El 25 de agosto de 2012 , a unas 11 mil millones de millas (18 mil millones de kilómetros) del sol, la sonda Voyager 1 de la NASA abandonó la heliosfera , yendo audazmente a donde ningún objeto había ido antes. Al cruzar ese límite, la Voyager 1 viajó más allá del sistema solar y entró en el espacio interestelar , una primicia histórica.
Mire la fila inferior de una tabla periódica (tradicional) y encontrará el elemento que hizo posible esta aventura cósmica: el plutonio.
¿Qué es el plutonio?
Identificado por primera vez en la década de 1940, el plutonio se ha utilizado con fines creativos y destructivos. El fallecido físico John Goffman una vez llamó al plutonio "el elemento del señor del infierno". Un lingüista podría inclinarse a estar de acuerdo.
Pero primero un poco más sobre este elemento. Cada átomo de plutonio contiene 94 protones. Por el contrario, solo hay 92 protones por átomo de uranio y 93 en cada átomo de neptunio.
Dado que esos dos elementos recibieron el nombre de los dioses antiguos, y los planetas, Urano y Neptuno , el plutonio recibió el mismo tratamiento.
"El plutonio fue descubierto por Glenn Seaborg y sus colaboradores en el Laboratorio de Berkeley (CA) a fines de 1940", dice Peter C. Burns, químico de la Universidad de Notre Dame, en un correo electrónico.
Diez años antes , los astrónomos habían observado un nuevo planeta enano cerca de Neptuno. Para honrar al dios romano del inframundo, fue apodado "Plutón". Y el plutonio deriva su nombre de ese cuerpo celeste.
Originalmente, Seaborg y la compañía pudieron producir plutonio utilizando un acelerador de partículas ciclotrón en Berkeley. Con este dispositivo, se dispararon partículas llamadas "deuterones" a una muestra de uranio. El experimento creó una pequeña cantidad de neptunio, que luego se convirtió en plutonio a través de un proceso de descomposición .
La primera muestra pesable de plutonio se creó en la Universidad de Chicago el 20 de agosto de 1942. En ese momento, algunas partes habían reconocido el potencial militar del elemento.
Los átomos de plutonio siempre vienen con 94 protones. Pero el recuento de neutrones puede variar y los químicos se refieren a estas variaciones como " isótopos ". El uranio también tiene isótopos. Uno de ellos, llamado uranio-235 (U-235), pronto fue identificado como una fuente potencial de combustible para bombas atómicas. Poco después de su descubrimiento, el plutonio entró en la conversación como otra forma de impulsar armas nucleares. La Era Atómica estaba a punto de comenzar.
Hoy en día, a todos los efectos prácticos, existen dos tipos de plutonio: grado reactor y grado armamentístico. El plutonio fue el ingrediente clave detrás de "Fat Man", la bomba nuclear que diezmó Nagasaki, Japón, en 1945, matando a decenas de miles de personas y poniendo fin a la Segunda Guerra Mundial.
Plutonio y armas
El plutonio utilizado con fines militares se recupera del combustible de uranio irradiado durante dos o tres meses en un reactor de producción de plutonio. Se necesitan alrededor de 22 libras (10 kilogramos) de isótopo de plutonio-239 (Pu-239) casi puro para fabricar una bomba. Ese tipo de bomba requiere 30 megavatios-año de funcionamiento del reactor nuclear, con cambios constantes de combustible y reprocesamiento del combustible 'caliente', según la Asociación Nuclear Mundial . Es por eso que el plutonio "apto para armas" se fabrica en reactores especiales que aumentan la concentración de los isótopos superiores de plutonio.
La primera explosión de una bomba atómica en la Tierra tuvo lugar el 16 de julio de 1945. Fue en Nuevo México y fue lo suficientemente fuerte como para sentirse a 100 millas (160 kilómetros) de distancia. Fue parte de la " Prueba Nuclear Trinity " ultrasecreta del Proyecto Manhattan en el Campo de Bombardeo de Alamogordo. El dispositivo en cuestión tenía un núcleo de plutonio; no se desplegaron armas nucleares a base de uranio para el experimento.
Posteriormente, Estados Unidos lanzó una bomba nuclear U-235 sobre la ciudad japonesa de Hiroshima el 6 de agosto de 1945. Tres días después, Estados Unidos lanzó una segunda bomba apodada "Fat Man" sobre Nagasaki. Al igual que el arma probada en Nuevo México ese verano, la bomba de Nagasaki se basó en plutonio.
"Nunca se sabrá con certeza cuántas personas murieron como resultado del ataque atómico en Nagasaki", informa el sitio web oficial del Departamento de Energía de Estados Unidos . Según su mejor estimación, "40.000 personas murieron inicialmente y 60.000 más resultaron heridas". En los próximos meses y años, el total final de muertes puede haber aumentado a 140.000 o más. El Parque de la Paz de Nagasaki alberga una ceremonia anual para honrar sus recuerdos cada agosto.
El mayor problema hoy en día con las existencias de plutonio apto para armas es qué hacer con ellas. Se estima que Estados Unidos tiene actualmente 96,6 toneladas (87,7 toneladas métricas) de plutonio, y un problema de almacenamiento. Gran parte de ella se almacena actualmente en un edificio en el sitio del río Savannah en Carolina del Sur.
Plutonio y poder
En la actualidad, más de un tercio de la energía producida en las centrales nucleares proviene del plutonio . Estados Unidos, sin embargo, no tiene instalaciones que dependan del plutonio como fuente de energía.
El isótopo de plutonio más común que se forma en un reactor nuclear es Pu-239, que se crea mediante la captura de neutrones del uranio empobrecido (U-238). Cuando se fisiona, Pu-239 puede tener tanta energía como el uranio enriquecido (U-235), que también se utiliza en armas nucleares .
Históricamente, se utilizó otro isótopo de plutonio, Pu-238, para alimentar las baterías de algunos marcapasos comerciales . Esos dispositivos médicos pasaron de moda cuando las alternativas de litio llegaron al mercado.
Pero en la frontera final, el plutonio sigue siendo un bien valioso.
Plutonio y espacio profundo
"El uso más significativo y menos conocido del plutonio es para la generación de energía durante la exploración espacial", dice Burns. "El plutonio-238 emite mucho calor cuando sufre desintegración radiactiva, y este calor se puede utilizar en un generador termoeléctrico para producir electricidad".
Pu-238 tiene muchas cualidades que hacen que el isótopo sea muy atractivo para los ingenieros que trabajan para agencias espaciales. Para empezar, no se necesita mucho para generar mucho calor, que luego se puede convertir en electricidad.
Luego está la vida media , una métrica que te dice cuánto tiempo tardará la mitad de los átomos en un isótopo radiactivo dado en desintegrarse y transformarse en otra cosa. Con una vida media respetable de 88 años, Pu-238 puede mantener los rovers y las sondas espaciales en funcionamiento durante décadas.
Lejos del sol, en lugares donde los rayos de la estrella son débiles y tenues, los satélites alimentados por energía solar no funcionarán tan bien. Mientras tanto, los rovers de Marte que dependen de la luz solar (como el ahora desaparecido Opportunity Rover) tienen que lidiar con el polvo de las tormentas pasajeras que pueden asfixiar sus paneles e impedir el funcionamiento de la batería.
Por estas razones, Pu-238 es ideal tanto para la exploración marciana como para la exploración del espacio profundo. Hasta ahora, Pu-238 ha impulsado al menos 30 vehículos espaciales estadounidenses . El Perseverance Rover que aterrizó en el Planeta Rojo en febrero de 2021 tiene un generador alimentado por Pu-238. También lo hacen las naves espaciales lejanas como la Voyager 1 y la Voyager 2 , que han estado recorriendo el sistema solar ( y más allá ) desde 1977.
Plutonio y toxicidad
El plutonio es radiactivo, aunque es probable que nunca esté expuesto a él. Robert M. Hazen, de la Carnegie Institution for Science, dice que "no hay fuentes naturales" de plutonio. "Tiene que fabricarse a través de reactores reproductores, por lo que todo el plutonio en uso en la Tierra es de fabricación humana", explica por correo electrónico.
Sin embargo, puede liberarse al medio ambiente a través de una planta industrial o de un recipiente; sin embargo, los niveles de plutonio en el aire, el agua, el suelo y los alimentos son extremadamente bajos. Sin embargo, si está expuesto, probablemente sea a través de la inhalación de aerosoles irradiados o el contacto con la piel. Y muchos factores determinarán si la exposición lo dañará, incluido cuánto, cuánto tiempo y cómo entró en contacto con el plutonio.
Cuando lo inhale, algo de plutonio quedará atrapado en sus pulmones y se trasladará a sus huesos e hígado. Si lo ingiere a través de los alimentos, una pequeña cantidad también puede extenderse a los huesos y al hígado. Si toca el plutonio, muy poco , si es que hay alguno, ingresará a su cuerpo, pero puede quemar la piel que entró en contacto con él. Entonces, si bien es un elemento radiactivo, el plutonio está lejos de ser "la sustancia más tóxica conocida por el hombre", como una vez proclamó el activista Ralph Nader .
AHORA ESO INTERESANTE
Glenn Seaborg se convirtió en la primera persona en tener un elemento recién descubierto que lleva su nombre durante su vida cuando el seaborgio, el elemento 106 de la tabla periódica, fue bautizado en la década de 1990 .
