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11 de mayo de 2015

¿Por qué un robot no resiste ni tres horas en la central nuclear de Fukushima?



Imagen captada por un robot del interior de la central de Fukushima. REUTERS

Hace 4 años (el 11 de Marzo de 2011) una central nuclear, montada a orilla de un mar propenso a los terremotos y tsunamis, falló y sus reactores se fundieron, generando radiactividad sin control. Hace una semana se introdujo un pequeño robot en la central para ver si se podía hacer algo con los reactores. El robot falló a las 3 horas de proximidad a uno de ellos.
¿Qué es la radiactividad?
Vivimos en un intervalo de escalas de tiempo, espacio y energía muy suave y tranquilo, en nuestras vidas humanas. Estas escalas están entre las atómicas y las cósmicas y en ellas las cosas se desarrollan sin grandes aspavientos, aunque de vez en cuando seamos capaces de matarnos unos a otros en unos millones de unidades (personas).
A nivel atómico las cosas son algo más movidas: Los electrones se mueven alrededor de los núcleos atómicos a velocidades del orden de 30.000 km/s, 108 millones de kmh. Mas o menos como un Ferrari, o como uno de nuestros cazas bélicos que se pueden mover a unos 2500 kmh.   
Un electrón, si girase en órbitas alrededor del núcleo, en una órbita inestable, daría cien mil vueltas alrededor del núcleo antes de caer a la primera órbita, la estable. Si la órbita inestable correspondiese a la órbita de la Tierra, el electrón habría tardado 100.000 años en caer a la órbita estable, los años que llevamos como Homo sapiens sobre la Tierra.
Pensamos que el Sol cambiará (se enfriara, o se convertirá en supernova) en mas de los 4.500 millones de años de existencia del planeta Tierra.
La naturaleza tiene unas escalas muy, muy amplias.  La escala que nos interesa aquí en el caso presente es la de energías. El ser humano es equivalente a una bombilla de 100 watios. Consumimos unas 2.000 kilocalorias cada 24 horas y eso equivale a los 100 watios mencionados. Nuestros coches tienen potencias de entre 50 y 100 kw, y las turbinas de un superpetrolero unos 42.000 kw.
Éstas son las potencias (energía por segundo) que manejamos los seres humanos.
La gasolina (y el diesel, el keroseno, esencialmente los productos del petróleo) tienen una energía de unos 10 kwh por kilo de combustible. El gas natural, mas o menos el doble, y el carbón la mitad de este número. Recordemos, 10 kwh/kg.
Los átomos manejan otras escalas de energía.  La fisión de un kilo de plutonio genera 20 millones de kwh, la energía que gastan un millón de hogares en un día. Esa cantidad de plutonio es una bola de 5 cm de diámetro, el diámetro de una bola de jabón de esos que venden de forma esférica.
La fuerza de un ser humano normal es la que utiliza para dar un salto con ambos pies. Al saltar levantamos nuestra masa contra la gravedad. Una persona de 70 kg necesita 70 x 10 = 700 Newton de fuerza para levantarse algo del suelo. Si con el salto consigue subir todo su cuerpo medio metro ha gastado  unos 350 Joules, es decir, una diezmilésima de kwh. Las compañías eléctricas nos están cobrando el kwh a unos veinte céntimos de euro. Un salto del tipo mencionado nos costaría 20 millonésimas de euro.
Nuestras energías y las de las máquinas que utilizamos son despreciables frente a las energías que existen en el interior de los núcleos de los átomos, que adicionalmente son muy, muy, muy pequeños.
Ni siquiera el mejor robot diseñado por el ser humano es capaz de soportar las energías que están produciendo las reacciones nucleares que se mantienen activas en los reactores dañados de Fukushima: Lo que podemos hacer es minúsculo frente a esas energías.  Y no lo necesitamos.
Lea el artículo completo en:

23 de marzo de 2014

¿Cómo nacen las estrellas?


  • Nacen a partir de la agregación del gas y polvo frío de las nebulosas
  • Viven gracias al tenso equilibrio entre gravedad y reacciones nucleares
Corazón de NGC 604, una nebulosa con unas 200 estrellas nacientes.

Corazón de NGC 604, una nebulosa con unas 200 estrellas nacientes.NASA/Hui Yang

Las estrellas nacen por azar. Se juntan fragmentos de materia de las nubes frías de gas y polvo que flotan en el espacio, las llamadas nebulosas. Estas partículas se van agregando por atracción gravitatoria hasta formar una gran masa.

Este conglomerado, por efecto de la gravedad, se contrae sobre sí mismo y como consecuencia aumenta en su centro, la densidad, presión y calor. De esta manera, los átomos se mueven cada vez más rápido y chocan unos con otros. En esas condiciones, pronto se inician reacciones de fusión nuclear. Cuando comienzan ha nacido la estrella.

Las agrupaciones de masa que no logran iniciar las reacciones nucleares, es decir, las estrellas frustradas, se denominan enanas marrones. Las que sí lo logran continúan un arduo camino cósmico. Las reacciones nucleares liberan presión del centro de la estrella, contrarrestan el efecto de la gravedad, lo que evita que la estrella colapse sobre sí misma.

La estrella vivirá gracias a ese tenso equilibrio entre gravedad y reacciones nucleares. Morirá cuando la gravedad gane la batalla, algo que sucederá sin excepción.

Evolución estelar

Las estrellas evolucionan a medida que van agotando su masa, que es el combustible de las reacciones nucleares. Cuanto más masa tiene una estrella, más combustible tiene para alimentar su ‘motor’ y brilla más, pero vive menos tiempo.

Cuando se agota el combustible de su centro, la estrella vuelve a contraerse y aumenta de nuevo su temperatura, lo que favorece las aparición de nuevas reacciones nucleares. Esta vez se producen en la siguiente capa de masa alrededor de la central, que ya está gastada y contrayéndose. Esta capa circundante se expande y así la estrella se hace más grande.

El aumento de volumen es el responsable del cambio de color de las estrellas. Cuanto más grande, más se enfrían las capas externas y emiten luz visible en un color determinado. Las estrellas más frías son rojas (con unos 2800 ºC), las amarillas rondan los 5500 ºC, las más calientes son azules (aproximadamente 20.000 ºC) y las verdosas (100.000 ºC).

Un estrella típica de masa media es nuestro Sol. Es joven, tiene tan solo unos 4.600 millones de años. Es una gigante amarilla y dentro de 7.000 millones de años habrá madurado y se habrá convertido en una gigante roja.

Será unas cien veces más grande de lo que es en la actualidad y habrá engullido a la Tierra. Morirá a la edad de 12.000 millones de años tras perder gran parte de su masa, que habrá lanzado eyectada en todas direcciones formando una nebulosa planetaria. Será entonces una enana blanca, que brillará con debilidad hasta que se agote, se vuelva negra e inerte.

La mayoría de la estrellas mueren como enanas blancas, excepto las estrellas supermasivas, que son de color azul. Ellas tienen un final apoteósico. Su final consiste en una explosión de brillo excepcional llamada supernova. Desprenden en unos pocos segundos tanta energía como la que ha emitido y emitirá nuestro Sol en toda su existencia.

Fuente:

RTVE Ciencia
 

22 de marzo de 2014

La energía limpia e inagotable está un paso más cerca

Un experimento en EEUU avanza hacia la obtención de energía de la fusión nuclear, una de las noticias destacadas de esta semana.

Esta semana, científicos de EEUU han anunciado que, por primera vez, han logrado obtener más energía que la invertida en un proceso de fusión nuclear. Este fenómeno es el que alimenta las estrellas como el Sol y dominarlo en la Tierra supondría poder extraer energía limpia e inagotable. El proceso aún está en pañales, pero el logro de los estadounidenses del instituto, que ya avanzamos en Materia hace unos meses, supone un importante paso hacia el diseño de futuras centrales de fusión dentro de unas décadas. Europa es el epicentro de ITER, un proyecto internacional para construir  el primer reactor experimental de fusión nuclear en Cadarache (Francia).


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La Instalación Nacional de Ignición / NIF
Sin embargo, este hallazgo, publicado en Nature, sale de la Instalación Nacional de Ignición (NIF), la mayor apuesta nacional de EEUU por lograr fusión usando hidrógeno y potentes haces de rayos láser. De cualquier forma, este paso es aún inicial y aún quedan décadas de desarrollo antes de que se pueda controlar el proceso de fusionar núcleos atómicos para usar la energía resultante en nuestros hogares.

Fuente:

Materia

17 de octubre de 2013

Hito en el desarrollo de fusión nuclear, la energía del futuro

Fusión nuclear

El NIF y la fusión nuclear

  • 92 rayos láser se enfocan a través de los agujeros de un contenedor de destino llamado hohlraum.
  • Dentro del hohlraum hay una pequeña pastilla que contiene una sólida mezcla, extremadamente fría, de isótopos de hidrógeno.
  • Los láseres golpean las paredes del hohlraum, el cual irradia rayos X
  • Los rayos X descortezan la capa exterior de la pastilla de combustible, calentándola a millones de grados.
  • Si la compresión del combustible es suficientemente alta y lo suficientemente uniforme, puede resultar la fusión nuclear.

Fusión nuclear

La llaman "el santo grial" de la energía, por ser limpia, más barata e inagotable.
Es la energía por fusión nuclear, proceso en el cual varios núcleos atómicos de carga similar se unen y forman un núcleo más pesado. Esto produce la liberación de una cantidad enorme de energía. 

¿Se hará realidad el sueño de la fusión nuclear?
Este es el mismo proceso de liberación de energía que mantiene vivo al sol y a otras estrellas y los científicos creen que es la energía del futuro, ya que puede alimentar la demanda energética sin la amenaza de proliferación nuclear o daños al medio ambiente.

Sin embargo, uno de los mayores desafíos en la producción de este tipo de energía ha sido la de pasar el denominado punto de equilibrio.

Para ser viable, las plantas de energía de fusión tendrían que producir más energía de la que consumen, un objetivo que ha tenido en vilo a los científicos por casi 50 años. Hasta ahora.

Según información a la que tuvo acceso la BBC, los investigadores del proyecto estadounidense Instalación Nacional de Ignición (NIF, según sus siglas en inglés) han logrado un hito fundamental en el camino hacia la fusión nuclear autosostenida.
El NIF, basado en Livermore, California, utiliza el láser más potente del mundo para calentar y comprimir una pequeña bola de combustible de hidrógeno hasta el punto en el que las reacciones de fusión nuclear se llevan a cabo.

Durante un experimento realizado a finales de septiembre, la cantidad de energía liberada por la reacción de fusión superó por primera vez la cantidad de energía absorbida, en un hecho sin precedentes para cualquier tipo de fusión nuclear a nivel mundial.

"El logro ha sido descrito como el paso más significativo para el desarrollo de la fusión en los últimos años", asegura Paul Rincon, editor de Ciencia de la BBC.

El objetivo oficial del NIF es la "ignición", un paso más allá de lo conseguido ahora, y que se lograría en el el momento en que la fusión nuclear genere tanta energía como la que suministran los láseres.

La diferencia entre la "ignición" y lo conseguido en la actualidad, ocurre por ineficiencias en distintas partes del sistema que hacen que no toda la energía enviada por el láser llegue hasta el combustible.

El artículo completo en:

BBC Ciencia

23 de agosto de 2013

¿Se hará realidad el sueño de la fusión nuclear?


SOBRE LA FUSIÓN 
  • Es el proceso que enciende las estrellas, incluyendo al Sol.
  • Un litro de agua contiene suficiente deuterio para producir -al fusionarse con tritio- el equivalente energético a 500 litros de gasolina.
  • Una central de energía de fusión de 1.500MW consumiría unos 600g de tritio y 400g de deuterio al día.
  • El primer uso a gran escala de la fusión fue la detonación de la bomba de hidrógeno Ivy Mike, realizada por el ejército de Estados Unidos el 1ro de noviembre de 1952.
  • El diseño de ITER incluye un tokamak, que es la palabra rusa para designar la cámara magnética con forma de anillo.
  • El campo magnético deberá contener plasma a 150 millones de grados, la temperatura necesaria para el proceso de fusión.
  • Estados Unidos es socio de ITER, pero también está financiando el proyecto National Ignition Facility, que utiliza láser para calentar y comprimir el hidrógeno al punto de fusión.
  • Corea del Sur, otro miembro de ITER, está inviertiendo U$941 millones en un prototipo de tecnología de fusión, K-DEMO, que podría ser el primero en generar energía eléctrica.
  • Los críticos se oponen a que se siga investigando la energía nuclear y cuestionan los probables altos costos que tendrá su uso comercial.


La construcción del reactor ITER es todo un desafío tecnológico.

La apuesta más grande del mundo por desarrollar energía a partir de la fusión nuclear avanza a paso lento en el sur de Francia.

El proyecto del Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER, por sus siglas en inglés), ubicado en Cadarache, en Provenza, comienza a recibir los primeros componentes necesarios (hacen falta alrededor de un millón) para su reactor experimental.

Pero su construcción lleva dos años de retraso, obstaculizada por el aumento masivo de los costos y largas postergaciones.

Fusión nuclear

Al colisionar los átomos de deuterio y el tritio, dos formas de hidrógeno, liberan gran cantidad de energía.

"No escondemos nada, es muy frustrante", le dice a la BBC David Campbell, subdirector del proyecto ITER.

"Ahora estamos haciendo todo lo que podemos para recuperar tiempo. El proyecto es tan inspirador que da la energía para continuar. Todos queremos energía de fusión lo antes posible".
Superados los problemas de diseño iniciales y las dificultades de coordinación para este proyecto internacional único, ahora hay un poco más de confianza en los plazos.

La energía del Sol

Desde la década de los años 50, la fusión ha alimentado el sueño de une energía casi ilimitada –imitando el proceso de la bola de fuego que enciende el sol– a partir de dos formas de hidrógeno fácilmente disponibles.

El gran atractivo de la energía de fusión incluye la combinación de un combustible económico, relativamente poco desperdicio radiactivo y cero emisiones de gases de efecto invernadero.

Pero los desafíos técnicos son inmensos: no sólo es difícil controlar un proceso tan extremo, también lo es diseñar formas de extraer energía.

Y eso es lo que pondrá a prueba el reactor ITER, conocido como "tokamak" (acrónimo de la expresión rusa para decir "cámara toroidal con bobinas magnéticas"), que está basado en el diseño de JET, un proyecto piloto europeo con base en Reino Unido.


La idea es crear un plasma de gas supercaliente que alcance temperaturas de más de 200 millones de grados centígrados, el calor necesario para forzar a los átomos de deuterio y tritio a fusionarse y liberar energía.

El proceso tendrá lugar dentro de un gigantesco campo magnético con forma de anillo, la única manera de contener un calor tan extremo.

La planta de JET consiguió reacciones de fusión en estallidos cortos, pero requirió el uso de más energía de la que era capaz de producir.

El reactor ITER es mucho más grande y está diseñado para generar 10 veces más energía (500 MW) que la que va a consumir.


La iniciativa une el impulso científico y político de los gobiernos de la Unión Europea –que financia casi la mitad de su costo– junto con los de China, India, Japón, Corea del Sur y Estados Unidos.

El presupuesto total se calcula en unos U$20.000 millones, aunque la cifra exacta no está disponible debido a que muchas de las contribuciones no son en efectivo, sino en equipamiento y tecnología.

Complicaciones y retrasos

Pero la innovadora estructura de ITER ha causado fricciones y retrasos, sobre todo en su fase inicial.

Cada socio tuvo que crear primero un organismo local para lidiar con el abastecimiento de componentes dentro de cada país, y no fueron pocas las complicaciones para importarlos.

Los retrasos aumentaron con las disputas por el acceso a las sedes de producción en los países participantes. Como cada parte debe cumplir con requisitos extremadamente específicos, los inspectores de ITER y las autoridades nucleares francesas tuvieron que negociar las visitas a compañías que no estaban habituadas al escrutinio ajeno.

El resultado es que aunque se ha acordado un calendario para el traslado de los elementos clave, se asume que aún habrá más demoras.

Por eso, el edificio principal que albergará al tokamak fue adaptado para dejar los espacios necesarios para que los componentes que llegarán más tarde sean añadidos sin causar demasiados problemas.

La ruta desde los puertos hasta el emplazamiento tuvo que ser reforzada para soportar el traslado de cargas de hasta 600 toneladas, y esta tarea también ha sido más lenta de lo esperado.
Según el plan inicial, se esperaba conseguir el primer plasma a mediados de la pasada década.

Después de una restructuración, se fijó una nueva fecha límite para noviembre de 2020, pero esto también se ha puesto en duda.

Los encargados de ITER dicen que están haciendo turnos dobles para acelerar el ritmo de construcción, pero aun así se considera que incluso comenzar a operar en 2021 es un desafío.

Ken Blacker es el hombre encargado de coordinar el ensamblaje del reactor.

"Ahora hemos empezado de verdad", le cuenta a la BBC. "La producción industrial está avanzando así que el calendario es mucho más certero y se han resuelto muchos desafíos técnicos".

"Pero ITER es increíblemente complicado. Las piezas se están haciendo en varias partes del mundo y se transportarán hasta aquí".

"Tendremos que organizar su llegada y construir paso a paso, cada cosa debe llegar en el orden correcto, y eso es realmente crucial".

40, 50 o 60 años

La secuencia de llegada de grandes componentes es una cuestión fundamental, pero también lo es que los componentes en sí mismos tengan la suficiente calidad como para que el sistema funcione.

Los 28 imanes que crearán el campo magnético contenedor del plasma deben ser fabricados con un nivel de exactitud muy exigente. Y cada parte debe ser estructuralmente firme, luego será soldada con las demás para asegurar un vacío totalmente hermético, sin el cual no se puede mantener el plasma.
Un solo fallo podría poner en peligro todo el proyecto.

Asumiendo que ITER lograra producir más energía de la que consume, el siguiente paso será que los socios internacionales avancen con un proyecto de demostración tecnológica que ponga a prueba los componentes y sistemas necesarios para hacer un reactor comercial.

Irónicamente, cuánto más se progresa, más evidente se hace la enormidad del desafío que supone crear un reactor de fusión para comercializar.

El año pasado le pregunté a un panel de expertos cuándo estará disponible en el mercado el primer reactor de fusión capaz de abastecer de energía las redes eléctricas.

Unos pocos dijeron que eso podría ocurrir en los próximos 40 años, pero la mayoría dijo que llevará otros 50 o incluso 60 años.

Aunque en ITER se trabaja a destajo, la energía de fusión aún sigue siendo un sueño.

Tomado de:

BBC Ciencia

12 de abril de 2013

Intentarán construir cohete a fusión nuclear que podría llevarnos a Marte en 30 días

motor fusion nuclear

Un equipo de científicos financiados por la NASA de la Universidad de Washington comenzarán próximamente a construir un cohete impulsado por fusión nuclear, el que en caso de que se pueda construir exitosamente, podría llevar una misión tripulada a Marte en solo 30 días.

El grupo está liderado por John Slough, y han estados los últimos años desarrollando y probando varias de las etapas de un cohete a fusión el que, para que sea exitoso, debe ser capaz de generar más energía que la necesaria para echar a andar la reacción nuclear, algo que puede sonar sencillo pero que si consideramos los millones de dólares gastados en investigación y las grandes mentes dedicadas al tema en las últimas décadas, cabe afirmar que es una tarea bastante difícil.

El asunto es que, hasta el momento, un cohete a fusión nuclear sería el mejor método de propulsión para explorar el espacio, pues el peso y costo del combustible es una de las más grandes barreras para los viajes espaciales, y el combustible para una reacción nuclear tiene una enorme densidad de energía (unas siete millones de veces más que el combustible convencional para cohetes).

Link: NASA-funded fusion rocket could shoot humans to Mars in 30 days (Extreme Tech)

FUENTE:

FayerWayer

27 de febrero de 2013

La NASA propone tener un reactor nuclear en cada hogar

Los científicos del Centro de Investigación Langley de la NASA estiman que en el futuro sería posible instalar un reactor nuclear en casa en lugar del calentador de agua ya que será suficientemente pequeño y seguro. 


Este tipo de reactor no usa fisión, proceso en el que un núcleo pesado se divide en dos o más núcleos pequeños liberando una enorme cantidad de energía, que se usa en las actuales plantas nucleares. Tampoco se basa en la fusión, proceso de la unión de varios núcleos atómicos de carga similar que forman un núcleo más pesado. Se trata de reactores de reacciones nucleares de baja energía (LENR, por sus siglas en inglés) también conocidos bajo el nombre de reactores de fusión fría. 

La fusión fría es un nombre genérico dado a cualquier reacción nuclear de fusión producida a temperaturas y presiones cercanas al ambiente, muy inferiores a las necesarias normalmente para la producción de reacciones termonucleares (millones de grados Celsius), utilizando equipamiento de relativamente bajo costo y un reducido consumo eléctrico para generarla. Los primeros intentos de conseguirla ascienden a finales de la década de los ochenta, pero a día de hoy no se ha probado definitivamente que la fusión fría sea un proceso físicamente posible. 

Sin embargo el jefe del grupo de investigación, Joseph Zawodny, asegura que su equipo tiene una solución innovadora para conseguir el resultado. Propone procesar el níquel para que pueda contener el hidrógeno de la misma forma que una esponja contiene agua. 

El hidrógeno se ioniza, es decir, cada átomo de hidrógeno se despoja de su electrón y se queda solo con el protón. Luego hacen que los electrones del metal oscilen todos juntos de tal manera que los miles de millones de electrones transfieren la energía electromagnética que tienen almacenada a unos cuantos de ellos. De este modo, el grupo 'privilegiado' de electrones recibe energía suficiente para fusionarse con los protones a su lado (con los iones de hidrógeno) y formar neutrones ultralentos. Los núcleos de los átomos del metal 'capturan' estos neutrones de inmediato (en otras palabras, los absorben) y, gracias a que esta absorción hace extremadamente inestable a los núcleos, se lanza una reacción en cadena que transforma el níquel en cobre y libra la energía útil. 

Los investigadores subrayan que este tipo de energía es más limpia que los combustibles tradicionales. Los reactores de LENR producen energía "sin los peligros de la ionización radioactiva y sin producir basura nuclear" y pueden usarse en los sistemas de transporte e infraestructura. El jefe científico del Centro de Investigación Langley de la NASA, Dennis Bushnell, estima que un 1% del níquel extraído cada año podría cumplir con los requisitos energéticos del mundo con tan solo una cuarta parte del costo del carbón.

Fuente:

Actualidad RT

21 de febrero de 2013

Así es la muerte de las estrellas

Supernova. Foto cedida por  NASA's Marshall Space Flight Center
Todos los días, cuando salimos a la calle o miramos por la ventana, somos conscientes del efecto que tiene el astro rey sobre el desarrollo de nuestras vidas. La supervivencia de los seres vivos depende íntegramente de su existencia y como si de una idea platónica se tratara, asumimos que Apolo seguirá arrastrando su carro a lo largo de las bóvedas celestes. Pese a que somos conscientes de que el Sol no es un cuerpo inmutable (un ejemplo aquí), sí es racional considerarlo como eterno. En esta entrada veremos cómo es la vida y muerte de una estrella. En general, puede decirse que la vida de una estrella es inversamente proporcional a su masa. Estrellas masivas dispondrán de vidas cortas e intensas, que concluirán de manera trágica. Sin embargo, las estrellas más pequeñas alargarán su existencia durante períodos mucho más largos y abandonarán este mundo sin pena ni gloria. 

Para comprender cómo acaba la vida de una estrella es necesario conocer cómo es su nacimiento. Una estrella comienza su vida a partir del colapso de una gran nube de materia, compuesta en su mayor parte por hidrógeno. Debido a la gran cantidad presente de materia, los átomos comienzan a acercarse entre sí por la acción de la gravedad. Quiero recalcar que si los átomos se atraen entre sí (sí, átomos pequeñitos) es porque su cantidad es desproporcionada. Por ello, cada vez es mayor  la presión y comienzan a chocar entren sí, aumentando la temperatura. Durante el transcurso de este proceso, los átomos de hidrógeno están tan cerca que comienzan a fundirse, lo cual produce energía, que contrarresta los efectos de la gravedad, haciendo que la estrella se hinche y tome la forma que mantendrá durante la mayor parte de su vida. Esta  fase que se conoce como secuencia principal es en la que se quema el hidrógeno para producir helio y energía.
Esquema del proceso de fusión nuclear. / Wykis
Las estrellas son enormes calderas. Se ven obligadas por la fuerza de la gravedad a convertir el hidrógeno, a 16 millones de grados Celsius, en helio. Afortunadamente, esto es lo único que necesitan durante la mayor parte de sus vidas.
En la figura situada a la izquierda puede verse, de manera esquemática, el proceso de fusión nuclear. A grandes rasgos, en el núcleo del cuerpo celeste, un átomo de deuterio y otro de tritio (isótopos de hidrógeno) se "funden", lo cual produce un átomo de helio y un neutrón, junto con, cómo no: energía.

Las reservas de hidrógeno pueden parecer eternas desde la perspectiva de un ser humano, pero llega un punto en el que no hay más hidrógeno disponible que contrarreste el efecto de la gravedad y la estrella comienza su declive. Esto se traduce en una muerte, larga y violenta. La violencia se traduce en que su volumen aumenta, pasando a ocupar un espacio cientos de veces mayor al que disponían durante su secuencia principal. Agonizante, la estrella es incapaz de mantener la temperatura de su superficie y su color se apaga, de ahí que se denomine a estas estrellas moribundas con el término de gigantes rojas.


Foto cedida por Andrea Dupree
El ejemplo de gigante roja por antonomasia es Betelgeuse. A la derecha de este párrafo podemos ver una foto tomada por el telescopio Hubble. Aunque tal vez no lo parezca, su radio es lo suficientemente grande como para que si el Sol se encontrara en el centro, todo el sistema solar cupiese dentro de esta estrella hinchada y y a punto de morir. Un hecho curioso es que la estrella se encuentra a 600 años luz de nosotros, por lo que podría haber muerto hace tiempo, pero todavía no habernos llegado su funesto destello.

En el interior de estos gigantes moribundos la gravedad empieza a ganar la batalla. Esto es debido a que por falta de hidrógeno, el proceso de fusión se está apagando. Este declive hace que los átomos cedan a la influencia de la gravedad y la distancia entre ellos disminuya. Por tal razón, las reacciones de fusión se reactivan, debido a que aún queda materia en el núcleo. Sin embargo, no se  trata de la misma situación que en la secuencia principal. Ahora ya no queda hidrógeno que fundir, sino helio; y debido a que la presión en el núcleo ha aumentado, las temperaturas son mayores (alrededor de unos 100 millones de grados Celsius). Esta situación hace posible que los átomos de helio se fundan entre sí, y producen la aparición del carbono, del oxígeno y de la energía suficiente para detener el colapso, al menos temporalmente. He aquí una de las ironías del universo. Para que se originen dos de los elementos más importantes para la presencia de la vida, una estrella debe morir. 

En el caso de nuestro Sol, al poseer una masa comedida, cuando el helio se agote, detendrá su proceso de fusión, ya que no quedará suficiente masa en su núcleo para plantarle cara a la gravedad. En ese momento el Sol se desprenderá de sus capas más externas,  y tan sólo quedará su núcleo, el cual  pasará a tomar el nombre de enana blanca, que irá apagándose a lo largo de las eras, hasta convertirse en una enana negra

Antes de retomar la muerte de Betelgeuse, debemos hablar de las estrellas menos masivas, es decir, aquellas cuya masa es menor que la mitad que la que posee el Sol. Como decíamos antes, la intensidad de la vida de una estrella depende de su masa. Las estrellas más grandes requieren mayor energía del proceso de fusión nuclear para contrarrestar la gravedad producida por este exceso de materia. Una enana roja, sin embargo, quema su combustible de manera lenta durante toda su vida, por lo que poco se conoce sobre su muerte, pero se espera que no sea muy violenta.

Si la masa de la estrella es superior a la del Sol, pueden darse nuevas fases de colapso y reinicio del proceso de fusión. Es decir, el proceso continúa más allá de la fusión del helio, siempre y cuando quede suficiente materia. De esta manera se consiguen todos los elementos de la tabla periódica hasta llegar al hierro. De hecho, el final de una estrella de menos de nueve masas solares, consiste en que gran parte del volumen de la estrella se estructura como una esfera con capas. Además, su centro está compuesto por hierro y las capas externas de elementos menos pesados, hasta llegar a una superficie de hidrógeno. Una vez se ha alcanzado este estado, mediante una violenta explosión, la estrella muerta esparce al universo todo su contenido en forma de una nebulosa estelar.

Las estrellas más grandes, cuya masa es superior a nueve veces la masa solar, producen el resto de elementos que conocemos. Es tanta la materia que queda en la esfera metálica del final de sus vidas, que tras su colapso, se produce un "rebote" de materia, que choca contra las capas externas, y fuerza a que se alcancen temperaturas de miles de millones de grados Celsius. Durante esta tremenda explosión, denominada supernova, se dan las condiciones necesarias para formar el resto de elementos pesados como el oro, la plata o el uranio. Esta brutal explosión disemina la esencia de la estrella en el espacio, y deja  una densa estrella de neutrones donde anteriormente se encontraba el núcleo, la cual gira frenéticamente hasta el fin de la eternidad.

Con todo lo anterior quiero decir una cosa: nada es eterno, ni siquiera una gloriosa estrella. Lo importante de la muerte de estos cuerpos es  lo que nos enseñan. De las cenizas de algo grande, siempre puede volver a surgir algo nuevo. De cada una de las nebulosas que se producen tras la muerte de cualquier estrella lo suficientemente masiva, hay suficiente materia para que nazcan nuevos astros.

Foto cedida por NASA Goddard Photo and Video

El Sol,
los planetas del sistema solar, la vida, 
 se sustentan sobre el cadáver de innumerables astros. 
Nunca mejor dicho, somos polvo de estrellas.


Pepe "Puertas de Acero" Pérez

Fuente:

Mente Enjambre

5 de octubre de 2012

Centrales nucleares: Minería y preparación del uranio

 

El uranio, elemento con número atómico 92 y que podemos encontrar en la naturaleza combinado con otros elementos, es materia prima para el combustible de la gran mayoría de las centrales nucleares en operación en el mundo. El uranio se compone de tres isótopos naturales: uranio-238, uranio-235 y uranio-234; cada uno con una abundancia específica, siendo el 238 el más abundante en un 99,27%. En cada yacimiento que encontremos tendremos la misma composición isotópica.

A pesar de la imagen popular de una barra de uranio fluorescente, no todos los minerales lo son, solo algunos del grupo oxidado (los carbonatos, principalmente) presentan fluorescencia. Los minerales de uranio más comunes son de colores marrones o negros.

La minería del uranio no es más complicada que la de cualquier otro mineral, aunque sí hay que tomar ciertas precauciones para que no se produzca la contaminación radiactiva del entorno, por pequeña que sea. Los métodos de extracción del uranio son comunes a otras actividades mineras, ya que no se necesita una tecnología especial.

La minería del uranio puede ser subterránea, mediante galerías y pozos; si bien tiene un mayor impacto radiológico en los trabajadores y la recuperación de las reservas es menor, lo que hace este método más costoso.


También se puede efectuar a cielo abierto, mediante la creación de bancos y el empleo de explosivos. Este método permite explotar yacimientos con menor ley de mineral (contenido en mineral del total de material extraído, se expresa en partes por millón o porcentaje), aunque con un mayor impacto ambiental.

Otro de los métodos utilizados es la lixiviación in situ, que consiste en introducir en el yacimiento, mediante pozos, soluciones acuosas que capturan los iones de uranio y que se extraen al exterior, ya enriquecidas, mediante bombeo. Permite explotar yacimientos con leyes muy bajas sin impacto radiológico, si bien solo es posible utilizarlo en yacimientos con composiciones minerales específicas y se corre el peligro de contaminar los acuíferos adyacentes.

Concentración del mineral de uranio

Una vez extraído el mineral es necesario concentrarlo, ya que su contenido en uranio es bajo.


Si se ha extraído mediante métodos secos (minería subterránea o a cielo abierto) es necesaria una preparación del mineral: reducción de tamaño mediante machacadoras y molinos, clasificación por tamaños o cribado y, en algunas ocasiones, es necesaria una tostación para eliminar impurezas.

Una vez el mineral está preparado, se procede a la solubilización del uranio, a través de soluciones acuosas que ayudan a la formación de iones (soluciones ácidas si la mena es silícea o soluciones básicas si la mena es carbonatada). Lo que se persigue es formar iones de uranio hexavalente (U6+).

Las soluciones ricas en iones de uranio deben separarse de los sólidos estériles que las acompañan, lo que se consigue con un lavado de los sólidos, que arrastrará el uranio que quede impregnado en ellos. Este lavado se realiza mediante un proceso de adsorción con resinas y una posterior reextracción con disolventes orgánicos.

 

El uranio se recupera de los disolventes cambiando el pH de la disolución y haciendo que precipite. Si la disolución es ácida se le añadirá un compuesto básico para que el pH sea mayor y viceversa si la disolución es básica. El precipitado que se obtiene es U3O8, un concentrado de uranio que se somete a secado para dar lugar a lo que se conoce como yellow cake, un polvo fino y amarillo que se envasará y se transportará a las plantas de enriquecimiento. Este yellow cake tiene en torno al 85% de uranio.

La gestión de residuos en esta etapa de minería y concentración requiere la construcción de balsas de almacenamiento de estériles impermeables, de tal manera que no pueda producirse la contaminación del entorno. La principal medida contra la contaminación radiactiva es añadir a las pulpas residuales cloruro bárico, para que el radio precipite y quede confinado en la balsa. Las balsas, pasado un tiempo se desecarán y restaurarán de acuerdo al entorno.

Para saber más:

Fuente:

16 de septiembre de 2012

Japón busca abandonar energía nuclear para el 2030

planta

El gobierno japonés quiere dejar de utilizar la energía nuclear como una de sus principales fuentes para producir electricidad y es que después del desastre de Fukushima se han dado cuenta de los riesgos que existen, aun cuando las plantas nucleares sean muy seguras.

De abandonar la energía nuclear Japón necesitaría triplicar sus fuentes de energía renovable para mas o menos lograr reponer lo que producían las plantas nucleares, pero esto también provocaría que incrementaran sus importaciones de carbón, gas y petróleo.

Claro que este movimiento bien visto por los ciudadanos japoneses tiene varios enemigos, empezando por los mismos empresarios japoneses dueños de las plantas y, por si fuera poco, el gobierno norteamericano que es quien les vende suministros.

Actualmente todos los reactores de Japón a excepción de dos están apagados y esperan una revisión por parte del gobierno, en cuanto se demuestre que son seguros para operar, se les permitirá volver a funcionar.

El problema de abandonar tan “rápidamente” la energía nuclear es que los costos de la electricidad en el país se dispararían y aumentaría el consumo de combustibles fósiles que solo generarían más contaminación. También esta el costo de poner fuera de servicio todos los reactores, que no sería nada barato y Japón en este momento no tiene el dinero para hacerlo.

Desafortunadamente para Japón sus ciudadanos son muy dependientes de la electricidad, de hecho, hoy siguen sufriendo apagones ya que la producción de electricidad no alcanza para todo el país. Una vez que vuelvan a iniciar operaciones las plantas nucleares probablemente mucha gente cambie de opinión y es que con el servicio vuelto a la normalidad, muchos prefieran ahorrarse el costo de un cambio energético.

Tomado de:

1 de diciembre de 2011

Fusión de estrellas en la 'explosión de Navidad'

Recreación del estallido de rayos gamma. | 'Nature'

Recreación del estallido de rayos gamma. | 'Nature'

Cuando se miran las estrellas es probable que algunas de ellas hace tiempo que estén muertas, aunque la luz que emitieron sigue viajando por el Cosmos. Ahora, los últimos hallazgos astronómicos están revelando nuevas formas en las que se producen estas muertes, como la que tuvo lugar el pasado 24 de diciembre, justo el día de Navidad, a 5.500 años luz de la Tierra.

Ese día tuvo lugar un estallido de rayos gamma que dejó perplejos a los astrónomos. Muchos investigadores recibieron al mismo tiempo los datos recogidos por el satélite 'Swift' de la NASA y comprobaron que esta explosión, bautizada oficialmente como GRB101225A y apodada "la explosión de Navidad", era de más duración de lo que se había visto hasta entonces y después se produjo un resplandor de origen térmico que no cuadrada con los modelos previos.

Casi un año después, un equipo internacional, liderado por Christina Thöne y Antonio de Ugarte Postigo, ambos del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), publica en 'Nature' una interpretación de lo sucedido: la 'explosión de Navidad' fue la fusión de dos estrellas, después de un periodo en el que ambas compartieron la misma atmósfera estelar.

Thöne, en un comunicado, recuerda que todos los estallidos similares de rayos gamma van seguidos de un resplandor producido por los electrones en movimiento dentro de un campo magnético. Los estallidos largos (de dos o más segundos de duración) se deben al colapso de una estrella muy masiva, mientras que los cortos (de menos de dos segundos) los produce la fusión de dos objetos compactos, como estrellas de neutrones.

Muerte por fusión

Pero este caso era 'exótico', en palabras de Antonio de Ugarte, lo que les hizo pensar que existía otro posible escenario para lo ocurrido. Proponen que lo que ocurrió fue la fusión de una estrella de neutrones (una estrella degenerada que puede contener la masa del Sol en un radio de decenas de kilómetros) con otra estrella gigante evolucionada.

Ambas formaban un sistema binario, a unos 5500 millones de años luz de la Tierra, desde que la estrella de neutrones se introdujo en la atmósfera de la grande, lo que hizo que esta última pediera la mayor parte de su hidrógeno. Cuando ambas se fusionaron, la explosión produjo un chorro semejante a los que se generan en estallidos normales, pero se calentó al interactuar dentro d de la atmosfera, lo que provocó esa radiación que pudo captar el 'Swift' y que se fue enfriando con el tiempo.

Los datos registrados reflejan que unos 10 días después del estallido comenzó a emerger una débil explosión de supernova que alcanzó su máximo tras 40 días. En el modelo del equipo del IAA incluso se predice a la formación de níquel que suele relacionarse con supernovas débiles.

Otras interpretaciones

No obstante, hay varias interpretaciones para lo ocurrido la pasada Navidad, como recuerda Thöne. Un equipo italiano publica un artículo en la misma revista que sugiere que el estallido se debió al colapso de un objeto cósmico de pequeño tamaño que chocó con una estrella de neutrones de la Vía Láctea.

En general, estos estallidos, que son espectaculares, están relacionados con catástrofes que ocurren en las estrellas, y van de unos milisegundos a más de media hora. La atmósfera terrestre es opaca a esta radiación, por lo que la única forma de detectarlos es con satélites espaciales, como el 'Swift', que envían sus datos a investigadores de todo el mundo para que los interpreten.

"Estamos viendo que estos objetos nos deparan muchas sorpresas y que, del mismo modo que los tipos de supernova conocidos han aumentado con el tiempo, es posible que debamos revisar la clasificación de los estallidos de rayos gamma. Las estrellas parecen disponer de muy diversas formas de morir", concluye Thöne.

Fuente:

El Mundo Ciencia

27 de abril de 2011

Cuando las bombas nucleares rompían los escaparates de Las Vegas

Hongo nuclear en el horizonte de la calle Fremont, en Las Vegas (1951).

El 2 de febrero de 1951, a las 5:48 a.m., la bomba Baker-2 explotó a 1.100 metros sobre la superficie del desierto de Nevada con una fuerza de 8 kilotones. Era una de las primeras pruebas llevadas a cabo sobre el Nevada Test Site, apenas 100 kilómetros al norte de la ciudad, y pilló a algunos ciudadanos desprevenidos. La explosión fue visible desde Los Angeles, donde algunos fotógrafos avisados habían madrugado para ver la luz atómica en la distancia.

En apenas unos segundos, una luz se hizo visible en el cielo oscuro y la tremenda onda expansiva se extendió por la parte alta de la atmósfera hasta alcanzar localidades tan lejanas como Las Vegas. Para sorpresa de sus propietarios, un enorme escaparate de una tienda de muebles de la ciudad se hizo pedazos por la explosión. Como relata Richard Lee Miller en su libro "Under the cloud: the decades of nuclear testing", un vecino del centro de la ciudad dijo que su casa se había "sacudido como un cuenco de gelatina que hubiera sido pateado". En el norte de Las Vegas, en un barrio más cercano a la explosión, la onda expansiva destrozó todas las ventanas de dos casas.

El escaparate roto tras la detonación de Baker-2. Fuente AP/Wide World Photos. [Via]

Clint Mosher, reportero del International News Service, estaba en un restaurante del desierto, a muchos kilómetros de la explosión y describió después en una crónica cómo había sido aquel momento:

"Una intensa luz blanca, de color puro y que daba miedo mirar, se elevó en medio del desierto (...) Cinco segundos después la llanura, el cielo y las montañas se oscurecieron de nuevo... A las 5:51 se produjeron cinco largos e inciertos minutos tras la luz en el cielo. ... Un instante después hubo un profundo estruendo, como la artillería de una docena de ejércitos. Y entonces, dos segundos después, una gran corriente de aire de la que no había escapatoria golpeó las casas, sacudió las ventanas y arrancó el yeso de las paredes en algunas partes de la ciudad. ¡Swoooosh!. Fue como estar demasiado cerca de un cañón.

(...) Le pregunté a la camarera "¿Lo ha visto?"

"Sí", me dijo. "¿Cómo lo quiere? ¿Solo o con leche?" (Seguir leyendo)

Una de las detonaciones de la operación Ranger (1951). Fuente: Wikipedia

Las autoridades concluyeron que la rotura de los cristales había sido una excepción y lo achacaron a la extensión de la onda expansiva de la explosión a través de la troposfera, lo que le permite viajar largas distancias y descender. En general, los vecinos de la entonces pequeña localidad se tomaron estas explosiones con la misma naturalidad con que aquella camarera servía el café.

El día de la detonación de Baker 2, la policía local registró un aluvión de llamadas durante la siguiente media hora, pero en ningún caso cundió el pánico. "Como ejemplo de la actitud relajada de la comunidad", asegura el departamento de energía en un documento oficial, "una revista citaba la actitud de un jugador del Golden Nugget que sintió la explosión de Able [la primera detonación del NTS], se detuvo, miró a su alrededor y dijo: "debe de ser una bomba atómica". Después de dio la vuelta y siguió jugando".

Aléjense de las ventanas

Después de la prueba que destrozó los escaparates, los militares detonaron una bomba mucho más potente llamada Fox (alrededor de 35 kilotones). Para evitar males mayores, las autoriades avisaron a la población y pidieron que se mantuvieran alejados de los ventanales si veían el resplandor de una explosión. La onda expansiva afectó esta vez a la localidad de Indian Springs, donde se rompieron alrededor de un centenar de ventanas y una casa sufrió daños importantes en sus puertas y en el tejado.

Explosión de la bomba Fox sobre Las Vegas. Fuente: AP/Wide World Photos

Tras las primeras pruebas, las explosiones se convirtieron en un fenómeno popular y la gente empezó a acudir de todas partes a ver el espectáculo. "Visitantes y residentes", asegura el Departamento de Energía (ver PDF), quedaron atrapados en una especie de atmósfera del 4 de julio, como si las pruebas fueran fuegos artificiales mayores y más espectaculares". La gente acudía de todas partes y aparcaban sus coches en las cunetas de las carreteras que ofrecían mejores vistas.

Para terminar, hay un fragmento del libro "Aventuras y desventuras del Chico Centella", de Bill Bryson (y que no me canso de recomendar) que explica fabulosamente el espíritu de aquella época:

"La gente estaba arrobada con la abrasadora majestuosidad y la potencia antinatural de la bomba atómica. Cuando el ejército empezó a hacer pruebas nucleares en el lecho seco de un lago en Frenchman Flat, en el desierto de Nevada, cerca de Las Vegas, aquello se convirtió en la principal atracción turística de la ciudad. La gente no iba a Las Vegas a jugar, o al menos no exclusivamente a jugar, sino a apostarse al borde del desierto, sentir que la tierra temblaba bajo sus pies y ver que el aire se llenaba con portentosas columnas de humo y polvo. (...)

En los años de mayor actividad se realizaron en Nevada hasta cuatro detonaciones nucleares al mes. El hongo nuclear era visible desde cualquier aparcamiento de la ciudad, pero la mayoría de visitantes preferían acercarse al borde mismo del área de pruebas, a menudo con comida para hacer un picnic, presenciar las pruebas y disfrutar de la nube de polvo posterior. Estamos hablando de grandes detonaciones. Las veían incluso los pilotos comerciales que sobrevolaban el océano Pacífico, a cientos de kilómetros de distancia. El polvo radiactivo a menudo barría Las Vegas y dejaba una capa bien visible sobre toda superficie horizontal. Al principio, después de una prueba, los técnicos del gobierno recorrían la ciudad enfundados en sus batas blancas pasando los contadores Geiger por todas partes. La gente hacía cola para ver lo radiactiva que era. Formaba parte de la diversión. Qué satisfacción daba ser indestructible."

Fuentes: "Under the cloud: the decades of nuclear testing" (Richard Lee Miller), Battlefield of the Cold War The Nevada Test Site (PDF), Broken windows in Las Vegas by Nevada nuclear weapon tests (Glasstone)

Ver también: Arqueólogos nucleares, guardianes de la destrucción (lainformacion.com), La patrulla que filmó el horror atómico, Volando en el interior de un hongo nuclear, El hombre que vio a través de sus huesos

Fuente:

Fogonazos
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