Contaminación y envenenamiento por radiación

El reciente envío dedicado a la lluvia radiactiva en Jericho, me ha recordado otro posible error relacionado con la radiactividad, en otra serie de televisión. Se trata de mi muy querida Babylon 5. En el episodio Solo en la Noche, unos Starfuries (los cazas de los humanos) son atacados por una nave desconocida, y abducen al comandante Sheridan (el prota). El único superviviente, tiene la nave dañada y la computadora le dice que hay una fuga en el reactor, y que la radiación ha alcanzado un nivel terminal. Sabiéndose condenado, intenta volver a la estación Babylon 5, para informar de lo ocurrido. Al llegar, es llevado inmediatamente al laboratorio médico, y aislado para evitar que toda la estación se contamine. Pues bien, esa temor a contaminar toda la estación parece algo infundado, ya que una persona que ha sido irradiada, no se vuelve necesariamente radiactiva.

Lo primero que hay que tener claro es qué es exactamente la radiactividad. Veamos, la radiactividad no es más que un fenómeno mediante el cual determinados átomos emiten partículas subatómicas o radiación electromagnética. Existen isótopos de elementos, que por su configuración atómica, son inherentemente inestables. Estos isótopos se denominan radiactivos, y cuando alcanzan una configuración estable, expulsan partículas como neutrones, protones o electrones (o más), o emiten fotones en forma de radiación de muy alta frecuencia (o ambas cosas) que se denomina radiación ionizante, por tener la capacidad de «arrancar» electrones de sus átomos, ionizando la materia. Los más conocidos son los isótopos del uranio y el plutonio, pero existen muchos más, como el famoso carbono-14, isótopo radiactivo del carbono.

Un átomo que pierde o adquiere neutrones, se convierte en un isótopo diferente del mismo elemento. Un átomo que pierde o adquiere protones, se convierte en un elemento diferente. Parece evidente que un elemento radiactivo, va transformándose poco a poco en otra cosa. Así, el carbono-14, por ejemplo, se convierte espontáneamente en nitrógeno-14 (o nitrógeno «a secas», ya que es el isótopo de nitrógeno más abundante), emitiendo radiación beta (electrones).

De las radiaciones emitidas por un elemento radiactivo, la más peligrosa para nosotros es la radiación electromagnética ionizante, esto es, fotones de muy alta frecuencia, y por tanto de muy alta energía. Esta radiación nos afecta a nivel celular, dañando nuestras células o interfiriendo en su división, provocando desagradables síntomas, y si la dosis recibida es suficiente, la muerte. Pero fijáos que eso simplemente nos daña, no nos vuelve más radiactivos (y digo más, porque todos los seres vivos tenemos cierta cantidad de carbono-14, por lo que todos somos radiactivos en cierta medida). Para que un isótopo no radiactivo se vuelva radiactivo, necesariamente debe modificar su número de nucleones, es decir, protones y neutrones, cosa que la radiación electromagnética no hace.

Hay otro tipo de radiación, que está formado por neutrones. Esta radiación de neutrones sí puede convertir un isótopo estable en uno radiactivo. Así, si un isótopo de nitrógeno-14 de nuestra atmósfera absorbe un neutron, obtenemos nuevamente carbono-14 (y un átomo de hidrógeno). La radiación de neutrones es normalmente menos penetrante que la electromagnética (aunque depende del material), y necesitamos una dosis muy alta para alterar de forma significativa el entorno. Para hacernos una idea, los materiales del núcleo un reactor nuclear, son remplazados y desechados de forma periódica, debido precisamente a la radiación de neutrones, pero son considerados como desechos radiactivos de bajo nivel, y están siendo irradiados constantemente. Otro ejemplo sería una detonación nuclear, en la que el material de los alrededores se vuelve radiactivo, a una distancia en la que ese fenómeno sería el menor de nuestros problemas.

Existe otro caso en el que una persona que haya tenido contacto con material radiactivo, sea peligrosa, y es porque haya sido contaminada. Eso quiere decir que es portadora de material radiactivo, bien porque lo haya inhalado, ingerido, o tenga restos pegados a la piel, entre el pelo, o bajo las uñas. Es decir, no es que se haya vuelto radiactivo por la radiación recibida, sino que ha entrado en contacto directo con material radiactivo externo, y parte se le ha quedado adherido o dentro de él.

Volviendo al episodio de Babylon 5, ninguna de las dos opciones que hemos visto parece posible. Por un lado, para que el piloto se «volviera radiactivo», tendría que haber recibido una dosis brutal de radiación de neutrones. Además, teniendo en cuenta que en muchos casos, los elementos químicos se «transmutan» en otros, seguramente habría muerto casi de inmediato. La contaminación por contacto directo es también descartable, ya que el piloto iba enfundado en un traje de astronauta, completamente presurizado y aislado. En todo caso, se habría contaminado el traje, que le habrían quitado antes de llevarlo al laboratorio médico.

La fusión nuclear y el hidrógeno

Este fin de semana, en el suplemento dominical de El Pais, aparecía un artículo titulado Un sol en la Tierra, que hablaba del ITER y la fusión nuclear. El artículo comienza enumerando las fuentes de energía actuales y sus respectivos problemas de todos conocidos: los combustibles fósiles no durarán mucho y son altamente contaminantes, y la energía nuclear genera residuos radiactivos que duran miles de años. Entonces añade lo siguiente:

¿Qué queda? El hidrógeno no vale porque es un almacén de energía, no una fuente en sí misma. Las energías renovables, por supuesto. Y algo que hoy por hoy no es más que un montón de datos científicos y una esperanza: la energía de fusión nuclear.

El decir que el hidrógeno no vale, para después afirmar que la fusión nuclear es una esperanza, es una contradicción, ya que la fusión nuclear que pretende investigar el ITER, utiliza hidrógeno como combustible. Aún peor, se necesitan dos isótopos de hidrógeno, el deuterio y el tritio, que son menos comunes que el hidrógeno-1.

¿Y cómo funciona esto? Muy fácil. En la fusión nuclear se unen átomos de elementos ligeros para formar átomos de elementos más pesados. En las reacciones que nos interesan como fuente de energía, el total de la masa obtenida es inferior al total de la masa proporcionada, por lo que la diferencia es emitida en forma de energía, siguiendo la conocidísima ecuación E=mc². Se conocen varios tipos de fusión nuclear, pero la más sencilla es la que un átomo de deuterio y otro de tritio, se unen para formar un átomo de helio. Es la misma reacción que se produce en las estrellas durante la mayor parte de su vida.

Entonces ¿qué sentido tiene la afirmación del párrafo? Por un lado, el hidrógeno es muchísimo más abundante que el petróleo, el carbón, el gas o el uranio. Lo tenemos en la atmósfera, en el agua, en numerosos compuestos. Además, es el elemento más común del universo. Pero por otro lado, el deuterio y el tritio son menos comunes que el hidrógeno-1. ¿Cómo se puede descartar el hidrógeno como fuente de energía, pero proponiendo el deuterio y el tritio? Yo no lo sé.

Terminaré con un pequeño matiz, y es que la fusión nuclear, no es una fuente de energía renovable, ya que consume hidrógeno. Una fuente de energía se considera renovable cuando su utilización no altera la fuente, o esta se renueva. Es decir, el sol seguirá emitiendo energía, la aprovechemos o no con placas solares. La luna seguirá dando vueltas alrededor de la tierra, aprovechemos o no la energía maremotriz. Los ríos seguirán fluyendo aprovechemos o no los saltos de agua. Pero el hidrógeno, por muy abundante que sea, se consume. De hecho, hasta las estrellas terminan por consumir su hidrógeno, y sufren cambios a lo largo de su vida, hasta que finalmente "mueren".

Atomic Train (y seguimos)

Ayer comentaba la peli del sábado pasado, Atomic Train, explicando por qué era bastante improbable que se produjese la explosión nuclear cuando el material inflamable del tren saltó por los aires. Hoy seguiremos con la explosión en sí y sus efectos.

Los principales y más inmediatos efectos de una explosión nuclear son básicamente los mismos que en una explosión convencional, pero a una escala muy superior: el calor generado y la onda expansiva. A eso hay que añadirle la inevitable radiación producida, por una lado por la propia explosión, en forma sobre todo de rayos X (que en grandes dosis son letales), y por otro lado en forma de residuos radioactivos, dado que no todo el material fisionable de la bomba es consumido, y parte de él es lanzado en todas direcciones. Existe otro efecto del que hablaremos más adelante, que es el pulso electromagnético o PEM.

El efecto más devastador de una explosión nuclear es sin duda la onda expansiva, debido a que puede propagarse hasta largas distancias, arrasando edificios y destrozando cuerpos humanos. El calor generado y la radiación X sólo son importantes en las cercanías de la explosión, y sólo un milagro podría salvarte en ese caso. Si la onda expansiva no te reduce a puré, el calor te incinerará o la radiación te matará. A la suficiente distancia, sólo hay que tener en cuenta la onda expansiva (en el momento de la explosión, claro, que luego vendrán los problemas de la radiactividad).

Y una onda expansiva no es más que un brutal aumento de presión del aire seguido de vientos a grán velocidad, suficiente para producir destrozos devastadores. En la película, sin embargo, en algunas tomas vemos una especie de lengua de fuego, al más puro estilo ID4. Curiosamente, en otras tomas, sólo vemos la onda expansiva (en realidad, lo que vemos es su efecto). Éstas serían más acordes con la realidad.

Antes he dicho que hablaría de otro importante efecto de una detonación nuclear: el pulso electromagnético. Pero prefiero esperar a mañana, ya que el tratamiento erróneo de los PEMs en el cine da para mucho.

Atomic Train

Este sábado pusieron en la tele un telefilme de esos de "relleno para la tarde" y poco presupuesto, llamado Atomic Train. Tengo que reconocer que tengo un gusto malsano por este tipo de cutrepelículas, y que disfruto más cuanto más malas son. Esta concretamente tiene tal cantidad de burradas y disparates que sería imposibles enumerarlas todas. Y no sólo desde el punto de vista del tratamiento de las leyes físicas, que es lo que nos interesa aquí, sino reacciones absurdas de personajes. Así que de momento me limitaré a comentar una de las escenas que demuestran un nulo interés por documentarse un poco en este tipo de telefilmes: la explosión nuclear.

He de decir que esta película ya la habían puesto anteriormente, como mínimo una vez. Fue en aquella ocasión cuando la vi, y anteayer no pude volver a verla, por lo que habrá cosas que no recuerde bien. Básicamente la película consiste en un tren que lleva entre otras cosas una cabeza nuclear, y que sufre "una serie de catastróficas desdichas" hasta que termina descarrilando cerca de Denver y se incendia. Uno de los personajes se mete en ese infierno para desactivar la cabeza nuclear (y uno se pregunta ¿por qué demonios iba armada?), con la mala suerte que en el mismo vagón donde estaba el artefacto, había contenedores con material inflamable con el agua. Uno de los helicopteros que iban a apagar el fuego suelta su carga de agua y todo salta por los aires, detonando la cabeza nuclear. Una demoledora onda expansiva arrasa Denver, aunque algunos sobreviven para continuar la película.

Un arma nuclear es algo devastador, y por ese motivo se diseña de forma que no sea fácil que explote de forma accidental. ¿Cómo funcionan? Un arma nuclear se basa en reacciones nucleares, que consisten en procesos en los que átomos de determinados elementos se transforman en otros, mediante el intercambio de partículas atómicas (las más conocidas para el profano son los electrones, protones, y neutrones). Estos procesos pueden necesitar energía para que ocurran, o por el contrario, desprenderla. Són estos últimos los que nos interesan si queremos construir un arma. De hecho, es la energía liberada por las reacciones nucleares lo que produce esas inmensas explosiones. Por otro lado, una reacción nuclear puede ser dos tipos: de fusión, en la que varios átomos ligeros se unen para formar otros más pesados (como en las estrellas) o de fisión, en la que átomos pesados se dividen en varios átomos más ligeros (como en las centrales nucleares). Se pueden hacer bombas con cualquiera de los dos tipos de reacciones nucleares, pero las más utilizadas (y las que salen en las películas) son las de fisión.

Vale, muy interesante, pero ¿cómo funciona? Para producir una reacción nuclear de fisión se utilizan normalmente uranio o plutonio. Estos elementos son muy pesados y experimentan una reacción nuclear espontánea cuando alcanzan determinada masa, que se conoce como masa crítica. A grandes rasgos, quiere decir sólo tengo que juntar el suficiente uranio o plutonio y ponerlo todo junto. Lógicamente, no es así de simple, pues influye la forma geométrica del material, y si está rodeado o no de algún material que refleje neutrones, pero de momento vale para entendernos.

Pero ¿cómo funciona? insisto. Ya llegamos a eso. Habitualmente se utilizan dos tipos de diseños para construir un artefacto nuclear. El primero y más primitivo es tener dos trozos de material fisionable (normalmente uranio), que por separado no alcanzan la masa crítica, pero que juntos la superan. Los trozos se colocan separados en una especie de pistón. En uno de los extremos se coloca un explosivo convencional de forma que al detonar, empuja uno de los trozos de material contra el otro, y se inicia la reacción. Este diseño es sencillo, pero poco eficiente, algo peligroso, y además no funciona con plutonio.

El otro diseño consiste en una esfera de material fisionable (uranio o plutonio) rodeada por explosivos milimétricamente colocados y calibrados para que al detonarlos, la esfera de material se comprima de forma brutal, y alcance la masa crítica (a pesar del nombre, no sólo depende de la masa, sino también de la densidad). Este diseño es más complicado y delicado. Si los explosivos no están correctamente colocados o si no explotan como deben, no se alcanzará la masa crítica. Es lo que ocurre, por ejemplo, en la película El Pacificador (George Clooney y Nicole Kidman), en la que al final evitan la detonación nuclear arrancando uno de los paneles explosivos.

El diseño en esfera es el más utilizado de los dos (el otro se considera obsoleto), por lo que volviendo a la película del tren, hemos de suponer que el artefacto nuclear era de este tipo. Y por lo que hemos visto, es casi imposible que se produjese la detonación nuclear cuando el material inflamable del vagón explota.

La cosa no acaba aquí, mañana más.