo] está re pancho y estable. ¿Para qué se va a mover? Pero si viene algo de una energía distinta, un neutrón en este caso, dice "eh, hola, ¿hay lugar para uno más?". Este coso estable ya no va a ser tan estable. Hay algunos átomos que tienen más propensión a ser inestables que otros si los bombardean con un neutrón -hay otros que si se agrega un neutrón no pasa nada- y da la casualidad que el uranio-235 (que es el número de isótopo) es uno de ellos. Entonces viene un neutrón, se mete en esa masa de protones y neutrones y todo empieza a vibrar, como que no puede más, y se separa. En esa separación se libera la energía que venía agarrada".

Es decir, dentro del reactor de una planta nuclear cada átomo de uranio-235 (estable) recibe un neutrón para convertirse en uranio-236 (inestable), que se divide en dos núcleos más pequeños y también neutrones libres, fotones, y otros fragmentos. Los neutrones que se liberan impactan en otros átomos y generan una reacción en cadena.

El proceso, además de ser un flash, es muy rendidor: una pastilla de uranio del tamaño de una aspirina produce la misma energía que una tonelada de carbón, 40 garrafas de gas, o tres barriles de petróleo. Entonces uranio + un poquito de energía=bocha de energía y ¿qué más?

"Lo que hay de residuo propiamente dicho es el combustible nuclear. Cuando lo terminan de usar, lo llevan a unas piletas porque todavía está caliente y si vos lo sacás de ahí se derrite, se rompe. Así que se lo deja unos años y una vez que se enfrió lo suficiente se lo puede llevar a lo que se llama almacenamiento en seco, en unos silos. Son unos tachos de concreto donde lo metés, tapás, y dejás de nuevo que dacaiga, porque se está enfriando. El átomo sigue inestable y con eso se sigue perdiendo por ejemplo un electrón, y con eso se fue un poco de energía. Un protón, un cacho de radiación. Hasta que se estabiliza: llega un punto que dice "bueno, me calmo".Eso se puede reprocesar. Cuando sacás el elemento tiene algo de combustible adentro, lo que pasa es que ya no te sirve por una cuestión de eficiencia adentro del reactor. Pero es otro tratamiento, más complicado y que acá no se está llevando a cabo de forma comercial.La otra opción es seguir almacenándolo, primero en la pileta, después en el silo, y una vez que se puede manipular queda el residuo de más larga vida media, que tarda muchísimos años en decaer. Esa es la gran piedra en el zapato de la industria nuclear. Una de las posibilidades es hacer un pozo grande bajo tierra, confinarlo bien y guardarlo ahí. En realidad no pasa nada con que esté afuera, pero está más vulnerable a ataques aéreos o cualquier boludez.Para eso se estudia qué instalaciones duran más en la vida de un país, porque son cosas que tenés que cuidar a lo largo de muchos años y muchas generaciones. Entonces se lo suele hacer cerca de lugares militares, que son los que más duran en general". Fusión: como decían las Spice, when two become one

Por otro lado, tenemos el proceso contrario, la fusión nuclear, mediante la cual varios núcleos atómicos se unen para formar uno más pesado. Estas reacciones son las que se producen en las estrellas, a temperaturas de millones de grados centígrados, y por eso se las llama también reacciones termonucleares.

Lo que sucede es que hay que aportar una gran cantidad de energía para vencer la fuerza elecrostática que hace que los núcleos se repelan entre sí, pero (si los núcleos en cuestión son más livianos que el hierro) la reacción liberará una gran cantidad de energía. Comparada con cualquier otra fuente energética, esta es decididamente la mejor apuesta en términos de eficiencia, "limpieza", y disponibilidad de su combustible.

Si bien en la década del 40 el Proyecto Manhattan se abocó a su uso para fines bélicos, culminando en 1952 con la detonación de la bomba Ivy Mike en las Islas Marshall, hasta el momento no se ha logrado mantener una fusión nuclear en forma sostenida, controlada, y utilizable, y contener de alguna forma las temperaturas astronómicas (literalmente) que esto requiere. De ahí que se hablara tanto de "fusión en frío", ese Santo Grial de las películas de espionaje técnico de la Guerra Fría, ese secreto utópico que Elizabeth Shue llevaba escondido en el corpiño en El santo, ese sueño de independencia energética nacional y popular que fue Isla Huemul.

Conseguir desarrollar una planta termonuclear sería sumamente ventajoso, ya que el combustible necesario es muy abundante, los desechos inofensivos, y las instalaciones casi a prueba de fallas. Sobre todo, la fusión nuclear brinda 1.000.000 de veces más energía que el fuego, hasta 1.000 veces más de la que se invierte. El rendimiento es mucho mayor que el de la fisión nuclear.

Sin embargo, todavía parecen faltar un par de décadas de investigación para llegar a este objetivo. Por el momento se se está intentando conseguir emisiones sostenidas de plasma, que no es eso que pierden los fantasmas en Ghostbusters, sino un estado de la materia (distinto al sólido, al líquido y al gaseoso), fluido y cargado eléctricamente. En este caso se trata de una mezcla de deuterio y tritio (dos isótopos del hidrógeno), que sería el combustible a fusionar, y que tiene que estar a la presión y temperatura justa en forma contínua. Por ahora sólo se consiguen emisiones de algunos segundos.

El proyecto de mayor envergadura en este sentido es el ITER (Reactor Termonuclear Experimental Internacional), una instalación monstruosa que se empezó a construir en el sur de Francia en 2008. Es un tokamak, según un diseño ruso de los años 50: un gran artefacto de confinamiento electromagnético dentro de una cámara de vacío, capaz de contener una reacción termonuclear. Algo así como un termo electrómagnetico con una estrellita artificial adentro.

La financiación, el diseño y la dirección del proyecto son compartidas por 35 países, entre ellos EEUU, Rusia, la Unión Europea, China, Japón, Corea del Sur, e India. Llevan invertidos no menos de 15.000 millones de dólares y se estima que tienen para al menos una década más.

Por el momento es un gastadero de guita, lleno de promesa y super interesante, pero con una obra descomunal siempre al borde de colapsar bajo su propio peso. Aunque, como dicen que dijo Norbert Holtkamp, antiguo vicedirector, "si gastás todo lo que puedas, después de los primeros 1.000 millones nadie nos va a parar el proyecto". Si eso no es sabiduría burocrática, no sé qué es.

¿Podrá la fusión nuclear acercarnos al sueño de poner el aire en 17° todo el verano y que te chupe un huevo? ¿La veremos nosotros, nuestros hijos o nuestros nietos? ¿Y qué va a significar esta tecnología, el día que se consiga, para los países que no tengan acceso a ella?

Mientras tratamos de descular todos estos problemas, hacemos eco de la plegaria de Homero Simpson: "Señor, agradecemos también la energía nuclear, la energía más limpia y segura después de la solar, que realmente es sólo un sueño".

***

Julieta Romero tiene 27 años y en 2011 se recibió de Ingeniera Nuclear en el Instituto Balseiro. La conocimos en la Comic-Con 2013 vestida de Khaleesi, paseando sus dragones por la convención, y decidimos que era una genia.

-¿Cómo fue que elegiste estudiar Ingeniería Nuclear?

-En realidad yo quería estudiar Física al principio porque me interesaba mucho de chiquita descubrir el porqué de las cosas. Eso derivó después en preguntarme qué carrera me explicaba más de estas cosas que quería saber. Y ahí entré en contacto con la física, a través de los padres de un ex-novio que eran los dos físicos del Balseiro, en Bariloche. Yo ya vivía ahí desde los nueve años.

Pero bueno, para entrar al Balseiro tenés que hacer dos años previos de Ingeniería para rendir el examen de ingreso, porque después es becada la carrera. Esos dos años se pueden hacer en cualquier universidad, y yo estudié Ingeniería Mecánica en la Universidad Nacional del Comahue, en Bariloche. Ahí vi lo que era la Ingeniería y me pareció que estaba muy bueno, porque es más del hacer, y yo soy muy inquieta con eso también.

Después rendí el examen de ingreso, entré para la carrera de Física, y ahí decidí pasarme a Nuclear, porque descubrí que la carrera que más me acercaba al conocimiento que yo quería tener sobre las cosas, y a su vez el hacer de la Ingeniería. Mezcla un poquito de las dos cosas.

-¿Cómo es estudiar en el Balseiro? Los humanistas porteños nos lo imaginamos como una mezcla de Escuela Xavier para Jóvenes Talentos y una especie de monasterio del Saber.

¡Nah, si no yo no podría haber ido a estudiar ahí! Hay de todo, cerebritos y gente como una, que se rompió el lomo estudiando para entrar y fue surfeando las dificultades en el camino.

Estudiar en el IB es muy lindo, te dan una beca, que alcanza muy bien para vivir sin laburar (de hecho no trabajar es obligatorio una vez que entraste), vivís en un campus (si querés), y eso está bárbaro. La mayoría de los profesores viven en el mismo lugar, dentro del predio, y suelen estar dispuestos a responder cualquier duda fuera de horario laboral. Y encima vivís en Bariloche. Parece sacado de una película.

Más allá del estudio, hay cancha de fútbol, tenis, una palestra, ping pong, kayak, windsurf, tablas de ski y snowboard. También se suele salir a cenar, al boliche, a la montaña... En fin, para citar a un colega amarillo, "trabajamos y nos divertimos". Todo en la justa medida que te permita después rendir bien los finales, claro.

- ¿Cuáles son las incumbencias de un Ingeniero Nuclear?

-¡Son muchas! Sos un Ingeniero, que es más que nada por estar en el Balseiro. Corto, es que abrís un libro, lo leés y lo podés hacer. Porque tengo compañeros desde lugares de marketing, que nada que ver, hasta en YPF, en Nucleoeléctrica (que estoy yo), en el ITER. Así que es medio de todo. Por ahí la incumbencia de un Ingeniero Nuclear es saber un poco de todo, poder trabajar.

- Vos trabajás para NA-SA, acá en Capital. ¿Qué es lo que hacés específicamente?

Estoy en la parte de seguridad nuclear: Regulaciones Nucleares, Seguridad y Salvaguardia. Según un papelito, soy "Asistente en temas de licenciamiento", pero la verdad es que no hago una tarea fija. Dependiendo de qué se necesite con mayor o menor urgencia, ahí voy. Básicamente, escritorio: muchos papeles y compu (hacer informes, corregirlos, chequear si se cumple una norma de la Autoridad Regulatoria Nuclear, a veces ir a la planta a buscar información...).

Es la parte que está más en contacto con la ARN, que regula las actividades nucleares que se llevan a cabo. Estamos en contacto con eso y con la planta, y tratamos de pasar información y directivas.

Por ejemplo, ahora con Atucha II, para poder arrancar hay que cumplir ciertos requisitos de seguridad y normativa. Entonces pasa por nuestra oficina, nosotros vemos que esté todo ok, y lo mandamos a la ARN para ver si aprueba o no aprueba que se ponga en actividad. También tenés que estar muy pendiente de las actualizaciones de las cosas de seguridad, por ejemplo, que no se pongan obsoletos los equipos, todo el tiempo tener actualizados informes que te expliquen qué hacer si suenan las alarmas, qué hacer cuando pasa un accidente, qué posibilidades hay de que suceda cada accidente, o un incendio, en qué puede afectar que la planta se te haga pelota.

-¿Tiene peso ser mujer al trabajar en este campo? ¿Lo tuvo cuando estudiabas?

Tiene peso en la medida que lo dejes pesar. Yo no me siento en un lugar privilegiado por el hecho de haber nacido mujer y haber elegido esta carrera. Tampoco me siento disminuída, pero para esto hay que luchar un poquito más, porque globalmente está implícito que las ingenierías en general son "carreras de hombre", más en generaciones anteriores a la mía (por lo tanto, de mis jefes y profesores). Para mí era fundamental que no me tomaran como "la chica del curso" -porque sí, estaba sola en mi curso- entonces tomaba tal vez una actitud bien de pares con mis compañeros (pero manteniendo mi femineidad, por supuesto). Quizás sí hay que mantenerse algo alerta, y en la mínima medida en que alguien implica que sos menos capaz porque sos mujer, hacérselos saber, porque capaz no se dan cuenta al tenerlo tan inculcado de generaciones anteriores. Hablando se entiende la gente. Igual yo creo que eso está cambiando bastante y para bien. Go girl!

-Y después tenés tu proyecto paralelo en jdragones.com.ar...

-Sí, que lo vengo medio postergando porque me apareció lo del cosplay que es otra cosa que me gustó hacer. Pero me gustaría eventualmente poder explicar estos temas nucleares, en palabras fáciles, para la gente que está interesada pero no se quiere comer el embole de tecnicismos, o por ahí no sabe que está interesada pero nadie se acercó a contarle. ¿Entonces cómo vas a saber?

Siempre me gustó dibujar, y me encantan los dragones, no sé bien por qué bien. Estéticamente me llamaban mucho la atención, me parecían muy lindos, una cosa muy bella. Con los dragones de Ciruelo me empezó a pasar. Empecé a meterlos en cosas cotidianas, incluso los dibujaba cocinando, haciendo de todo. Y se me ocurrió dibujar el átomo de dragones, o el drátomo. Me pareció una linda idea para aprovechar y explicar un poco esto de la fisión. Porque cuando uno ve un material no tan convencional es más divertido.

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