El plutonio es un metal especial ya que tiene una connotación bastante negativa por estar asociado a la energía nuclear.
Desde el punto de vista teórico el plutonio es un elemento químico radioactivo con símbolo Pu y número atómico 94. Pertenece al periodo 7 de la tabla periódica y por eso se denomina metal actínido.
Es un metal con 16 isótopos, los cuales son todos radioactivos; y todos ellos son además artificiales, siendo casi imposible encontrar alguna parte en la naturaleza.
Propiedades del plutonio
El plutonio tiene unas características especiales.
Se trata de un metal de color blanco-plata y que casi siempre se encuentra mezclado con otros elementos. De hecho, la mayor parte del mismo es elaborado de manera artificial en las plantas nucleares.
Los dos isótopos más conocidos y populares del plutonio son el plutonio-239 y el plutonio-238. El primero se usa para la elaboración de armas nucleares mientras que el segundo se usa como energía en baterías de vehículos espaciales o en la tecnología de los marcapasos cardiacos.
El plutonio-239 tiene una vida media de más de 24.000 años, de ahí su fama como elemento contaminante de la energía nuclear.
Muchos de los isótopos del plutonio experimentan el fenómeno de fisión espontánea, con lo cual dividen el núcleo atómico sin la intervención de neutrones.
Es un metal que se oxida muy rápido y se va de un aspecto plateado a un gris apagado.
No es un buen conductor del calor y la electricidad, lo que lo diferencia de la mayoría de los metales. Es bastante duro y poco dúctil, a menos que se mezcle con otros elementos.
Se trata de un elemento muy activo que puede mezclarse con todos los elementos de tipo no metálico a excepción de los gases nobles.
Las principales propiedades físicas y químicas del plutonio son:
- Símbolo: Pu
- Número atómico: 94
- Grupo: –
- Periodo: 7
- Masa atómica: 242
- Densidad (g/ml): –
- Tipo: metal actínido
- Estado natural: sólido
- Estructura de cristal: monoclínico
- Electrones: 2, 8, 18, 32, 24, 8, 2
- Protones: 94
- Punto de ebullición: 3235 °C
- Punto de fusión: 640 °C
- Densidad: 19816 kg/m³
- Calor de fusión: 2,82 kJ/ mol
- Calor de vaporización: 333,5 kJ/ mol
Historia del plutonio
Estamos ante el que es, sin duda, uno de los metales más interesantes y polémicos del mundo; un metal con una historia muy corta pero intensa como pocos otros.
La primera referencia del metal tuvo lugar en el año 1934 en la Universidad de Roma, en plena etapa fascista en el país italiano. Unos científicos de la ciudad dijeron descubrir el elemento número 94.
Poco más tarde, fueron los alemanes los que en 1938 los que descubrieron la fisión nuclear. Sin embargo, a pesar de estos primeros descubrimientos de los regímenes fascistas, fueron los norteamericanos en la Universidad de Berkeley, los que pudieron producir y aislar el plutonio allá por 1941. Fue Glen T. Seaborg el que con su equipo logró identificar al plutonio para lo cual tuvo que realizar un complejo bombardeo de uranio. Curiosamente el descubrimiento no se hizo público hasta después de terminada la guerra mundial, debido a cuestiones de seguridad obvias.
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El porqué del nombre tiene su lógica. El anterior elemento nombrado, el neptunio, otro elemento radioactivo, había sido nombrado después del planeta Neptuno, por lo que la lógica decía que el elemento 94 – el plutonio – debería ser nombrado después del siguiente planeta: Plutón.
En los años siguientes al descubrimiento se trabajó intensamente en el aislamiento del metal, y tras varios experimentos se consiguió, en lo que fue el primer elemento elaborado “sintéticamente”.
La siguiente fase de la historia del plutonio vino con el Proyecto Manhattan, el cual marcó el comienzo del fin de la Segunda Guerra Mundial con las bombas de Hiroshima y Nagasaki. La primera arma nuclear, la “Trinity” fue usada el 16 de julio de 1945 en Nuevo México, y el plutonio fue el materia usado para la fisión. Para esta arma se usaron 6,2 kilos de plutonio, para un total de más de 4.000 kilos de peso de la bomba. La bomba lanzada en Nagasaki meses después – Fat Man – tuvo un diseño igual al de Trinity.
El plutonio había entrado por “la puerta grande” en la historia.
Luego de la guerra, la producción de plutonio adquirió una importancia crucial para las dos grandes superpotencias en su carrera armamentística para construir más bombas nucleares. Cientos de toneladas de plutonio fueron a parar al uso militar, con otras cientos de toneladas resultado del uso civil de las centrales nucleares.
¿Cómo se consigue el plutonio?
Como hemos visto, el plutonio se consigue de manera artificial, mediante la quema de combustible nuclear. El combustible irradiado de los reactores está compuesto por uranio y el plutonio (menos del 1%). Aunque el plutonio es menos del 1% de la composición. Es decir, que es mediante la producción de combustible nuclear que se consigue el plutonio, lo que en definitiva vendría a ser un subproducto.
En la naturaleza es muy raro que se encuentre. Se cree que en un pasado muy remoto se produjeron cantidades apreciables del mismo pero que hoy en día no se encuentra en la corteza terrestre. En la naturaleza se pueden encontrar algunos restos de los isótopos 238, 239, 340 y 244.
Para hacernos una idea de lo escaso de este material en la Tierra, se pueden encontrar cantidades ínfimas de plutonio-239 en ciertos minerales concentrados de uranio. El porcentaje de plutonio es de una a algunas partes por cada billón.
Al ser un metal que no se encuentra en la naturaleza la mayor parte del plutonio en el mundo se encuentra en los países que han desarrollado la energía nuclear, tanto para objetivos militares como para objetivos civiles. Por ello, lo lógico es que los países que hayan producido más plutonio hayan sido: Estados Unidos, Unión Soviética (Rusia y ex repúblicas), China, Reino Unido, Francia, Japón, etcétera.
A pesar de no ser países productores de plutonio militar, el uso civil de centrales hizo que Alemania, Japón y otros países europeos y avanzados acumularan cantidades importantes de plutonio.
El hecho es que debido a la enorme cantidad de pruebas nucleares llevadas a cabo (más de 2.000) y a los numerosos accidentes nucleares (Chernóbil, Fukushima, etcétera), hay pequeñas cantidades de plutonio en la atmósfera. El caso es mucho peor en las zonas donde tuvieron lugar dichas ocurrencias, ya fueran en los sitios de accidentes o donde tuvieron lugar las pruebas, por lo que las regiones adyacentes a las mismas pueden tener mayores cantidades de este metal.
Debido a su alto componente radioactivo y nocivo para la salud humana se está intentando dejar de producir, al menos en los países en desarrollo, que han estado intentando dejar de producir la energía nuclear en la medida de lo posible, aunque hay algunos como Francia que aún tienen una gran cantidad de la misma en su sistema energético.
Países como Japón y otros europeos disminuyeron su producción nuclear de manera dramática, pero otros han ido incrementando la misma con lo que es posible que se vuelvan a mayores niveles de producción mundial en los próximos años. En este sentido parece que la lucha de los países desarrollados en contra de la contaminación no tendrá mucho éxito, sobre todo si otros países insisten en incrementar el uso de esta energía. No obstante, los países en desarrollo tienen la excusa de que están intentando mejorar el nivel de vida de sus ciudadanos y que los países ricos ya tuvieron su turno.
Veremos lo que deparan las tendencias de producción en los próximos años, sobre todo en lo relacionado al cambio climático y las nuevas formas de energía que se ven en el horizonte.
Usos del plutonio
Los principales usos del plutonio son el energético para el uso civil e industrial, y el militar para el uso de las armas nucleares. Para fabricar una bomba se necesitan al menos unos 10 kilos de este elemento, aunque ciertas bombas pudieron usar menos, como el caso de la de Nagasaki.
Aquí tienes un vídeo de cómo funciona una bomba nuclear:
Su uso en las plantas energéticas produjo un aumento de la producción de energía enorme, lo que llevó a mejorar el suministro de energía eléctrica en el mundo desarrollado. Por supuesto, esto vino con el precio de la contaminación y el peligro medioambiental; peligro que algunos países terminaron por pagar.
Su uso esencial es como combustible y sin el mismo las plantas nucleares no podrían funcionar de la misma manera.
Sus propiedades lo hacen idóneo como productor de energía para proyectos espaciales de sondas y exploradores como el Voyager.
Un uso bastante más desconocido es en marcapasos artificiales aunque en los últimos años se ha reemplazado por artilugios hechos con litio.
Por supuesto, el uso más conocido es el militar, que implica la construcción de las famosas bombas nucleares. En este caso se usa el plutonio-239 el cual es necesario para la fisión nuclear.
El plutonio también se usa de manera militar como energía para la propulsión de submarinos y portaaviones nucleares.
¿Cómo afecta a la salud el plutonio?
El plutonio es conocido por ser un elemento radioactivo y tóxico. De hecho, es considerado como uno de los elementos más peligrosos para la salud y el medio ambiente. Episodios como los de Hiroshima, Chernóbil o Fukushima están dentro de la psique de las masas, que los conocen bien. En general, la percepción es que este elemento es negativo y lo mejor es estar bien alejado del mismo.
El efecto más conocido de la exposición humana con el plutonio es el del cáncer. Esto es especialmente importante en la gente que ha estado en contacto con el elemento, por ejemplo, la probabilidad es mayor en:
- Los trabajadores de plantas nucleares
- Las personas que vivan cerca de lugares con accidentes nucleares
- Las personas que vivan cerca de lugares con accidentes nucleares
El plutonio no penetra en la piel pero sí que es inhalado y luego entra en contacto con los pulmones y otros órganos. La consecuencia de esto puede ser el desarrollo de un cáncer con el tiempo.
Pero no solo el cáncer, sino que además puede causar muchos problemas de tipo inmunitario o de envenenamiento si entramos en contacto directo y significativo. Por lo general, si se inhalan grandes cantidades se puede incurrir en envenenamiento y muerte rápida pero si las cantidades son pequeñas pero más consistentes en el tiempo podemos encontrar problemas de desarrollo de cáncer en el futuro.
Sin embargo, hay quienes dicen que el plutonio tiene una fama mal ganada y que en realidad hay elementos mucho más peligrosos en términos de unidad por masa, como el arsénico o el cianuro.
También se cree que el plutonio ingerido podría ser en buena parte desechado antes de que pueda causar problemas, aunque no creo que sea fuera buena idea experimentar con ello.
De todos los problemas, el principal puede venir de la inhalación, y por eso es importante estar alejado de las fuentes de plutonio cuando hay accidentes nucleares.
El plutonio puede medirse en las heces y la orina, lo cual podría servir para predecir los posibles efectos futuros, dependiendo de la cantidad que se encuentre.
La USNRC americana (organismo del país encargado de la energía nuclear) recomienda que no se sobrepase el nivel de 0.1 rem al año de exposición para la población. En el caso de los trabajadores de plantas nucleares ese límite se va a 5 rem al año.
¿Puede el plutonio causar problemas en el medio ambiente?
Por supuesto. El plutonio es transportado a la atmósfera pero esto no quiere decir que luego no pueda infiltrarse en los suelos de las áreas afectadas, normalmente por pruebas o accidentes nucleares. Es más, debido a todo el plutonio que se ha soltado después de 1945, es posible que todas las áreas del planeta tengan pequeñas cantidades del elemento en el aire.
Las zonas más afectadas, obviamente, son las más cercanas a las industrias nucleares.
Los efectos del plutonio en el medio ambiente se dejan notar por la llamada lluvia radioactiva, que es lo que suele ocurrir luego de un gran derrame. También es posible que se filtre en las aguas subterráneas. Esto se agrava cuando se tiene en cuenta que el plutonio tiene un periodo de vida de más de 20.000 años en algunos de sus isótopos. El problema es, pues, no solo para humanos, sino para la flora y fauna de las áreas afectadas.
El futuro del plutonio
Desde los años 70 la energía nuclear se empezó a ver como un problema, y con el accidente de Chernóbil ya quedó claro que el mundo tenía que deshacerse de la misma. A partir de ese momento los gobiernos de los países avanzados elaboraron planes para reducir el uso de la energía nuclear y se vió cierto “éxito” en la primera década de los 2000 con una reducción apreciable de la producción nuclear. Sin embargo, el auge de los países en desarrollo y la incapacidad de ofrecer alternativas económicamente viables ha parado estos sueños de acabar con la energía nuclear y el plutonio.
Después del “parón” del 2006 al 2012 la energía nuclear ha vuelto a incrementar su producción y parece que va a seguir haciéndolo.
Las alternativas son complicadas y más aún en un escenario de “cambio climático” en el cual los gobiernos quieren eliminar el petróleo y toda clase de energía producida por los residuos fósiles.
No se puede eliminar de golpe la producción nuclear y petrolera y esperar que la economía mundial siga en los niveles actuales. Eso de momento es una quimera. De hecho, con el ataque actual hacia las energías fósiles parece que la energía nuclear ha vuelto a cobrar algo de esperanza en el hecho de que sus defensores prometen que la misma puede ser totalmente limpia siempre y cuando puedan aplicar las últimas medidas de seguridad que según los expertos pueden reducir el peligro de accidente a cero. En ese caso está claro que el uso del plutonio sería clave en un mundo que necesitaría de enormes fuertes de energía para sustituir al petróleo y el gas natural.
¿Quién sabe?
Quizá en el futuro incluso podríamos ver un boom de la energía nuclear, y del precio de los metales en en general y del plutonio en particular.
Fuentes:
- Comisión de la Regulación de la Energía Nuclear de Estados Unidos (nrc.gov)
- World-Nuclear.org
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