Aplicaciones Pacíficas de la Fisión Nuclear: Radioisótopos en Medicina, Industria y Agricultura

Aplicaciones Pacíficas de la Fisión Nuclear

Generación de Electricidad

Una de las aplicaciones pacíficas de la fisión nuclear es la generación de electricidad. Esta se produce utilizando el calor generado por una reacción en cadena controlada dentro de un reactor nuclear. Un reactor nuclear es un sistema diseñado para controlar la energía producida en la reacción en cadena, impidiendo el aumento indefinido de las fisiones. Consiste en una vasija que contiene el combustible nuclear, que puede ser uranio o plutonio.

Combustible Nuclear

El uranio se utiliza en forma de óxido (U₃O₈). El uranio natural contiene aproximadamente 0.7% del isótopo U-235, una concentración demasiado baja para sostener una reacción en cadena. Para que el combustible nuclear trabaje con eficacia, debe enriquecerse con U-235 a una concentración del 3% al 4%.

Componentes de un Reactor Nuclear

• Material moderador (usualmente agua): Desacelera los neutrones producidos en el proceso de fisión.
• Barras de control (elaboradas con cadmio o boro): Absorben los neutrones. Sin estas barras, el calor generado derretiría el "corazón" del reactor, liberando materiales radiactivos al ambiente.
• Sistema de enfriamiento: Absorbe el calor producido por la fisión nuclear y lo transfiere fuera del reactor para generar vapor de agua y accionar un generador eléctrico.
• Sistema de blindaje: Evita la fuga de radiaciones al exterior del reactor.

Tipos de Reactores Nucleares

Reactores de Potencia

Funcionan como calderas donde la fuente de calor es la reacción de los átomos de U-235. Se utilizan ampliamente para la generación de electricidad y para impulsar grandes buques y submarinos militares.

Reactores de Investigación

Utilizan los neutrones generados en el proceso de fisión para producir radioisótopos y para irradiar materiales con fines de investigación científica y tecnológica. La energía térmica generada se disipa al ambiente a través de torres de enfriamiento.

Centrales Nucleares

Una central nuclear es una instalación formada por un reactor conectado a un sistema de generación eléctrica. La energía obtenida en una central nuclear es enorme en comparación con la producida en una central termoeléctrica. Con la fisión nuclear de 1g de uranio se obtiene la misma cantidad de energía eléctrica que con la combustión de 25,000 kg de carbón.

Actualmente, en Estados Unidos funcionan más de 100 centrales nucleares que abastecen alrededor del 20% del consumo de electricidad. A nivel mundial, se estima que la sexta parte de la electricidad que consume el planeta se produce en unos 600 reactores nucleares de potencia en más de 30 países. Por la necesidad de agua, las centrales nucleares se construyen cerca de un río o un lago.

Isótopos Radiactivos: Trazadores

Trazadores en la Salud

En los reactores nucleares de investigación se producen radioisótopos. Para ello, se bombardean determinados núcleos con neutrones. El comportamiento químico de los radioisótopos es idéntico al de los isótopos estables del mismo elemento, pero se pueden detectar localizando la radiación que emiten.

Los radioisótopos se utilizan como trazadores en reacciones químicas, biológicas y no biológicas. Estos trazadores se introducen en un organismo vivo o en cualquier otro material para seguir su trayectoria a través de la detección de las radiaciones que emiten. Así es posible conocer los procesos que involucran dichos radioisótopos.

Los radioisótopos se han convertido en herramientas muy útiles para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades. Permiten a los médicos detectar tempranamente muchas enfermedades y tratarlas oportunamente. El empleo de radiofármacos con una vida media discreta permite estudiar los órganos y tejidos sin alterarlos. La técnica consiste en administrar el radiofármaco al paciente en dosis pequeñas (ya sea por inyección intravenosa, ingestión oral o inhalación) y, a través de un dispositivo de detección, seguir el recorrido del radiofármaco hasta que se concentre en un tejido u órgano. La radiación emitida por el radiofármaco permite crear una imagen del órgano, la cual es reproducida por medio de un computador y una unidad de video para examinar con mayor precisión su funcionamiento y estructura.

Trazadores para la Industria y la Agricultura

Las aplicaciones de los radioisótopos no se limitan a la salud. También se utilizan en la industria y la agricultura.

Industria

Los trazadores radiactivos se introducen en un determinado proceso y luego se detecta su trayectoria gracias a su emisión radiactiva. Esto permite investigar diversas variables del proceso, por ejemplo:

• Localizar fugas de líquidos o gases que se transportan a través de cañerías subterráneas (como un oleoducto).
• Descubrir caudales de fluidos y si hay filtraciones.
• Obtener imágenes de piezas con su estructura interna utilizando gammagrafías.

En el estudio del medio ambiente, se utilizan para la detección y análisis de contaminantes. La técnica consiste en irradiar una muestra (por ejemplo, agua o suelo) para obtener los espectros gamma que emite y procesar la información con ayuda computacional. Así se pueden identificar los elementos presentes en la muestra y sus concentraciones. Se han aplicado a problemas de contaminación como los causados por el dióxido de azufre, derrames de petróleo, descargas gaseosas a nivel de suelo, contaminación de agua en cursos naturales y la producción de smog.

Agricultura

Los radioisótopos se utilizan en el estudio de la efectividad de los nutrientes sobre distintos cultivos. Se usan fertilizantes marcados con radioisótopos, que se aplican en las plantaciones en tiempos y lugares diferentes. Así es posible determinar qué cantidad de nutrientes capta una planta y en qué época del año se debe aplicar el fertilizante para obtener una mayor productividad.

A partir de mutaciones genéticas inducidas por radioisótopos, es posible lograr cultivos más resistentes a las plagas. Con el suministro de altas dosis de radiación ionizante a insectos machos que constituyen una plaga, se ha logrado controlar la población, ya que estos machos irradiados no dejan descendencia. En Chile se aplica con éxito esta técnica para el control de la mosca de la fruta, lo que ha permitido la expansión de las exportaciones agrícolas chilenas.