Chernobyl: reactores vs. bombas nucleares

Cuando me enteré de la miniserie de HBO y del interés que ha causado esperaba que no fuese otro drama sensacionalista que serviría como material extra para el movimiento anti-nuclear. Me dejó conforme y admito que me gustó más de lo que esperaba, sin embargo hay escenas y situaciones que son sólo ficción y existen exclusivamente para aumentar el dramatismo. Chernobyl (escrito en cursivas se refiere a la miniserie de HBO) es una excelente producción pero hay que recordar que es una serie de TV por lo que a falta de dragones HBO optó más de una vez por el drama sobre estricto rigor. Algunos aspectos son parcialmente aclarados al final de la serie, por ejemplo que la física Ulana Khomyuk no es un personaje real sino que la composición de decenas de científicos/as que trabajaron en Chernobyl investigando las causas del accidente; lamentablemente las varias exageraciones y errores más relevantes de la serie no son corregidas.
En series de años anteriores hemos visto personajes luchando contra monstruos que aterrorizan pequeños pueblos; este año la nueva miniserie de HBO nos presenta un monstruo más aterrador porque es invisible, sus efectos son horrendos y aunque aparece originalmente en un pequeño pueblo puede poner en peligro zonas más extensas. Más relevante es que contrario a los monstruos de otros años, la radiación ionizante y sus efectos no son ficción. La radiación no puede verse, olerse, ni sentirse por lo que su presencia sólo es revelada por el característico sonido de un contador Geiger, el que se convierte en la más aterradora banda sonora en escenas críticas como la limpieza de fragmentos de grafito realizada por los biorobots.

Uno de los aspectos que parece causar mucha confusión es acerca de la explosión que destruyó el reactor 4 de la central en Chernobyl. Sí fue una explosión de un reactor nuclear pero no fue una explosión como la causada por una bomba, esto lo sabemos porque la explosión nuclear de un reactor en una central de este tipo es físicamente imposible. En varias escenas de la serie se insiste en comparar la explosión del reactor y la posible explosión del agua bajo el reactor con explosiones nucleares lo que es completamente incorrecto.

¿Cómo se genera electricidad?

La manera más eficiente que concemos para producir electricidad es mediante la aplicación de la ley de inducción electromagnética de Faraday: un campo magnético variable genera una corriente eléctrica. De manera simplificada se puede decir que desde el siglo pasado movemos un imán (lo que produce un campo magnético variable) dentro de un rollo de cables, lo que genera una corriente eléctrica. Con el tiempo lo único que ha cambiado es cómo movemos ese imán: en una central hidroeléctrica lo mueve una turbina que gira por una caída de agua; en un campo eólico turbinas son movidas por el viento. Vapor es una manera muy eficiente de hacer girar una turbina y diferentes centrales eléctricas son en realidad enormes hervidores de agua. En una central termoeléctrica el agua hierve al ser calentada por la quema de gas o carbón, lo que además produce la emisión de toneladas de gases de invernadero contribuyendo al actual cambio climático. Centrales termoeléctricas producen también toneladas de desechos tóxicos y radiactivos que no se almacenan, simplemente se acumulan al aire libre y son dispersados por el viento sobre ciudades y campos.

Una planta nuclear sólo difiere en cómo el agua es calentada: en vez de reacciones químicas, una reacción nuclear produce energía (calor) que se usa para hervir agua. La reacción nuclear produce miles de veces más energía que una reacción química convencional por lo que la conversión de energía es miles de veces más eficiente que en una termoeléctrica, por esto la cantidad de combustible necesario es mucho menor así como la cantidad de desechos. Como residuo a la atmósfera sólo se libera vapor de agua, el otro residuo es contaminación radiactiva que puede resultar muy peligrosa si llega a escapar del reactor. La cantidad de estos desechos radiactivos es tan pequeña que se estima que la energía usada por una persona en toda su vida produciría un volumen de desechos del tamaño de una lata de bebida. Debido a su peligrosidad, desechos radiactivos son cuidadosamente almacenados en enormes contenedores diseñados para resistir desastres naturales y ataques terroristas. El nivel de protección es tan alto que desechos de centrales termoeléctricas dejados al aire libre son más radiactivos que desechos nucleares en sus contenedores.

¿Cómo ocurre una reacción nuclear?

El aspecto que más me gustó de Chernobyl fue la detallada descripción de cómo ocurrió el accidente. Para entender cómo funciona un reactor nuclear, cómo se diferencia de una bomba y qué salió mal en Chernobyl es necesario introducir algunos conceptos. La física de reacciones nucleares es fascinante y permite comprender muchos de los diálogos técnicos en Chernobyl.

Uranio natural: sólo el 0.72% es U-235

Uranio: en su forma natural el uranio existe como una mezcla principalmente de dos tipos (isótopos) que sólo difieren en el número de neutrones en su núcleo llamados U-238 y U-235; el primero es muy abundante pero no se fisiona fácilmente, contrario al U-235 que bajo las condiciones apropiadas se fisiona liberando lo que llamamos energía nuclear, sin embargo es tan escaso que por cada 138 átomos de uranio sólo uno es de U-235.

Criticidad: la reacción de fisión es iniciada por un neutrón, la fisión de un único núcleo de U-235 produce una energía muy pequeña (apenas sería capaz de mover un grano de sal), sin embargo además de los fragmentos del núcleo original nuevos neutrones son también producidos (llamados neutrones secundarios). Si agrupamos suficiente uranio, los nuevos neutrones podrían encontrar en su camino otro núcleo de U-235 produciendo más fisión y con ello más neutrones secundarios. Esta continua producción de neutrones es lo que se conoce como reacción en cadena ya que cada reacción además de energía inicia una nueva reacción. El flujo de neutrones se verá afectado por el medio en el que pueden colisionar y rebotar en otra dirección, pueden ser absorbidos o pueden ser consumidos al producir una nueva fisión. El número promedio de neutrones secundarios que sobreviven por cada reacción de fisión se denomina factor de criticidad (también llamado factor de multiplicación) y se denota por k. Esta cantidad es una de más importantes en física nuclear ya que determina si la reacción en cadena se detendrá (cuando k<1, la reacción en cadena se detiene rápidamente porque el número de neutrones producidos es menor a los absorbidos) o si se produce una reacción en cadena autosostenida (cuando k ≥ 1) ya que por cada neutrón consumido por una reacción de fisión uno o más es creado para dividir otro núcleo de U-235 continuando el proceso de manera indefinida. Este estado se conoce como criticidad. La cantidad de uranio necesaria se conoce como masa crítica, sin embargo esta masa es una condición necesaria pero no suficiente para el uso (pacífico o destructivo) de la energía nuclear. Si el factor de criticidad es menor que la unidad (k<1) no hay reacción en cadena. El factor de criticidad es también lo que determina la diferencia fundamental entre un reactor nuclear y una bomba, como se discute más abajo.

Reacción en cadena, cuando k>1 el flujo de neutrones crece exponencialmente

Neutrones: los neutrones producidos por cada fisión se mueven muy rápido (tienen mucha energía), sin embargo esto es un problema ya que el factor de criticidad depende de esta energía. Se puede demostrar matemáticamente que para neutrones rápidos en uranio natural k<1, por lo que es imposible obtener una reacción en cadena autosostenida. Para evitar este problema hay dos posibles soluciones: aumentar la concentración de U-235 (llamado uranio enriquecido) o frenar los neutrones. Por motivos técnicos una bomba sólo funciona con neutrones rápidos por lo que una bomba sólo puede funcionar con uranio altamente enriquecido; este proceso es muy costoso y complejo (por eso producir material para fabricar una bomba es tan difícil), al contrario, en un reactor no hay necesidad de usar neutrones rápidos.

Moderador: uranio natural puede ser usado en un reactor sólo si los neutrones son frenados, lo que se logra insertando el uranio natural en algún material compuesto por átomos livianos (con una masa lo más parecida al neutrón). Los neutrones colisionan varias veces en este material lo que reduce su velocidad de la misma manera que una bola de billar se mueve más lento luego de colisionar con otras. Independiente del material utilizado se le llama moderador. Al usar neutrones lentos es posible lograr criticidad k ≥ 1 sin necesidad de enriquecer el uranio natural, esta es la magia del moderador. Notar que el nombre puede ser confuso: el moderador no modera las reacciones, lo que modera es la velocidad de los neutrones, lo que aumenta el factor de criticidad, lo que en consecuencia incrementa el número de reacciones.

Productos de la fisión nuclear: cuando un núcleo de uranio se divide los fragmentos resultantes corresponden a los núcleos de dos elementos más livianos como bario-141 y kriptón-92, xenón-140 y estroncio-94 o zirconio-95 y telurio-139. Contrario a lo mostrado en la mayoría de los diagramas de fisión nuclear, el par bario-kriptón es sólo uno de los posibles pares de elementos creados debido a naturaleza probabilística del proceso. Algo que los fragmentos comparten es un exceso de neutrones en sus núcleos, por lo que son altamente inestables y rápidamente comienzan una cascada de desintegraciones radiactivas hasta llegar a una configuración estable. Por ejemplo el estroncio-94 se desintegra en yodo-94, el que rápidamente se desintegra en zirconio-94 que es estable. En cada desintegración un neutrón en el núcleo se convierte en un protón y se emite un electrón (y un antineutrino); este proceso se llama desintegración beta. Algunas desintegraciones incluyen la emisión de fotones de alta energía llamados radiación gamma. Los fragmentos producidos que emiten radiación (llamados radioisótopos) más peligrosos incluyen cesio-137 y estroncio-90, estos son la principal fuente de la radiación que tanto temor produce y no el uranio usado como combustible.

¿Cómo se diferencia una bomba de un reactor nuclear?

Con los conceptos anteriores es ahora posible comprender la diferencia entre una bomba nuclear y un reactor. El mecanismo detrás de un reactor es a veces llamado una reacción nuclear contralada lo que es erróneamente interpretado como una explosión nuclear controlada. No, no hay explosión alguna en un reactor. Una explosión se define como una expansión violenta producida por la rápida liberación de energía, esta puede ocurrir por la rápida combustion de un cartucho de dinamita o un brusco cambio de estado. En todos estos casos un sólido o líquido se convierte en un gas que al ocupar mayor volumen se expande, si el proceso es muy rápido la expansión será violenta: eso es una explosión.

Bomba nuclear: la fisión de un único núcleo de U-235 libera una cantidad de energía muy pequeña (aunque enorme comparada con reacciones químicas) por lo que para causar una explosión nuclear necesitamos dos cosas: 1. que los neutrones fisionen muchos núcleos y 2. que esto ocurra muy rápido. Esto último porque si la energía se libera lentamente el proceso no será violento y no habrá explosión y además porque cuando comienza la liberación de energía las altas temperaturas causan la evaporación del uranio que al expandirse aumenta la distancia entre sus átomos por lo que los neutrones no encuentran nuevos núcleos de U-235 en su camino y la reacción autosostenida termina cuando sólo unos pocos núcleos han sido fisionados. Esto se conoce como nuclear fizzle (explosión nuclear fallida) y causaría una pequeña explosión no mayor a lo que una bomba química podría lograr a un costo mucho menor. Se puede demostrar que una bomba que usa neutrones lentos produciría una explosión similar a medio kilo de TNT a un costo enorme. Todo lo anterior implica que para una explosión nuclear la fisión requiere el uso de neutrones rápidos, sin embargo sabemos que neutrones rápidos fisionando uranio natural sólo producen un estado sub-crítico k<1 (ver sección anterior), por lo tanto es imposible construir una bomba con uranio natural. Este resultado es conocido desde 1939 y es lo que tranquilizó a Niels Bohr ya que la fisión nuclear no podría usarse con fines bélicos. Lamentablemente los físicos son muy creativos y encontraron una manera de resolver el problema: el factor de criticidad k depende también de la concentración de U-235 (0.72% en uranio natural), por lo que si fuese posible purificar el uranio natural removiendo el inútil U-238 que sólo absorbe los valiosos neutrones sería posible obtener un estado super-crítico k>1 para neutrones rápidos. Un valor mayor a la unidad produce una multiplicación exponencial de neutrones lo que permite fisionar una gran cantidad de núcleos de U-235 en una fracción de milésima de segundo. Con esto se demuestra que una explosión nuclear es posible si y sólo si el uranio es altamente enriquecido (la bomba de Hiroshima tenía una concentración de U-235 cercana al 80%). El proceso de enriquecimiento es muy complejo, muy costoso y bastante lento. Notar además que una vez iniciada la reacción no hay vuelta atrás: una vez encendida una bomba no puede apagarse.

Reactor nuclear: si en vez de una explosión el objetivo es la continua generación de energía (calor para calentar agua y mover una turbina) entonces no hay necesidad de usar neutrones rápidos, una reacción autosostenida es posible con uranio natural, el único requisito es frenar los neutrones por lo que es necesario un moderador. El átomo más parecido en masa a los neutrones es el hidrógeno por lo que agua sería el moderador ideal; lamentablemente el hidrógeno es también excelente absorbiendo neutrones, lo que llevaría a un estado sub-crítico k<1, terminando la reacción. La siguiente opción es deuterio (hidrógeno con un neutrón extra en su núcleo) que absorbe menos neutrones. Ambos agua (H2O) y agua pesada (D2O) podrían usarse como moderador pero para compensar por los neutrones que absorben sería necesario usar uranio levemente enriquecido (cerca del 5%), esto usan muchos de los reactores modernos. Subiendo en la tabla periódica el primer elemento favorable para mantener el flujo de neutrones es carbono, lo que lo convierte en un excelente moderador (frenador de neutrones). Es justamente carbono en forma de grafito que Enrico Fermi usó para construir el primer reactor nuclear en 1942 y que usaban los reactores en Chernobyl.

Barras de grafito, el agujero central es para los tubos de zirconio que contienen el uranio

Ahora que los neutrones son frenados es posible tener una reacción nuclear autosostenida. Si el factor de criticidad es mayor que la unidad (k>1), el número de neutrones crece exponencialmente (estado super-crítico) lo que produce cada vez más energía. Esto no es favorable en un reactor ya que esto evaporaría el agua muy rápido (causando otros problemas técnicos bastante graves, como ocurrió en Chernobyl). El objetivo de un reactor nuclear es producir una liberación continua de energía lo que se consigue manteniendo el flujo de neutrones bajo control, es decir, k=1. Para mantener el factor de criticidad cercano a la unidad todo reactor posee barras de control fabricadas de un material hambriento por neutrones como cadmio o boro. Si muchos neutrones son absorbidos los operadores parcialmente retiran las barras de control; al contrario, si muchos neutrones secundarios son producidos las barras son reinsertadas comiéndose el exceso de neutrones. En palabras simples un reactor nuclear funciona en un equilibrio mantenido por los operadores del reactor en el que la reacción en cadena ocurre de manera controlada insertando o removiendo las barras de control (esta es una simplificación, el rol de los operadores de un reactor es muy complejo, recomiendo seguir a @OperadorNuclear). Este dominio sobre el flujo de neutrones es lo que nos ha permitido domar este tipo de reacciones nucleares. Las barras de control son también el mecanismo de seguridad más importante de un reactor: si algo sale mal y hay que apagar el reactor sólo basta con reinsertar completamente las barras de control lo que disminuye el flujo de neutrones llevando al reactor a un estado subcrítico (k<1) apagándolo completamente.

Principales diferencias entre bombas y reactores.

Una vela y un cartucho de dinamita funcionan gracias a la combustión, sin embargo es imposible que la combustión de una vela se convierta en una explosión porque sus materiales no permiten una combustión rápida. Análogamente, un reactor nuclear y una bomba nuclear funcionan gracias a la fisión de uranio-235, sin embargo es imposible que las reacciones de fisión en un reactor produzcan una explosión nuclear porque el uranio no está altamente enriquecido lo que no permite una reacción en cadena autosostenida por neutrones rápidos. La explosión nuclear de un reactor es físicamente imposible.

¿Qué causó la explosión en Chernobyl?

Con el contenido de las secciones anteriores debería ser posible entender cómo funciona un reactor nuclear y cómo se diferencia de una bomba. Más relevante es que debería ser claro que la explosión nuclear de un reactor no puede ocurrir, esto es justamente lo que se discute en varias escenas de Chernobyl en las que resulta imposible explicar el motivo de la explosión. Es aquí donde el episodio final de la serie hace un trabajo excepcional explicando paso a paso los errores y problemas que llevaron a las explosiones del reactor, hubo dos explosiones: la primera fue una explosión de vapor causada por la rápida evaporación del agua debido a una reacción en cadena descontrolada, esta explosión dañó el reactor y sus componentes, además de lanzar la tapa de más de 1000 toneladas por los aires; la segunda ocurrió segundos más tarde y fue una explosión convencional (combustión) producida cuando oxígeno del aire reaccionó con el grafito incandescente y el hidrógeno producido por una reacción entre el vapor y las barras de zirconio (usadas para contener el uranio) a altas temperaturas. Aunque la primera explosión causó daños estructurales al reactor fue la segunda explosión la que destruyó gran parte del edificio y lanzó los restos del dañado reactor en todas direcciones, en especial los fragmentos del núcleo de grafito incandescente y altamente radiactivos. Luego de la explosión los restos del reactor continuaron en llamas por varios días, produciendo una nube de humo que dispersó los peligrosos productos de la fisión nuclear en la atmósfera.

Restos del reactor 4 de Chernobyl pocos días después de la explosión

Los reactores en Chernobyl, llamados RBMK, eran anticuados, mal diseñados, mal construidos, mal mantenidos, y con peligrosas propiedades que no pasarían mínimas medidas de seguridad, un accidente era inminente. La principal era el llamado positive void coefficient (PVC) que en palabras simples implica que las zonas donde el agua se evapora producen un aumento en las reacciones de fisión, esto es equivalente a conducir un vehículo cuyo freno de mano en vez de disminuir la velocidad lo hiciera acelerar: de cierta manera RBMK eran reactores diseñados para salirse de control (un reactor debe tener negative void coefficient, si hay una producción excesiva de energía las reacciones se detienen). La otra gran falla de diseño era que las barras de control (cuyo propósito es comerse cualquier exceso de neutrones) poseían puntas de grafito, que al moderar los neutrones incrementa las reacciones y con esto la liberación de energía, evaporando más agua lo que produce incluso más reacciones (causado por el PVC), en otras palabras por un breve intervalo de tiempo las barras de control hacían lo opuesto de su propósito. Además la introducción de las barras de control era muy lenta para los estándares de seguridad, por lo que un accidente como el ocurrido en Chernobyl era sólo cuestión de tiempo. La madrugada del 26 de abril de 1986 una serie de errores humanos pusieron el reactor en un estado muy inestable para realizar un experimento muy peligroso en el cual muchos sistemas de seguridad fueron intencionalmente apagados. Debido a la acumulación de xenón-135 (que absorbe neutrones) el reactor funciona a muy baja potencia. Para compensar los operadores retiran las barras de control para comenzar el experimento. Cuando el reactor deja de recibir agua la temperatura sube, lo que evapora mucha agua, debido al PVC esto produce un aumento en las reacciones, lo que evapora incluso más agua, incrementando cada vez más la energía liberada. Ante la subida descontrolada de la potencia un operador decide terminar el proceso usando el botón de emergencia que inserta las barras de control, sin embargo las puntas de grafito que aumentan todavía más la potencia son las primeras en entrar. A medio camino en su lenta inserción las barras de control elevan la potencia a un nivel que evapora toda el agua, cuya expansión produce la primera explosión. Además lanzar la cubierta por los aires y exponer el reactor, el daño estructural bloquea las barras de control (no pueden seguir entrando en el reactor) por lo que la reacción en cadena crece más y más elevando la temperatura y haciendo arder el grafito y las barras de zirconio que contienen el uranio produciendo gran cantidad de hidrógeno altamente inflamable. Con oxígeno entrando al núcleo expuesto, el tercer componente de la combustión completa los ingredietes necesarios para una enorme explosión. Sin un edificio de contención (como todo reactor bien construido), los componentes del dañado núcleo son lanzados por el aire dejando los restos del núcleo incandesdente expuesto y liberando una columna de humo radiactivo.

3 grandes errores de HBO en Chernobyl

Chernobyl es una miniserie sobre el peor accidente nuclear en la historia, a pesar de no ser un documental hay varios aspectos que son más ficción que realidad, libertades tomadas para aumentar el drama. Prueba de ello es por ejemplo el helicóptero que se estrella al volar muy cerca de una grúa: este accidente sí ocurrió pero meses después del accidente, mostrarlo como si hubiese ocurrido antes sólo confirma que se buscaba impactar a la audiencia. Hay muchas otras libertades que han sido descritas en otros sitios, sin embargo hay algunas que son demasiado incorrectas para no destacarlas.

“El reactor es una bomba nuclear” En varias escenas se insiste en la naturaleza nuclear de la explosión, en especial en el último episodio, donde Legasov describe los detalles de las explosiones. Cuando menciona que las barras de control y sus puntas de grafito quedan atascadas a medio camino dice explícitamente “el reactor 4 de Chernobyl es ahora una bomba nuclear”. No hace falta reiterar que esto no es cierto.

“Cada átomo de U-235 es como una bala” Así comienza Legasov su explicación del peligro de la radiactividad. Esta analogía no sólo es incorrecta es además inconsistente ya que se le llama uranio a la radiactividad producida por los productos de la fisión; además depués en la escena en que Legason explica el funcionamiento de un reactor a Shchernina se usa la analogía de las balas para referirse a los neutrones, mezclando todos los conceptos en uno: algo que puede causar mucho daño. El uranio produce neutrones que se mueven a gran velocidad sólo durante la fisión, una vez que la reacción se apaga (en el caso de Chernobyl la segunda explosión terminó la reacción en cadena) la principal fuente de radiactividad son los fragmentos de la fisión más que el uranio. Legasov termina su primera explicación diciendo que estas balas (la radiactividad, no el uranio) pueden atravesar “madera, metal, concreto y carne” lo que es sólo parcialmente correcto. En el contexto de Chernobyl podemos identificar cuatro tipos relevantes de radiación producidas por fragmentos de la fisión: radiación alpha (núcleos de helio) que es detenida por una hoja de papel; radiación beta (electrones) que podría penetrar la piel pero es detenida por una capa de ropa; radiación gamma (fotones de alta energía) que además del cuerpo puede penetrar varios centímetros de plomo o concreto; y neutrones que pueden también penetrar el cuerpo. Aunque la piel nos protege de la radiación alpha y beta, su peligro radica en que las fuentes de esta radiación pueden ser ingeridas, en el interior de nuestro organismo no hay piel que nos proteja y estos tipos de radiación pueden producir daños irreparables.

Con el núcleo del reactor expuesto, destruído y en llamas los escombros de la explosión y el humo pusieron en el aire los fragmentos de la fisión que emiten principalmente betas y gammas.

El envenamiento por radiación es contagioso. Uno de los errores más grandes de la serie es su presentación de los efectos de la radiactividad, aquí HBO dio rienda suelta a sus ganas de mostrar más drama que realidad. Se le presenta como una enfermedad contagiosa, lo que no es cierto. Los bomberos inhalaron grandes cantidades de polvo y humo con partículas radiactivas pero una vez ingeridas estas no pueden escapar por lo que no es posible infectar a otros con radiactividad. Sólo su ropa podría ser un peligro para otras personas, lo que es correctamente presentado. En vez de abordar un tema en el que mi conocimiento es limitado prefiero recomiendar el comentario de este punto de parte de un médico: Chernobyl, una ficción sanitaria.

Menciones honrosas: la posible explosión si el núcleo fundido llegaba a los tanques de agua (los efectos descritos para los valores mencionados son absurdos); las víctimas del Puente de la Muerte (no hay evidencia alguna que esta gente haya muerto por efectos de la radiactividad).

3 grandes aciertos de HBO en Chernobyl

A pesar de los varios errores e innecesarias exageraciones, Chernobyl me gustó bastante porque lo que se hizo bien se hizo muy bien.

Causas de la explosión. La descripción de los problemas y errores que causaron las explosiones es simplemente sensacional, nunca pensé que vería una serie tan aclamada con un episodio casi completo dedicado a un físico nuclear explicando conceptos tan avanzados como el uso de un moderador para frenar neutrones en un reactor, el envenamiento de un reactor con xenón o conceptos tan específicos como el positive void coefficient y las puntas de grafito en las barras de control.

Columna de aire ionizado. Luego de la explosión se muestra una tenue columna de luz azulada sobre el reactor en llamas. Aunque parece ficción esto es exactamente lo que testigos de la explosión describieron.

Ionización del aire causado por radiación beta

Esto se debe a la ionización del aire causado por los electrones (radiación beta) emitidos por fragmentos de la fisión en el humo. Es similar al azul producido por una descarga eléctrica. He leído artículos indicando que este pilar de luz azul se debe a la radiación de Cherenkov, sin embargo esto es incorrecto. Los electrones de la radiación beta no poseen suficiente energía como para producir radiación de Cherenkov en un medio como el aire (sí en el agua, produciendo el azul majestuoso visible en reactores de investigación).

Biorobots. La escena que muestra la limpieza del techo del edificio con escombros del reactor, principalmente con restos de grafito altamente radiactivo es una de las más dramáticas y bien producidas. La tensión es enorme y no tiene cortes durante los 90 segundos que cada biorobot tenía permitido estar expuesto a tales niveles de radiactividad. El sonido continuo del contador Geiger es aterrador.

Recreación de la limpieza realizada por los biorobots (HBO)

Menciones honrosas: los 3 segundos entre la explosión visible y la onda de choque en el primer episodio (equivalente al tiempo entre un relámpago y el trueno); el inicio del segundo episodio con el análisis de Ulana Khomyuk determinando la presencia de fragmentos de combustible de reactor en el aire; el espectrograma del reactor mostrando una señal de zirconio (la presencia de zirconio en el espectro implica que el uranio ha comenzado a fundir los restos del reactor).

Comentario final

El accidente de Chernobyl fue una tragedia. Chernobyl es una excelente presentación de varios hechos más allá de la explosión: las vidas que afectó, los actos de heroísmo, la incompetencia de autoridades, la procupación de la imagen proyectada al mundo por sobre el bienestar de los ciudadanos. En Chernobyl la radiactividad es un monstruo que aterroriza pero el enemigo no son los rayos beta o gamma sino que la falta de acción de quienes están en posiciones de poder y su continua negación de la realidad como forma de control. He leído que mucha gente se siente aterrada con la radiactividad después de ver Chernobyl, esa es una distracción del mensaje de la serie, en palabras de su creador “Chernobyl no es anti-nuclear, es anti-mentiras”. A pesar de los horrores que puede significar la radiactividad y el supuesto terror que produce todavía existen personas que todos los días pagan dinero para voluntariamente inhalar fuentes radiactivas que se acumulan en el sistema respiratorio: se les llama fumadores. En Chernobyl los telespectadores pueden vivir la impotencia de los científicos que con sus métodos pueden rápidamente reconstruir los hechos pero que son criticados y cuestionados porque la realidad que presentan contradice las ideas del partido. Esto es una obvia referencia a nuestros tiempos. En esta primera fracción del s. XXI hemos visto el derrumbe de la confianza en instituciones políticas, religiosas y financieras. Además vivimos en tiempos en que los intereses de ciertos grupos va desde mantener su posición de poder y controlar a otros hasta aspectos tan insignificantes como llamar la atención, para lo que se comportan como los supervisores de la planta en Chernobyl: negación de la realidad en favor de sus intereses. Esta atmósfera es tierra fértil para charlatanes y demagogos. La impotencia y frustración que Valery Legasov y Ulana Khomyuk experimentan debido a que sus conclusiones contradicen las ideas del partido es justamente lo que la comunidad científica vive día a día cuando hay que explicar una y otra vez la realidad y emergencia que es el cambio climático, cuando hay que explicar que las vacunas no producen autismo, cuando hay que explicar el desastre ecológico que lleva el cierre de plantas nucleares, cuando hay que aclarar que la Tierra no es plana. Científicos que intentan alertar sobre peligros reales (o aclarar cuando un supuesto peligro no lo es) son recibidos con negación, cuestionamiento de sus credenciales académicas o simplemente acusados de haberse vendido a grandes corporaciones. Todo esto es más simple que intentar entender los argumentos del otro. Personas en busca de atención y con deseos de pertenencia a un grupo son presa fácil del negacionismo disfrazado de escepticismo y de ideas predigeridas que las hacen fáciles de tragar, lo que la interconectividad de hoy ha ayudado a propagar como una reacción en cadena de desinformación.

Imágenes: HBO, IAEA, Carl Willis, Wikipedia

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Acerca de Jorge Diaz

Jorge es físico teórico. Obtuvo su Ph.D. en Física de Partículas en Indiana University, EEUU y después trabajó como investigador postdoctoral en el Karlsruher Institut für Technologie, Alemania. Aunque su especialidad son los neutrinos y la física nuclear, trabaja como Data Scientist en una industria química. En Twitter: @jsdiaz_
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15 respuestas a Chernobyl: reactores vs. bombas nucleares

  1. Alberto Higueras dijo:

    ¡Enhorabuena Jorge! Excelente presentación del funcionamiento de un reactor, aprendí mucho. La serie me gustó mucho, la vi 2 veces y he visto varios vídeos en youtube con explicaciones pero todavía me quedaban varias dudas, creo que me haréis verla una 3a vez. Gracias por tomarte el tiempo de escribir esta magnífica entrada.

    • Dr. Puck dijo:

      La probabilidad de que un núcleo sea fisionado depende de la energía del neutrón que incide, pero también de las características del núcleo que se pretende fisionar. Técnicamente se mide en lo que se denomina Sección eficaz (de fisión) que se puede visualizar como el área transversal de un blanco; la sección eficaz de fisión del Uranio es mayor para neutrones lentos.

  2. Elisa dijo:

    Gracias por las explicaciones, muy claras y entendibles para gente que poco sabe de física nuclear. Sólo me queda sin entender por qué hay que frenar los neutrones ¿por qué los neutrones rápidos no son buenos para fisionar uranio? si tienen más energía que los neutrones lentos ¿no debería ser más fácil romper núcleos de uranio? Ojalá me pudieras aclarar eso.

    • Jorge Diaz dijo:

      Hola Elisa,
      Tu confusión es comprensible ya que es poco intuitivo que un neutrón lento sea más efectivo que uno rápido en romper un núcleo de uranio, sin embargo esto se debe a estás visualizando el proceso como un proceso mecánico clásico, es decir, como un proyectil lanzado a un blanco para intentar romperlo. En mecánica clásica tu intuición funciona, sin embargo a la escala de neutrones y núcleos atómicos hay que usar mecánica cuántica. A esta escala se puede verificar que el neutrón no rompe el núcleo en la manera clásica sino que más bien es absorbido por el núcleo de U-235 transformándose brevemente en U-236 que es altamente inestable y luego “se rompe” en núcleos más pequeños además de un par de neutrones secundarios. Ya que el neutrón debe ser absorbido por el núcleo su efectividad aumenta cuando el neutrón se mueve más lento. En términos técnicos se dice que la sección eficaz de fisión es mayor para neutrones lentos que para neutrones rápidos por lo que la probabilidad de producir fisión es mayor para neutrones lentos.

  3. Gracias Jorge. Como siempre una buena aproximación al tema tratado. Me ha gustado mucho este artículo ya que aclara los errores de la serie (algunos voluntarios para realzar el drama como bien mencionas (y lo menciona también el creador en el podcast de la serie)) pero valora los aciertos.

    Lamentablemente, la negación de la realidad que muestra la serie se ha puesto de moda en todos los temas que mencionas. Esperemos que no haya un nuevo Chernobil.

    Gracias nuevamente.

  4. Roberto dijo:

    Hola Jorge, el post completo está sensacional, muy educativo. Sin embargo me quito el sombrero por el comentario final, se nota la emoción. Gracias por compartirla.

  5. Andres Gomez dijo:

    Admito que soy de los que pensaba que en un reactor habían explosiones nucleares controladas a pequeña escala, gracias por la explicación de cómo funciona un reactor, esa tabla con las diferencias entre bombas y reactores es oro puro.

  6. Polo dijo:

    Ministerio de Salud: “necesitamos ideas para la nueva campaña anti-tabaco”
    Conexion causal: “hold my b̶e̶e̶r̶ radioactive graphite”

  7. Patricio P. dijo:

    Así como muchos en estos días, después de ver Chérnobil mi papá se cree ingeniero nuclear pero sólo le quedaron explicaciones a medias porque ayer me estaba enseñando que gracias a que el grafito está hecho de carbón servía para mantener el calor del uranio como si el reactor nuclear fuera una hoguera. Gracias por la explicación del uso del moderador, esa parte es sin dudas la más difícil de entender. Bacán también ver la imagen de las barras de grafito porque en la serie sólo muestran sus escombros y me costaba hacerme la idea de como serían.

  8. José Luis Ramírez dijo:

    Gracias Jorge por la tremenda entrada explicando estos detalles. También me parece poco intuitivo eso de que los neutrones que van más lento son mejores fisionando el uranio 235 que los que van rápidos pero supongo que como has escrito antes “qué le importa a la naturaleza nuestra intuición” ;)

    Sólo quería preguntar por la columna de luz, mencionas que es ionización y no luz de Cerenkov pero he leído varios artículos en los que entrevistan a físicos y ellos dicen que sí es luz de Cerenkov. ¿Podrías aclarar qué causó la luz azul o por qué dices que no es luz de Cerenkov? Gracias de nuevo por tu gran labor explicando estos aspectos finos pero fascinantes. Un saludo.

    • Catalina dijo:

      Me uno a las felicitaciones por la gran entrada, está excelente, muy clara y aprendí mucho, pero también me uno a José Luis: no entiendo por qué dices que la luz azul no es radiación Cherenkov, en Hipertextual dedicaron una entrada completa a esto: Efecto Cherenkov: las luces azules en el cielo que avisaban de la gravedad de la explosión en Chernobyl.
      Espero con ansias tu aclaración porque llevo años siguiendo Conexión Causal por su rigurosidad científica, cuando leí el artículo de Hipertextual quedé feliz por entender el origen de la luz azul pero al leer tu entrada quedé en shock por la contradicción. Gracias por tu tiempo y esfuerzo por compartir tu conocimiento, leyendo la entrada se nota que no fue escrito a la rápida.

      Saludos,
      Catalina

      • Jorge Diaz dijo:

        Hola José Luis y Catalina,
        el debate entre si el destello azulado es radiación de Cherenkov o ionización del aire se resuelve de manera simple aunque es comprensible la confusión. En un reactor de investigación es posible ver directamente el continuo destello azul producido por la radiación de Cherenkov, esto debido a los electrones moviéndose más rápido que la luz en el agua. Luego de la explosión que produjo la columna de humo radiactivo en Chernobyl los electrones producidos por desintegraciones beta se movían también muy rápido, sin embargo la radiación de Cherenkov depende también del índice de refracción del medio. En el caso del agua es n=1.33 por lo que la luz se mueve a 75% de la velocidad de la luz en el vacío, si un electrón se mueve más rápido que esto producirá radiación de Cherenkov lo que es “fácil” para electrones en la piscina de un reactor nuclear. Al contrario, el índice de refracción en el aire es sólo n=1.0003, es decir, la velocidad de la luz en el aire es muy cercana (99.9%) a la velocidad de la luz en el vacío y para producir radiación de Cherenkov en el aire una partícula cargada eléctricamente debe moverse muy rápido, mucho más rápido que los electrones producidos en desintegraciones radiactivas. Por esto digo que el destello azul reportado en la columna de humo no era radiación de Cherenkov sino que ionización del aire. Llamarle radiación de Cherenkov a la ionización del aire es un error, aunque producen consecuencias parecidas (luz azulada) son fenómenos físicos diferentes.

    • Jorge Diaz dijo:

      Hola José Luis,
      para una explicación de por qué los neutrones lentos son más efectivos que los neutrones rápidos mira la respuesta más arriba a la pregunta de Elisa.

  9. Jose María Zaragoza dijo:

    Gran artículo.
    Una pregunta ¿ el uranio enriquecido puede tener otros fines que no sean los militares ?
    Ha salido la noticia de que Iran va a enriquecer uranio por encima de lo que le permitían ¿ cual podría ser el propósito civil , si lo hay ?

    • Jorge Diaz dijo:

      Hola José María,
      el uso del uranio enriquecido depende del nivel de enriquecimiento del U.235: en el uranio natural este es 0.72% y sólo sirve en los antiguos reactores con moderadores de grafito como los que había en Chernobyl; un enriquecimiento de 3-5% es necesario para los reactores comerciales que producen electricidad. Para contruir una bomba se necesita una concentración de U-235 mayor a 80%; aunque Irán está lejos de llegar a estos niveles de enriquecimiento, recién han anunciado que llegaron a 3.67%, sin embargo el temor es que pudiesen usar reactores comerciales para producir plutonio que tiene principalmente fines militares. Con fines pacíficos existen también los llamados reactores de investigación que pueden usar uranio enriquecido hasta 20%, sin embargo las sospechas con Irán apuntan a usos no pacíficos. Estos reactores de investigación se usan para producir radioisótopos con aplicaciones médicas, usos en minería y hasta en la irradiación de alimentos (que es completamente seguro) para combatir bacterias.

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