Fundamentos de Material Fisible
¿Qué son los materiales fisibles?
Los materiales fisibles están compuestos de átomos que pueden ser divididos por neutrones en una reacción en cadena autosostenible para liberar enormes cantidades de energía. En los reactores nucleares, el proceso de fisión se controla y la energía se aprovecha para producir electricidad. En las armas nucleares, la energía de fisión se libera de una sola vez para producir una explosión violenta. Los materiales fisibles más importantes para la energía nuclear y las armas nucleares son un isótopo de plutonio, plutonio-239, y un isótopo de uranio, uranio-235. El uranio-235 se encuentra en la naturaleza. A todos los efectos prácticos, el plutonio-239 no lo hace.
¿Qué es el plutonio-239?
El plutonio-239 (en lo sucesivo, «plutonio») es un elemento pesado compuesto por 94 protones y 145 neutrones. Puede tener varias formas químicas. Las armas nucleares usan plutonio metálico. El dióxido de plutonio se utiliza como componente de algunos combustibles nucleares. El plutonio tiene un período de semidesintegración de más de 24.000 años (un período de semidesintegración es el tiempo que tarda la mitad de una cantidad determinada de material radiactivo en descomponerse en otros elementos).
¿Cómo se fabrica el plutonio?
Se necesitan dos instalaciones clave para obtener plutonio. Primero, en un reactor nuclear, el uranio-238 absorbe un neutrón. Esto conduce a reacciones nucleares que lo convierten en plutonio. El plutonio termina en el combustible nuclear gastado junto con uranio no utilizado y productos de fisión altamente radiactivos. Esencialmente, todos los reactores nucleares del mundo producen plutonio de esta manera, pero el plutonio en el combustible gastado no se puede utilizar para la energía nuclear o las armas nucleares. Para obtener plutonio en una forma utilizable, se necesita una segunda instalación clave, una planta de reprocesamiento, para separar químicamente el plutonio de los otros materiales en el combustible gastado. El reprocesamiento se considera en general como uno de los vínculos clave entre la capacidad civil de energía nuclear y la capacidad de producción de armas nucleares (el otro es el enriquecimiento de uranio, véase más adelante).
¿Para qué se utiliza el plutonio?
Una vez que el plutonio se separa, puede procesarse y transformarse en el núcleo de fisión de un arma nuclear, llamado «pozo». Las armas nucleares suelen requerir de tres a cinco kilogramos de plutonio. El plutonio también puede convertirse en óxido y mezclarse con dióxido de uranio para formar combustible de óxido mixto (MOX) para reactores nucleares.
En 1995, había aproximadamente 270 toneladas métricas de plutonio separado en inventarios militares y aproximadamente 180 toneladas métricas de plutonio separado en inventarios civiles en todo el mundo.
¿Dónde se produce plutonio?
Gran Bretaña, Francia, Rusia, India, Japón, Israel y China operan plantas de reprocesamiento para obtener plutonio (las dos últimas solo para fines militares). Otros países de Europa occidental poseen plutonio que fue separado en Gran Bretaña y / o Francia. Corea del Norte también ha operado una planta de reprocesamiento.
En los Estados Unidos, el reprocesamiento para armas nucleares ocurrió en la Reserva Hanford, Washington, y en el Sitio del río Savannah, Carolina del Sur. Algunos reprocesamientos civiles y militares también ocurrieron entre 1966 y 1972 en West Valley, Nueva York. ESTADOUNIDENSE. los reactores de producción de plutonio se cerraron en 1988, y la interrupción del reprocesamiento con fines militares se codificó en la política oficial en julio de 1992. Los Estados Unidos no apoyan el reprocesamiento debido a sus peligros de proliferación, pero en la práctica los Estados Unidos han sido selectivos al oponerse al reprocesamiento en otros países
¿Qué es el uranio altamente enriquecido?
El otro material fisible importante que se ha utilizado para armas nucleares es el uranio muy enriquecido (UME), definido generalmente como uranio cuya proporción de uranio-235, el isótopo fisible del uranio, se ha aumentado a más del 90%. El uranio natural extraído de la tierra consiste en un 0,7% de uranio-235 (U-235) y un 99,3% de uranio-238 (U-238), y el enriquecimiento es el proceso de aumentar la proporción de U-235 a U-238. La vida media del uranio-235 es de 704 millones de años, mientras que la vida media del U-238 es de unos 4,5 mil millones de años.
Es importante tener en cuenta que la mayoría de los reactores nucleares funcionan con uranio poco enriquecido (UPE), que suele ser del 3% al 5% de uranio-235. El uranio poco enriquecido no puede utilizarse en armas nucleares.
¿Cómo se fabrica el uranio altamente enriquecido?
Tradicionalmente, el uranio se ha extraído de minas subterráneas y a cielo abierto. Este uranio natural se procesa y luego se enriquece. Se han desarrollado numerosas tecnologías para enriquecer uranio, como la difusión gaseosa, las centrifugadoras y la separación electromagnética. Todas estas tecnologías requieren una gran inversión inicial y grandes cantidades de energía para funcionar.
¿Para qué se utiliza el UME?
El UME se desarrolló por primera vez para su uso en armas nucleares. Se puede combinar con plutonio para formar el «pozo», o núcleo de un arma nuclear, o se puede usar solo como explosivo nuclear. La bomba lanzada sobre Hiroshima utiliza sólo UME. Unos 15-20 kg de uranio muy enriquecido son suficientes para fabricar una bomba sin plutonio.
El UME también tiene usos no relacionados con armas. Se utiliza como combustible en reactores de investigación y en los reactores nucleares que alimentan algunos buques de guerra.
Alrededor de 2300 toneladas métricas de UME se han producido para fines militares en todo el mundo, principalmente en los Estados Unidos y la Unión Soviética. Alrededor de 20 toneladas métricas de uranio muy enriquecido se han utilizado en reactores de investigación en todo el mundo.
¿Dónde se produce UME?
El UME puede, en teoría, producirse en cualquier planta de enriquecimiento. Varios países tienen plantas de enriquecimiento para producir uranio poco enriquecido para reactores nucleares, pero no todos han utilizado sus plantas para fabricar uranio muy enriquecido. El Organismo Internacional de Energía Atómica, un organismo de las Naciones Unidas, se encarga de garantizar que el uranio procedente de programas nucleares civiles no se desvíe a fines armamentísticos únicamente en los Estados no poseedores de armas nucleares que son signatarios del Tratado de No Proliferación. El UME se produjo en los Estados Unidos en Oak Ridge, Tennessee y Portsmouth, Ohio. Los Estados Unidos ya no producen UME. Sigue utilizando uranio muy enriquecido de sus existencias para reactores de investigación y propulsión naval.
Esta hoja informativa fue elaborada conjuntamente con Médicos por la Responsabilidad Social.