Hace 23 años, el 19 de diciembre de 1988, se inauguró uno de los complejos más importantes de investigación nuclear en el país, el Centro Nuclear de Huarangal. El proyecto de investigación muy importante en el área de ciencia y tecnología tuvo que afrontar muchos problemas como es el tema de los recursos humanos, es así como un grupo de jóvenes estudiantes fueron enviados a los Centros atómicos de Argentina a capacitarse específicamente para la puesta a crítico del Re actor Nuclear de Potencia (RP10), e l mismo que sería inaugurado junto al Centro Nuclear de Huarangal. El Centro Nuclear de Huarangal (RACSO) comprende diferentes instalaciones, el RP10, el Laboratorio de Física Experimental de Reactores, e l Laboratorio de Ciencias, Planta de Producción de Radioisótopos, Laboratorio Secundario de Calibraciones y la Planta de Gestión de Residuos Radiactivos. En cuanto a la utilidad más importante que ha tenido y que cumple el Centro Nuclear se e ncuentra en la Planta de producción de radioisótopos. Es aquí donde la producción de estos es destinada a las aplicaciones en medicina nuclear para el diagnóstico de enfermedades, el tratamiento de patologías tiroideas y recientemente también es usada para el tratamiento de terapias del dolor en enfermedades terminales.
Además también su uso se encuentra en la industria para el perfilaje de pozos petroleros, interconexión de acuíferos, estudio de fugas de embalses, e n la detección de fallas en la soldadura y en la agricultura sirve para optimizar o ptimizar el uso de fertilizantes, entre otras aplicaciones. Hoy en día a pesar de que no hay una política científica sostenida con un plan estratégico de largo plazo, se ha logrado algunos avances importantes en investigación nuclear en nuestro país. Ahora que el Perú contará con la creación del Ministerio de Ciencia y Tecnología, se e spera que este organismo gubernamental invierta en este centro de investigación, ya que el país se encuentra en un retraso de investigación de este tipo, por la carencia de presupuesto en este ámbito, lo cual nos permitirá llevarnos a la vanguardia en el campo de la ciencia y tecnología a nivel regional.
Debido a su uso como combustible para generar energía eléctrica sin emisiones de gases invernadero (como sí ocurre con el uso de los combustibles fósiles), el uranio retomará su importancia comercial -perdida a raíz del accidente de Chernobil, del desmantelamiento de armas nucleares y del accidente provocado por un t sunami en Fukushima-.
La perspectiva nuclear se esclarece m ás en países que, por el calentamiento nuclear, sufren la pérdida de gran parte de sus recursos hídricos, como es el caso dramático de Venezuela que sufre de escasez hidroenergética.
El freno nuclear de Chernobil
Por una sorprendente serie de er rores de operación, en Chernobil, la madrugada del 26 de abril de 1986 se produjo una explosión en un reactor nuclear, lo que liberó material radiactivo al ambiente y, por acción de viento, en menor o mayor grado, contaminó con isótopos radiactivos los países de Europa Occidental y Oriental. Como consecuencia del accidente de Chernóbil, se frenó la construcción de plantas nucleares y temor hizo que los gobiernos tomaran con cautela el tema nuclear.
El temor a las centrales nucleares recrudeció tras el accidente de Fukushima ocurrido el 11 de marzo del 2011.
El calentamiento global y la energía nuclear
De haberse usado más intensamente la energía nuclear no habría ocurrido el calentamiento global, producido por los combustibles fósiles. La necesidad de diversificación de fuentes energéticas y de autonomía energética han hecho regresar el interés por los reactores nucleares.
En el Perú, si bien existe un gran potencial hidroeléctrico, éste se encuentra en la cuenca del Amazonas, lejos de los mayores centros de producción, ubicados en la Costa, por lo que se hace necesarios costosos sistemas de transporte. Además, la variabilidad climatológica ya nos ha mostrado en años pasados la fragilidad del sistema, dejándonos con poca agua y baja potencia eléctrica, lo que nos hizo gastar un dineral en grupos electrógenos.
En diversos foros especializados se ha manifestado que desde la década de 1970, por efecto del calentamiento global, los glaciares peruanos han disminuido en 30 por ciento –lo que pone en riesgo de desabastecimiento a las comunidades que dependen de los deshielos para su
supervivencia – y que desde 2025 el Perú sufrirá estrés hídrico permanente. Sólo el 0.26 por ciento del agua de la Tierra es dulce y accesible para el consumo, y se e ncuentra en lagos, ríos, glaciares y acuíferos poco hondos; el 97.5 por ciento es salada; y e l 2.24 por ciento es dulce, formada por las aguas congeladas en las profundidades del Antártico y las subterráneas. De los glaciares tropicales, el 77 por ciento está en el Perú, y sus deshielos son utilizados por el 60 por ciento de la población nacional. Los glaciares en América del Sur se hallan ubicados en el Perú (71%), Bolivia (20%), Ecuador (4%) y Colombia (4%).
Estas perspectivas del potencial hídrico en el Perú plantean la necesidad de recurrir a la fuente nuclear para abastecer de energía para mantener el ritmo de crecimiento.
La minería del uranio
La importancia del uranio 235 reside en su propiedad de fisionar al absorber neutrones. En la fisión del uranio se libera una energía millones de veces más elevada que la que se libera en una reacción química. Por ello, el uranio 235 es usado para hacer explosivos nucleares o para hacer funcionar reactores nucleares que transforman la energía nuclear liberada para producir energía eléctrica.
El átomo de uranio es el más pesado que se encuentra en la naturaleza. Su núcleo t iene 92 protones y sus isótopos más abundantes son el uranio 238 (146 neutrones) en 99,28% y el uranio 235 (143 neutrones) en 0,71%. El uranio se formó con la Tierra hace 4.500 m illones de años. Desde entonces muchos de sus átomos se han transformado en ot ros elementos, algunos de los cuales son radiactivos. Uno de ellos es el radón, un gas radiactivo que está presente en diversa cantidad en todas las minas, especialmente en las de uranio. Dado que se encuentra en algunas rocas del subsuelo, los edificios construidos con concreto pueden ser emisores de este gas.
Los procesos de la minería del uranio son similares a los de otros metales. Uno de los métodos de extracción consiste, primero, en reducir e l mineral a partículas de tamaño uniforme, para luego extraer el uranio y otros met ales con la técnica de lixiviación química usando ácido sulfúrico. Después, con ayuda de kerosene se separa el uranio. Luego se usa amoníaco para precipitarlo. Para separar el amoníaco se pasa el precipitado por un horno calcinador, del que se extrae un concentrado de uranio que contiene mayormente óxido de uranio, U3O8, en una forma llamada ‘torta amarilla’, la que es trasportada en cilindros para ser vendido en el mercado de materias primas.
Los procesos de la minería del uranio conllevan riesgos r adiactivos. El mineral de uranio contiene otras sustancias radiactivas, como por ejemplo el torio y el radio. También contiene radón, un gas
radiactivo que se escapa en momentos de abrir la mina y es respirado por los mineros que no usen máscara especial. Los átomos de este gas se transforman en otros átomos radiactivos. El gas radón viaja en el agua o en el aire.
Dicho lo anterior, debe añadirse que las sustancias que hemos mencionado son naturales y significa un pequeño añadido a la radiactividad natural en una cantidad que debe ser me dida con sistemas de detección de radiactividad. Aparte de ello, los riesgos de contaminación de la minería de uranio son los mismos que los de la minería en general, para la cual hay conocidas normas ambientales a seguir. En lo que respecta al c arácter radiactivo de la minería de uranio, debe tomarse las medidas para que la dosis de radiactividad adicional que signifique esta minería no sobrepase los límites que dictan las normas.
Con el descubrimiento del potencial energético de l uranio, en los años 50, en todo el mundo se inició programas de exploración uranífera. A fines de los años 80, al bajar la tensión mundial, disminuye el interés por ese material fisil; sin embargo, la duplicación de su precio entre 1999 y 2004, y las previsiones de su crecimiento imparable, incentivan el interés empresarial por este estratégico elemento.
Entre 1954 y 1960, con la cooperación de Estados Unidos, en el Perú se identificaron 76 localidades uraníferas, descubriéndose numerosos indicios y anomalías en un territorio analizado de120 000 kilómetros cuadrados.
En 1977, el IPEN, con la asistencia téc nica del Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA), inició otra fase de prospección, incluyéndose experimentos para la conce ntración y refinación de los minerales radiactivos, con vista a la explotación de yacimientos de uranio. Se realizó reconocimientos terrestre y aéreo con detectores de radiactividad, analizándose física y químicamente grandes cantidades de mineral, y examinándose unos 200 km de labores subterráneas. Se llegó a determinar que unos 376 450 kilómetros cuadrados del territorio tenían posibilidades de contener uranio.
El trabajo permitió delimitar 7 ambientes geológicos divididos en 32 unidades de prospección, las más favorables de las cuales se encontraron en Junín, Pasco, Ayacucho y Puno. Se escogió Puno, en la región de Macusani, donde se trabajó unos 1 000 kilómetros cuadrados del prospecto de Chapi. Se identificó unas 3 396 toneladas de uranio. Considerando las car acterísticas de la región, se estima que el potencial asciende a 30 000 toneladas en todo el distrito uranífero de Macusani.
Las preocupaciones crecientes sobre el calentamiento global y la contaminación han llevado a convenciones internacionales tendientes a limitar el consumo de combustibles fósiles. Una de las
alternativas más viables para la generación de energía eléctrica sin emisión de gases invernadero es la proveniente de la fisión del uranio. La combustión de uranio en una planta nuclear no emite contaminantes a la atmósfera. El combustible libera energía y se convierte en residuo radiactivo, para ser procesado en plantas especiales, y luego almacenados definitivamente en lugares con propiedades de estanqueidad que soporte tiempos muy largos y evite c ontacto con la población.
Como van las cosas, el futuro será nuclear , y el Perú es uno de los países con experiencia, adquirida en la exploración uranífera y en la explotación de un reactor nuclear de investigaciones. Sin embargo, cabe señalar que el uranio, a pesar de su valor estraté gico, sigue siendo materia prima, a partir de la cual, con ciencia y tecnología, se construye reactores nucleares para generar energía eléctrica o para la investigación de nuevos materiales, en especial de los nanomateriales. Y es precisamente en el dominio de los nanomateriales que los investigadores peruanos empiezan a trabajar en el Centro Nuclear de Huarangal.
Enriquecimiento del uranio y cooperación sudamericana
Hasta aquí se ha descrito una actividad primaria, como la que hay en la minería en general. Un paso adicional es la transformación de U3O8 en UO2 para usarlo en reactores que funcionan con uranio natural. Sin embargo, la utilización más sensible del uranio empieza con la conversión del U3O8 en hexafluoruro de uranio, UF6, con el que las plantas de enriquecimiento separan el uranio 235 del uranio 238.
Brasil ha desarrollado la tecnología de enriquecimiento de uranio a pequeña escala usando la tecnología de la ultracentrifugación. Cabe señalar que Brasil ha firmado el Tratado de No Proliferación de Armas Nucleares, mediante el cual se compromete a usar la tec nología nuclear solo para fines pacíficos, bajo el control del Org anismo Internacional de Energía Atómica. Pese a ello, no ha permitido que los inspectores de e sa entidad tengan acceso al equipamiento con el que se enriquece el uranio.
Brasil quiere dominar el ciclo completo de combustible nuclear, desde la minería hasta la construcción de reactores nucleares y el procesamiento de residuos. Para ello se requieren grandes inversiones.
Tentación militar
El premio Nobel de la Paz 2005 adjudicado al doctor Mohammed el Baradei, y al Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) que dirige, coincidió con el 60 aniversario de la prueba de
la primera bomba atómica en Estados Unidos y la utilización militar que se hizo de esta tecnología, en Hiroshima (6 de agosto 1945) y en Nagasaki (9 de agosto 1945), causando más de 100 00 0 víctimas en algunos segundos. El OIEA se dedica precisamente a evitar la proliferación de aplicaciones militares y promover las aplicaciones pacíficas de la tecnología nuclear, disminuyendo la probabilidad que se repita un holocausto similar.
Después de Segunda Guerra Mundial, tras el demostrado poder disuasivo de la bomba atómica, varios países trataron de construir la suya. Por e llo, ante el inminente riesgo de proliferación de armas nucleares, Estados Unidos promovió las aplicaciones pacíficas de la energía nuclear.
En el año 1957, la Asamblea General de las Naciones Unidas creó el OIEA, destinado a proveer de material fisionable a los países que desearan emprender proyectos nucleares pacíficos. El año 1970 se empezó a firmar el Tratado de No Proliferación de Armas Nucleares (TNP), en el que se establece el derecho de las pote ncias para mantener su poder nuclear y la renuncia de los otros a tratar de alcanzarlo. A cambio de ello, los países con menor desarrollo reciben cooperación técnica para las aplicaciones pacíficas de la energía nuclear. Sólo Israel, Pakistán e India no han firmado el TNP.
El problema que surge en la aplicación del t ratado reside en la dificultad que existe para diferenciar el desarrollo tecnológico pacífico y el que puede derivar rápidamente al terreno militar. En efecto, el uranio enriquecido sirve de combustible para generar energía eléctrica, para un reactor de investigación o para construir una bomba atómica. Con unos cuantos kilos de uranio 235 puede construirse una bomba atómica sin mayor problema. Lo complejo es obtener el uranio 235 puro. El uranio natural está compuesto por 99.3 % de uranio 238 y 0.7 % de uranio 235, y la separación del uranio 235 del uranio 238 es un verdadero problema tecnológico.
Todos los países que tienen reactores nucleares deben c omprar combustible nuclear compuesto de uranio enriquecido. Por ejemplo, el Perú necesita recargar su reactor nuclear de Huarangal con uranio enriquecido al 20%. Por ahora debe comprarlo en e l extranjero. Si quisiéramos alcanzar independencia tecnológica para elaborar nuestro propio combustible, tendríamos que comenzar enriqueciendo uranio, lo que haría caer dudas sobre nuestros objetivos.
El OIEA tiene la delicada labor de vigilar y analizar cada actividad nuclear sospechosa de objetivos militares. Por ello se ha ganado la incomprensión de algunos países que, como Irán por ejemplo, desean dominar la tecnología del enriquecimiento de uranio.
Hoy en día, la seguridad nuclear se ha convertido en un tema global, especialmente en tiempos e n que los grupos terroristas parecen estar dispuestos a todo. En ese contexto, Estados Unidos apoya
proyectos de seguridad física en centros nucleares para evitar ataques y robos de material que podría ser usado para construir las llamadas “bombas sucias”, capaces de crear zozobra en ciudades densamente pobladas.
Finalmente, el OIEA también promueve el uso seguro de los instrumentos nucleares usados en los diversos campos de la actividad humana. Para ello organiza innumerables cursos de capacitación sobre los efectos de la radiactividad en los seres humanos y la manera de utilizar los equipos nucleares con el menor riesgo posible.
El Perú se beneficia de la cooperación del Organismo Internacional de Energía Atómica, llevando a cabo proyectos de desarrollo en minería, agricultura, me dicina, medio ambiente, entre otros. En tal sentido, el premio Nobel de la Paz 2005, otorgado al OIEA y a su director, constituye un reconocimiento al valor de la ciencia y la t ecnología para el desarrollo.
La tentación nuclear y el temor de las potencias
A pesar de la declarada oposición de los Estados Unidos y la preocupación de los demás países, Irán parece estar decidido a desarrollar su programa de enriquecimiento de uranio, alegando que trata de dominar el ciclo nuclear com pleto con fines pacíficos. Varios otros países han tomado el mismo camino, pero Irán es el que más preocupaciones genera en las potencias nucleares. El Tratado de No Proliferación de Armas Nucleares (TNP), firmado en 1970, e stablece el derecho de las potencias nucleares para mantener sus armas nucleares y la renuncia de los demás países a tratar de obtenerlas.
¿Y qué tan difícil es hacer una bomba? No tanto si se contara con unos cuantos kilos de uranio 235 enriquecido, pero lo difícil es precisamente obtener ese combustible. El uranio natural está compuesto por 99.3 % del isótopo uranio 238 y 0.7 % de uranio 235, y la separación del uranio 235 del uranio 238 es problema tecnológico complejo, debido a que ambos isótopos tienen las mismas propiedades químicas, deben aplicarse técnicas físicas nucleares en vez de las convencionales técnicas químicas.
Una de las maneras de separar e l uranio 235 del uranio 238 es aprovec har su diferencia de masas para filtrarlo por difusión gaseosa en plantas de gran envergadura y muy costosas en energía. Otro método es el de la separación isotópica usando una combinación de campos eléctricos y magnéticos, para lo cual se necesita un ace lerador de partículas. La técnica más avanzada es la de excitación láser de los átomos de uranio, en la que se aprovecha los diferentes valores de energía que se necesita para ionizar el uranio 235 y uranio 236. Una vez ionizado al estado gaseoso con
rayos de luz, cualquiera de los dos isótopos de uranio puede ser removido sin mayor problema con campos eléctricos.
Irán ha parece haber escogido e l método intermedio, basado en la centrifugación gaseosa, para lo cual necesita miles de centrifugadoras gaseosas, las que difícilmente se pueden ocultar. Este método se basa en la diferencia de masas entre el uranio 235 y el uranio 238 para separarlos en un movimiento centrífugo.
Irán argumenta que no está violando el TNP, dado que e l combustible nuclear será usado para fines pacíficos. Las potencias europeas ponen en relieve la falta de seguridad que ofrece Irán para que, una vez poseedor de uranio enriquecido, no construya su bomba nuclear. Es un tema delicado, en la medida de que el uranio e nriquecido puede ser usado tanto como combustible para reactores nucleares como para construir una arma atómica. Del combustible altamente enriquecido a la bomba hay pocos pasos, pero, al mismo t iempo, el dominio de la tecnología de enriquecimiento significa independencia tecnológica en un programa nuclear pacífico.
Todos los países que tienen reactores nucleares deben c omprar combustible nuclear para mantenerlos operativos. Perú necesita recargar su reactor nuclear de Huarangal con 3 millones de dólares de combustible, y los debe comprar en e l extranjero. Si quisiera elaborar su propio combustible, tendría que iniciar un costoso programa de enriquecimiento de uranio, con lo que generaríamos más de una preocupación entre las potencias y los países vecinos. Brasil, a pesar de presiones internacionales para que no lo hiciera, ha empezado un programa de enriquecimiento de uranio con el método de ce ntrifugación, apuntando a autoabastecerse de combustible para su programa energético nuclear.
Evidentemente, el tratado de No Proliferación de Armas Nucleares es asimétrico. Los países que han firmado el TNP han renunciado a su independencia nuclear. Todo lo que hagan será vigilado por el Organismo Internacional de Energía Atómica, el que comunica a las Naciones Unidos sobre cualquier intento de desvío de la tecnología nuclear para fines no pacíficos. Sólo Israel, Pakistán e India no han firmado el TNP y, en principio, nadie debería objetar lo que esos países hagan en el campo nuclear.
A cambio de la renuncia a su independencia nuclear, los países miembros del TNP reciben cooperación técnica para las aplicaciones pacíficas de la energía nuclear en casi todos los campos de la actividad humana, especialmente en medicina, agricultura y protección del medio ambiente. Sin embargo, cuando un país alcanza un alto desarrollo nuclear parece verse tentado por la bomba. Y esto no es exclusivo de la te cnología nuclear.
Fusión nuclear: la inagotable fuente de energía
La Comisión de Energía Atómica de Francia, después de dos años de negociaciones, ha logrado que las autoridades de los países participantes en proyecto ITER decidan que el planeado re actor de fusión de investigación sea construido en Cadarache, Francia. Este proyecto busca construir un prototipo de reactores nucleares de fusión con el hidrógeno como combustible. Será una fuente inagotable de energía y casi no contaminante. La fusión nuclear e s la unión de dos núcleos livianos como los isótopos de hidrógeno, en contraposición con la fisión nuclear, que es la separación en dos fragmentes de un núcleo pesado como el uranio. En ambos casos hay liberación de grandes cantidades de energía, con la diferencia que la fisión genera contaminantes radiactivos de vida larga, lo que no es el caso de la fusión nuclear.
Francia tiene un gran desarrollo en el campo nuclear y en la fusión nuclear en particular. En los años 80 algunos de los colegas físicos nucleares que estudiaban la fisión nuclear partieron a Cadarache, apostando por la fusión nuclear. Hoy su éxito científico ha hecho posible decidir que allí se construirá el reactor ITER, a un costo de 10 mil millones de dólares, con la participación de China Popular, la Comunidad Europea, Japón, Corea, Rusia y los Estados Unidos, auspiciados por el Organismo Internacional de Energía Atómica
La historia de la cooperación para el ITER empieza e n 1985, con la propuesta de la antigua Unión Soviética para construir una máquina de fusión, convocando a los países que realizaban experimentos en ese campo. Era claro que un solo país no podía llevar a cabo este ambicioso proyecto. Estados Unidos, Japón y Europa aceptan el reto. Los primeros diseños empezaron el año 1988 y terminaron el 1990. La primera fase de la ingeniería detallada termina el 1998. Este año, por razones internas, Estados Unidos se retira del proyecto. La fase de ingeniería detallada terminó el 2001 y la fase de coordinaciones técnicas acabó el 2002. Este año se inicia la negociación para seleccionar el lugar de c onstrucción del reactor de fusión nuclear y las condiciones de financiamiento. Estados Unidos y China se unen a esa negociación.
El 4 de diciembre de 2003, los científicos franceses lograron una descarga de plasma de una duración de más de 6 minutos sobre un r ecinto toroidal (forma de un neumático de vehículo), liberando apreciables cantidades de energía. De esa manera se rompía el record de septiembre del 2002, fecha en la que liberó energía durante 4 minutos y 25 segundos. Esa máquina llamada Tore Supra es tres veces más pequeña el ITER, cuyo diseño es muy parecido. Para contener tanto calor se usa bobinas de superconductoras, las que crean un cam po magnético que no permite el escape del plasma.
El proyecto ITER investiga las propiedades de la física de plasmas apuntando a la construcción de plantas eléctricas basadas en la fusión nuclear de núcleos de hidrógeno, elemento
superabundante en la Tierra. El plasma de hidrógeno opera a unos 100 millones de grados Celsius y producirá uso 500 megavatios de potencia. Todo está listo para empezar la construcción de la instalación y su primera operación está planeada para el 2015.
Los esfuerzos son plenamente justificados porque el éxito del proyecto significaría una fuente inagotable de energía, dado que el combustible es el abundante hidrógeno y que no es contaminante como los otros medios, especialmente los basados en combustible fósil, responsables del actual calentamiento global.
Este proyecto crucial es uno de los ahora innumerables ejemplos de cooperación internacional de científicos e ingenieros. La colaboración empieza entre los científicos, los que definen los requerimientos de los experimentos y los llevan a cabo, y los ingenieros, los que generan las condiciones para llevar a cabo esos experimentos en la forma más económica y segura posible, preparándose así para construir en el futuro las plantas que entrarán en servicio. El proyecto cuenta con el apoyo de áreas de tecnología de información, diseño por computadora y administradores especializados en crear un ambiente de creatividad. Actualmente se tie ne el diseño para empezar la construcción, contando incluyendo el esquema para el desmantelamiento cuando termine el proyecto.
Como podemos ver, los países desarrollados invierten cada vez más e n investigación cuyos resultados beneficiosos se conocerán décadas más tarde. Con ello se aseguran el control total del conocimiento tecnológico traducido en el control económico, basado en la generación de energía que no necesitan como combustible ni petróleo, ni gas, ni carbón. Un ejemplo a seguir por nuestros países latinoamericanos que ojalá comprendan los verdaderos retos del siglo XXI.
