Teunoloxía nuclear

La teunoloxía nuclear ye la teunoloxía que ta rellacionada coles reacciones de nucleos atómicos de ciertos elementos. Les teunoloxíes nucleares más destacaes son: la enerxía nuclear, la medicina nuclear y les armes nucleares. Desenvolviéronse aplicaciones dende detectores de fumu hasta reactores nucleares, y dende mires d'armes a bombes nucleares.

 Historia y contestu científicu 

 Descubrimientu 

La vasta mayoría de los fenómenos naturales más comunes de la Tierra asoceden nel contestu de la gravedá y del electromagnetismu y non de les reacciones nucleares. Esto debe a que los nucleos de los átomos caltiénense separaos porque contienen cargues llétriques positives, y polo tanto se repelen ente sigo.

En 1896, Henri Becquerel taba investigando la fosforescencia en sales d'uraniu cuando él afayó un nuevu fenómenu al que denominó radioactividá.Henri Becquerel Él, Pierre Curie y Marie Curie empezaron a investigar el fenómenu. Nel procesu, ellos aisllaron l'elementu radiu, que ye altamente radiactivu. Ellos afayaron que los materiales radiactivos producen intensos y caltriantes rayos de trés distintes clases, a los cualos denominaron alfa, beta y gamma poles trés primeres lletres del alfabetu griegu. Dalgunos d'estos podíen pasar al traviés de la materia ordinario y toos ellos podíen ser dañibles pa la salú en grandes cantidaes. Tolos primeros investigadores recibieron quemadures por radiación, paecíes a les causaes por quemadures solares y nun s'esmolecíen enforma al respeutu.

El nuevu fenómenu de la radioactividá foi tomáu polos fabricantes de medicines falses (como antes habíenlo fechu tamién cola lletricidá y el magnetismu) y creáronse una gran cantidá de medicines falses y tratamientos qu'usaben la radioactividá.

Gradualmente, diéronse cunta que la radiación producida pola escayencia radiactivu yera radiación per ionización y qu'inclusive cantidaes demasiáu pequeñes pa causar quemadures teníen severa peligrosidá al llargu plazu. Munchos de los científicos que trabayaron con radioactividá morrieron de cáncer como un resultáu de la so esposición a esta. Los primeros tratamientos y medicines qu'usaben radioactividá sumieron pero otres aplicaciones de los materiales radiactivos persistieron, tales como l'usu de sales de radiu pa producir diales autoiluminados en relós y otros preseos.

A la midida que l'átomu entendíase meyor, la naturaleza de la radioactividá conocióse más claramente. Dellos grandes nucleos atómicos yeren inestables y polo tanto tamién el so tasa d'escayencia (lliberación de materia o enerxía) a intervalos aleatorios. Les tres formes de radiación que Becquerel y los Curies afayaron entender de meyor manera. La desintegración o decaimiento Alfa ye cuando un nucleu llibera una partícula alfa, que ye cuando dos protones y dos neutrones, equivalente a un nucleu d'heliu. La desintegración Beta ye la lliberación d'una partícula beta, un electrón d'alta enerxía. La desintegración Gamma llibera rayu gamma, qu'a diferencia de les radiaciones alfa y beta nun ye materia sinón que ye radiación electromagnético de bien alta frecuencia, y polo tanto enerxía. Esti tipu de radiación ye la más peligrosa y ye la más malo de bloquiar. Estos trés tipos de radiación asoceden naturalmente en Llista d'elementos per estabilidá de los isótopos dalgunos elementos específicos.

Llegóse a la conclusión que la fonte orixinal de la mayor parte de la enerxía d'orixe terrestre ye nuclear, yá sía al traviés de la radiación del Sol que ye causada por reacciones termonucleares estelares o pola escayencia radiactivu del uraniu dientro de la Tierra, la principal fonte de la enerxía xeotérmica.

 Fisión 

Na radiación nuclear natural, los subproductos son bien pequeños cuando se comparen a los nucleos de los cualos aníciense. La fisión nuclear ye'l procesu d'estremar un nucleu en dos partes aproximao similares, procesu que llibera enerxía y neutrones. Si estos neutrones son prindaos por otru nucleu inestable, estos tamién pueden fisionarse, lo que puede llevar a una reacción en cadena. La cantidá permediu de neutrones lliberaos por nucleu qu'inflúin na fisión d'otru nucleu llámase k. Los valores de k más grandes que 1 significa que la reacción de fisión ta lliberando más neutrones de los qu'absuerbe, y polo tanto llámase-y como una reacción en cadena auto sostenible. Una masa de material fisible lo suficientemente grande (y nuna configuración fayadiza) pa inducir una reacción en cadena auto sostenible ye llamada una masa crítico.

Cuando un neutrón ye prindáu por un nucleu fayadizu, la fisión puede asoceder de momentu, o'l nucleu puede persistir nun estáu inestable por un curtiu tiempu. Si esisten les abondes escayencies inmediates para soporta la cadena en reacción, dizse sobre esa masa que ye darréu crítica, y la enerxía lliberada va crecer rápida y incontrolablemente, lo que usualmente lleva a una esplosión.

Cuando s'afayó de primeres de la Segunda Guerra Mundial, esta idea llevó a dellos países a empezar programes qu'investigaren la posibilidá de construyir una bomba atómica — una arma qu'utilizara les reacciones de fisión pa xenerar lloñe muncho más enerxía de lo que yera posible llograr con esplosivos químicos. El Proyeutu Manhattan, lleváu a cabu por Estaos Xuníos cola ayuda del Reinu Xuníu y de Canadá, desenvolvió delles armes de fisión que fueron usaes contra Xapón en 1945. Mientres el proyeutu, tamién se desenvolvieron los primeres reactores de fisión, anque ellos fueron usaos principalmente pa la fabricación d'armes y non pa xenerar lletricidá.

Sicasí, si la masa ye crítica namái cuando los neutrones retrasaos tán incluyíos, la reacción puede ser controlada, por casu por aciu la introducción o remoción de materiales qu'absuerben los neutrones. Esto ye lo que dexa que puedan construyise reactores nucleares. Los neutrones rápidos nun son prindaes fácilmente pol nucleu, asina la so velocidá tien de ser menguada (neutrones lentos), xeneralmente por aciu el choque col nucleu d'un moderador de neutrones, primero que puedan ser prindaos con mayor facilidá. Anguaño, esti tipu de fisión ye comúnmente usada pa xenerar lletricidá.

 Fusión 

Si los nucleos son forzaos a topetar, ellos pueden producir lo que se conoz como fusión nuclear. Esti procesu puede lliberar o absorber enerxía. Cuando'l nucleu resultante ye más llixeru que'l del fierro, de normal llibérase enerxía; cuando'l nucleu ye más pesáu que'l del fierro, xeneralmente absuérbese enerxía. Esti procesu de fusión asocede nes estrelles, que deriven la so enerxía del hidróxenu y del heliu. Ellos formen, al traviés de la nucleosíntesis estelar, elementos llixeros (litiu a calciu) según dalgunos de los elementos más pesaos (más allá del fierro y el níquel, al traviés del procesu-S). Los restantes elementos pesaos, del níquel al uraniu y más allá, ye por cuenta de la nucleosíntesis de supernoves, el procesu-R.

De xacíu, estos procesos naturales d'astrofísica nun son exemplos de la "teunoloxía" nuclear. Por cuenta de la bien fuerte repulsión de los nucleos, la fusión ye malo de llograr d'una forma controlada. La bomba d'hidróxenu llogra'l so enorme poder destructivu de la fusión, pero la so enerxía nun puede ser controlada. La fusión controlada ye llograda en aceleradores de partícules; ye d'esta forma como se producen munchos elementos sintéticos. Un fusor tamién puede producir fusión controlada y ye una útil fonte de neutrones. Sicasí, dambos dispositivos funcionen con una perda neta d'enerxía. Una fonte d'enerxía de fusión controlable, vidable probó ser elusiva, a pesar del ocasional engañu de la fusión fría. Les dificultaes téunicu y teóricu estorbaron el desenvolvimientu de teunoloxía de fusión d'usu civil que funcione, anque la investigación sigue anguaño en munches partes nel mundu.

Primeramente la fusión nuclear foi investigada namái teóricamente mientres la Segunda Guerra Mundial, cuando los científicos del Proyeutu Manhattan (lideraos por Edward Teller) investigar como un métodu pa construyir una bomba. El proyeutu foi intennsificado dempués de concluyir que se riquir d'una reacción de fisión pa españala. Recién nel añu 1952 la primer bomba d'hidróxenu pudo ser españada, llamada asina por cuenta de qu'usa les reacciones ente'l deuteriu y el tritiu. les reacciones de fusión son muncho más enerxétiques por unidá de masa de combustible nuclear que les reacciones de fisión, pero empezar una reacción en cadena de fusión ye muncho más difícil.

 Armes nucleares 

Una arma nuclear ye un dispositivu esplosivu que deriva la so fuercia destructivo de les reacciones nucleares, yá sía por fisión o una combinación de fisión y fusión. Dambos tipos de reacciones lliberen enormes cantidaes d'enerxía a partir de relativamente pequeñes cantidaes de materia. Inclusive dispositivos nucleares pequeños pueden afarar a una ciudá pola onda de choque, fueu y radiación. Les armes nucleares son consideraes como armes de destrucción masiva y el so usu y control fueron un aspeutu principal de la política internacional dende'l so debú.

El diseñu d'armes nucleares ye más complicáu de lo que paez ser. Una arma d'esti tipu tien de contener una o más mases fisibles subcríticas lo suficientemente estables pa ser esplegaes, pa depués inducir o crear una masa crítico pa poder españala. Tamién ye bien difícil asegurar que la reacción en cadena peracaba una fracción significativa del combustible primero que'l dispositivu vuele en cachos. El llogru d'un combustible nuclear tamién ye más difícil de lo que paez ser, una y bones nenguna sustancia d'escurrimientu natural ye lo suficientemente inestable por que esti procesu asoceda. 

Un isótopu d'uraniu, l'uraniu-235, asocede naturalmente y ye lo suficientemente inestable, pero siempres s'atopa entemecíu col isótopu más estable uraniu-238. Esti postreru compón más del 99% del pesu del uraniu natural. De siguío métodos de separación d'isótopos basaos nel pesu de trés neutrones tienen de realizase para arriquecer (aisllar) l'uraniu-235.

De forma alternativa, el plutoniu tien un isotopo que ye lo suficientemente inestable pa ser aplicable. El plutoniu nun asocede naturalmente, asina que ten de ser fabricáu nun reactor nuclear.

Eventualmente, el Proyeutu Manhattan fabricó armes nucleares basaes en cada unu d'estos elementos. Ellos españaron la primer arma nuclear nuna prueba denomada "Trinity", cerca d'Alamogordo, Nuevu Méxicu, el 16 de xunetu de 1945. La prueba foi realizada p'asegurase que'l método d'implosión funcionaría pa españar una bomba atómica. Una bomba d'uraniu, la Little Boy (en castellán: Neñín), foi llanzada sobre la ciudá xaponesa de Hiroshima el 6 d'agostu de 1945, siguida tres díes más tarde por una basada en plutoniu denomada Fat Man (en castellán: Gordu) llanzada sobre Nagasaki. Como resultáu de la devastación y muertes ensin precedente provocaos por una sola bomba, el gobiernu xaponés rindióse, terminando cola Segunda Guerra Mundial.

Dende estos bombardeos nenguna arma nuclear foi esplegada ofensivamente. Sicasí, elles provocaron qu'una carrera d'armes desenvolver pa crear bombes cada vez más destructives como una forma de disuasión nuclear. Apenes cuatro años más tarde, el 29 d'agostu de 1949, la Xunión Soviética españó la so primer arma de fisión. El Reinu Xuníu siguir el 2 d'ochobre de 1952, Francia el 13 de febreru de 1960 y China el 16 d'ochobre de 1964. Estos cinco países ye-y dexáu tener armes nucleares sol Tratáu de Non Proliferación Nuclear. Namái cuatro estaos soberanos reconocíos nun son parte del tratáu: India, Israel, Paquistán y Corea del Norte. India, Paquistán y Corea del Norte probaron abiertamente y declararon que tienen armes nucleares. Israel caltuvo una política d'ambigüedá respectu al so propiu programa d'armes nucleares. Corea del Norte aportó al tratáu, violar y retiróse nel añu 2003.

A diferencia de les armes convencionales, -y intensa lluz, calor y fuercia esplosivo nun son los únicos componentes mortales d'una arma nuclear. Aproximao la metá de les muertes d'Hiroshima y Nagasaki fueron causaes ente dos a cinco años más tarde por cuenta de la esposición a la radiación.The somatic effects of exposure to atomic radiation: The Japanese experience, 1947–1997  (n'español: Los efeutos somáticos de la esposición a la radiación atómico: La esperiencia xaponesa, 1947-1997) Un arma radiolóxica ye un tipu d'arma nuclear diseñada pa esvalixar material nuclear peligrosu en territoriu enemigu. Tal arma nun tendría la capacidá esplosiva d'una bomba de fisión o de fusión, pero podría matar munches persones y contaminar una gran área. Una arma radiolóxica nunca foi esplegada. Mientres ye considerada ensin utilidá dende'l puntu de vista militar convencional, una arma d'esti tipu puede ser usada con fines de terrorismu nuclear.

Lleváronse a cabu sobre 2.000 pruebes nucleares dende 1945. En 1963, tolos estaos nucleares y munchos non nucleares roblaron el Tratáu de prohibición parcial d'ensayos nucleares, obligándose a acutase de realizar pruebes d'armes nucleares na atmósfera, so l'agua o nel espaciu esterior. El tratáu dexa la realización de pruebes nucleares soterrañes. Francia siguió con pruebes atmosfériques hasta 1974, mientres China siguió hasta 1980. La última prueba nuclear realizada per Estaos Xuníos foi en 1992, la Xunión Soviética facer en 1990, el Reinu Xuníu en 1991, tanto Francia como China siguieron les pruebes hasta 1996. Dempués de roblar el Tratáu de Prohibición Completa de los Ensayos Nucleares en 1996 (que al añu 2011 nun entró en fuercia), toos estos estaos obligar a terminar con toles pruebes nucleares. Los estaos non signatarios d'Armes de destrucción masiva na India India y Paquistán fixeron les sos últimes pruebes nel añu 1988.

Les armes nucleares son les armes conocíes más destructives - l'arquetipu de les armes de destrucción masiva. Al traviés de la Guerra Fría, les potencies opuestes teníen enormes arsenales nucleares, suficiente pa matar centenares de millones de persones. Xeneraciones de persones crecieron so la solombra de la devastación nuclear, ejemplificado en películes tales como Dr. Strangelove y The Atomic Cafe.

Sicasí, la lliberación de les enormes cantidaes d'enerxía implicaes na detonación d'una arma nuclear tamién suxirió la posibilidá d'una nueva fonte d'enerxía.

 Usos civiles 

 Enerxía nuclear 

La enerxía nuclear ye un tipu de teunoloxía que tien que ver col usu controláu de la fisión nuclear pa lliberar enerxía pal so usu pacíficu, y qu'inclúin propulsión, calor y xeneración d'lletricidá. La enerxía nuclear ye producida por una reacción en cadena controlada que crea calor como subproductu la que ye usada pa ferver agua, producir vapor y propulsar una turbina de vapor. La turbina ye usada pa xenerar lletricidá y/o realizar trabayu mecánicu.

Nel añu 2004 la enerxía nuclear apurre aproximao'l 15,7% de la lletricidá mundial y ye usada pa propulsar portaviones, ruempexelos y submarinos (hasta'l momentu'l costu y la medrana en dellos puertos previeno l'usu de la enerxía nuclear en buques de tresporte).Buques con propulsión nuclear  (n'inglés) Toles plantes d'enerxía nuclear usen la fisión. A pesar d'años d'esfuercios y l'ocasional engañu (por casu, la fusión fría), nenguna reacción de fusión fecha pol home produció más enerxía que la usada na so realización, lo que significa qu'entá nun ye una fonte vidable pa la xeneración d'lletricidá.

 Aplicaciones médiques 
Les aplicaciones médiques de la teunoloxía nuclear tán estremaes en diagnósticos y tratamientos por radiación.

Imáxenes - les imáxenes de rayos-X médicu y dental usen cobaltu-60 o otres fontes de rayos-X. El tecneciu-99m ye usáu, amestáu a molécules orgániques, como un trazador radiactivu nel cuerpu humanu, antes de ser escretáu polos reñones. Positrones qu'emiten nucleótidos son usaos pa la xeneración d'imáxenes d'alta resolución, y curtia vida n'aplicaciones conocida como tomografía per emisión de positrones.

La terapia de radiación ye un efeutivu tratamientu pal cáncer.

 Aplicaciones industriales 
Esploración petrolera y de gas- El rexistru de pozos nuclear ye usáu p'ayudar a predicir la viabilidá comercial de pozos nuevos o esistentes. La teunoloxía implica l'usu d'una fonte de rayu gamma o de neutrones y un detector de radiación que son baxaos nel furacu de perforación pa determinar les propiedaes de la roca que la arrodia, tales como porosidá y litografía.

Construcción de caminos - Mididores nucleares de mugor/densidá son usaos pa determinar la densidá de los suelos, asfaltos y concretos. De normal úsase una fonte de cesio-137.

 Aplicaciones comerciales 
Un detector de fumu por ionización inclúi una perpequeña masa d'americio-241 radiactivu, que ye una fonte de radiación alfa. El tritiu ye usáu con fósforu en mires d'armes p'aumentar la so precisión en condiciones de poca visibilidá. Los lletreros de salida autoiluminados usen la mesma teunoloxía.Información sobre'l tritiu  (n'inglés)

 Procesamientu de comida y agricultura 

La irradiación de la comidaanon., Food Irradiation - A technique for preserving and improving the safety of food, WHO, Geneva, 1991 ye'l procesu pol cual la comida esponer a radiación ionizante col propósitu de destruyir microorganismos, bacteries, virus o inseutos que podríen tar presente na comida. Les fontes de radiación usaes inclúin radioisótopos productores de rayu gamma, xeneradores de rayos-X y aceleradores de neutrones. Otres aplicaciones inclúin la inhibición de biltos, el retrasu de la maduración, la medría de la producción de zusmiu y el meyoramientu de la rehidratación. La irradiación ye un términu más xeneral onde la esposición apostada de materiales a la radiación pa llograr una meta téunica (nesti contestu presumir 'radiación per ionización'). Como tal tamién ye usada n'artículu non alimenticios, tales como presea médica, plásticos, tubos pa gasoductos, mangóns para calefacción de pisos, materiales para embalaxe de comida, repuestos para automóviles, alambres y cables (aislamientu llétricu), neumáticos, ya inclusive piedres precioses. Comparada a la cantidá de comida irradiada, el volume d'aplicaciones cotidianes ye enorme pero ye daqué que nun ye notáu de normal poles persones.

El xenuinu efeutu de procesar la comida por radiación ionizante rellacionar col dañu al ADN, la información xenética básica pa la vida. Los microorganismos nun pueden abondar y siguir les sos actividaes. El podrén causáu polos microorganismos cesa. Los inseutos nun sobreviven o son incapaces de reproducise. Les plantes nun pueden siguir el so ciclu natural de maduración o avieyamientu. Toos estos efeutos son beneficiosos pal consumidor y la industria alimentaria.

La cantidá d'enerxía impartida pa llograr una irradiación de comida efeutiva ye baxa cuando se compara a la necesaria pa cocinar y llograr el mesmu efeutu, inclusive a una dosis típica de 10 kGy la mayor parte de la comida, que ye (con respectu al propósitu de calentamientu) equivalente a l'agua, caleceríase namái n'aproximao 2,5 °C (4,5 °F).

Lo especial del procesamientu de la comida por radiación ionizante ye'l fechu, de que la densidá de la enerxía por transición atómica ye bien alta, puede romper les molécules ya inducir ionización (d'ende'l nome) lo que nun puede ser llográu solo calecer. Esta ye la razón de los nuevos efeutos beneficiosos, sicasí coles mesmes surden nueves esmoliciones. El tratamientu de comida sólida por radiación ionizante puede producir un efeutu similar a la pasteurización por calor nos líquidos, tales como la lleche. Sicasí, l'usu del términu, pasteurización fría, pa describir les comíes irradiaes ye controversial, por cuenta de que la pasteurización y la irradiación son dos procesos fundamentalmente distintes, anque busquen resultancies finales similares.

La irradiación de comida ye anguaño dexada en más de 40 países y los volúmenes trataos entepasen añalmente les 500.000 tonelaes a nivel mundial.NUCLEUS - Food Irradiation ClearancesFood irradiation, Position of ADA, J Am Diet Assoc. 2000;100:246-253.  retrieved 2007-11-15C.M. Deeley, M. Gao, R. Hunter, D.A.Y. Ehlermann, The development of food irradiation in the Asia Pacific, the Americas and Europe; tutorial presented to the International Meeting on Radiation Processing, Kuala Lumpur, 2006.  visitáu en 2007-11-16

La irradiación de comida esencialmente ye una teunoloxía non nuclear, basar na radiación d'ionización que puede ser xenerada por aceleradores de neutrones, pero que tamién puede usar rayu gamma productu de la escayencia nuclear. Esiste una industria mundial pal procesamientu por radiación ionizante, la mayoría tantu por cantidá como por potencia de procesu facer por aceleradores. La irradiación de comida ye solo una aplicación nichu cuando se compara a los insumos médicos, materiales plásticos, materies primes, piedres precioses, cables y alambres, etc.

 Accidentes 

Los accidentes nucleares, por cuenta de les poderoses fuercies arreyaes, son de cutiu bien peligrosos. Históricamente, los primeros incidentes tuvieron que ver con esposiciones fatales a la radiación. Marie Curie morrió d'anemia aplásica como resultáu de los altos niveles d'esposición que sufrió mientres les sos investigaciones. Otros dos científicos, un estauxunidense y un canadiense, Harry Daghlian y Louis Slotin, morrieron por mala manipulación de la mesma masa de plutoniu. 

Los accidentes nucleares y radiolóxicos civiles de normal tienen que ver con plantes d'enerxía nuclear. Les causes más comunes son fugues qu'esponen a los trabayadores a material peligroso. Un derretimiento nuclear referir a un accidente más seriu qu'implica la lliberación de material nuclear al ambiente qu'arrodia a la planta. Los accidentes d'esti tipu más significativos asocedieron en Three Mile Island, Pennsylvania y en Chernobyl n'Ucraína. El terremotu y tsunami del 11 de marzu de 2011 causó serios daños a tres reactores nucleares y a una piscina de depósitu de combustible gastáu na planta d'enerxía nuclear de Fukushima Daiichi en Xapón. Los reactores militares qu'esperimentaron accidentes similares fueron Windscale nel Reinu Xuníu y el SL-1 n'Estaos Xuníos.

Los accidentes militares usualmente tienen que ver cola perda o detonación inesperada d'armes nucleares. La prueba Castle Bravo en 1954 produció un mayor rendimientu de lo esperao, esta prueba contaminó les islles cercanes, un buque pesqueru xaponés (con un muertu) y surdieron esmoliciones de peces contaminaos en Xapón. Ente la década de los 50 y de los 70, delles bombes nucleares fueron perdíes dende submarinos y aviones, dalgunes de les cuales nunca reponer. Los últimos venti años vieron una marcada declinación d'accidentes asemeyaos.

 Ver tamién 
 Esquema de la teunoloxía nuclear
 Enerxía nuclear
 Inxeniería nuclear
 Fisión nuclear
 Central nuclear
 Seguridá nuclear
 Combustible nuclear

 Referencies 

 Enllaces esternos 

 Institutu d'Enerxía Nuclear – Usos beneficiosos de la radiación  (n'inglés)
 Teunoloxía nuclear (n'inglés)

Teunoloxía nuclear