El plutonio es un elemento químico que se utiliza como combustible nuclear en la fabricación de armas nucleares. Aunque se pueden encontrar trazas en la naturaleza, todos los isótopos de plutonio son de origen artificial.
La primera vez que se produjeron cantidades significativas de plutonio fue durante la Segunda Guerra Mundial dentro del Proyecto Manhattan. El propósito de este proyecto era fabricar una cantidad de material suficiente para utilizar la energía nuclear para desarrollar una bomba nuclear.
¿Cómo es el plutonio?
El plutonio es un metal radiactivo de color plateado-grisáceo en su estado puro, aunque se oxida rápidamente al contacto con el aire, adquiriendo tonos amarillos o marrones. Es un elemento muy denso y pesado, con una densidad cercana a los 19.8 g/cm³, similar a la del uranio.
Además, presenta una estructura cristalina compleja y puede existir en varias formas alotrópicas, lo que hace que su comportamiento mecánico y térmico sea inusual.
Desde el punto de vista químico, el plutonio es altamente reactivo, pudiendo formar diversos óxidos e hidruros. Se disuelve en ácidos fuertes y puede generar calor debido a su desintegración radiactiva, lo que lo convierte en un material peligroso.
Su isótopo más conocido, el plutonio-239, es utilizado en armas nucleares y reactores como combustible, ya que puede sufrir fisión nuclear con facilidad. Debido a su radiactividad y toxicidad, su manejo requiere estrictas medidas de seguridad.
¿Cómo se obtiene el plutonio?
El plutonio se obtiene principalmente como un subproducto de la fisión nuclear en los reactores nucleares convencionales.
Durante el funcionamiento de un reactor, el uranio-238 absorbe neutrones y se convierte en uranio-239, que a su vez se desintegra en neptunio-239 y finalmente en plutonio-239, un isótopo fisible clave en la producción de energía y armamento nuclear.
El combustible irradiado procedente de los reactores nucleares está compuesto principalmente por uranio (aproximadamente un 96%) y una pequeña fracción de plutonio (menos del 1%), además de otros productos de fisión y elementos transuránicos. Dependiendo de la estrategia de gestión adoptada, este combustible gastado puede ser considerado un residuo o puede ser reciclado para su reutilización.
Gestión del combustible gastado
Existen dos enfoques principales para la gestión del plutonio y otros materiales presentes en el combustible nuclear usado:
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Ciclo abierto (almacenamiento definitivo)
En este enfoque, el combustible gastado se considera un residuo altamente radiactivo y se almacena en instalaciones de seguridad a largo plazo, como piscinas de enfriamiento o depósitos geológicos profundos. No se intenta recuperar el plutonio ni el uranio presentes en el material irradiado. -
Ciclo cerrado (reprocesamiento y reutilización)
En el ciclo cerrado, el combustible gastado se somete a un proceso de reprocesamiento mecánico-químico, que permite separar el plutonio y el uranio de los productos de fisión y otros elementos radiactivos. El plutonio recuperado puede utilizarse para fabricar nuevo combustible nuclear, como el MOX (mezcla de óxidos de uranio y plutonio), optimizando así el uso de los recursos nucleares y reduciendo la cantidad de residuos de alta actividad.
Este enfoque permite prolongar la vida útil del combustible nuclear y reducir la necesidad de extracción de nuevo uranio, aunque plantea desafíos en términos de costes, seguridad y no proliferación nuclear.
¿Dónde se encuentra en la naturaleza?
El plutonio es un elemento extremadamente raro en la naturaleza debido a la corta vida media de sus isótopos en comparación con la edad de la Tierra. Sin embargo, se han encontrado trazas en minerales de uranio, como la uraninita, donde el uranio-238 puede capturar neutrones y transformarse en plutonio-239 a través de reacciones nucleares naturales.
Un ejemplo notable de producción natural de plutonio ocurrió en el reactor de Oklo, en Gabón, donde hace 2.000 millones de años se dieron condiciones para que ocurrieran reacciones de fisión espontáneas en depósitos de uranio.
Además, pequeñas cantidades de plutonio pueden formarse por la interacción de rayos cósmicos con elementos pesados en la atmósfera o la corteza terrestre.
Sin embargo, gran parte del plutonio detectado en el medio ambiente hoy en día proviene de pruebas nucleares realizadas en el siglo XX, que liberaron isótopos como el plutonio-239 y plutonio-240 en la biosfera.
En la actualidad, el plutonio se obtiene principalmente de reactores nucleares, ya que su presencia en la naturaleza es insignificante.
El átomo de plutonio en la tabla periódica
El plutonio (con símbolo Pu) es el elemento 93 de la tabla periódica, es decir, su número atómico es el 94.
Se trata de un elemento químico que pertenece a la serie de los elementos actínidos. El plutonio tiene 16 isótopos, todos ellos radiactivos. Físicamente, el plutonio es un metal plateado y presenta 5 estructuras cristalinas diferentes.
Químicamente es un material muy activo que puede formar compuestos con todos los elementos no metálicos, excepto los gases nobles. El metal se disuelve en ácidos y reacciona con agua, aunque moderadamente en comparación con los ácidos.
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Masa atómica |
244 u |
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Estado ordinario |
Sólido |
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Densidad |
19816 kg/m3 |
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Punto de fusión |
912,5 K (639 °C) |
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Punto de ebullición |
3505 K (3232 °C) |
Plutonio-239 y otros isótopos
El plutonio-239 es un isótopo fisible del plutonio que está compuesto por 145 protones y 54 neutrones. Es el isótopo que se utiliza principalmente para la fabricación de armas nucleares pero también se utiliza como combustible nuclear en los reactores de potencia y en proyectos de investigación.
Otro isótopo importante es el plutonio-238 que se utiliza en fuentes de calor para aplicaciones espaciales, generadores de calor termoeléctricos y se ha empleado en marcapasos cardiacos.
Usos y aplicaciones del plutonio
Los principales usos del plutonio son los siguientes:
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Combustible nuclear para las centrales nucleares de potencia.
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Generadores termoeléctricos de radiosiótopos. Un generador termoeléctrico es un dispositivo que convierte el calor en electricidad. Esta tecnología a gran escala no resulta práctica pero es útil en determinadas aplicaciones como por ejemplo, en marcapasos artificiales, sondas espaciales y vehículos espaciales. En esta aplicación se utiliza el plutonio-238 porque la radiación que emite no representa una amenaza para la salud de las personas.
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Fabricación de bombas atómicas. El isótopo utilizado para este propósito es el plutonio-239. Se utiliza porque sufrirá fisión nuclear. Muy pocos isótopos sufrirán fisión nuclear.
Gestión del plutonio recuperado en los reactores nucleares
A medida que se va generado plutonio en el interior del combustible de los reactores nucleares, también se fisiona, colaborando con el uranio en la producción de energía.
En el combustible gastado quedan entre 7 y 8 kilogramos por tonelada de plutonio sin quemar. Este plutonio, recuperado en el reproceso, se puede usar para sustituir el uranio- 235 en el combustible nuclear, fabricando pastillas de óxido de uranio y óxido de plutonio mezclados, (combustible MOX).
El combustible MOX puede sustituir al combustible de uranio enriquecido en los reactores nucleares de agua ligera.
Efectos del plutonio sobre la salud
El plutonio es un elemento químico tóxico y radiactivo. El principal tipo de radiación que emite es la radiación alfa que no puede atravesar la piel.
La peligrosidad del plutonio viene dada por su radiotoxicidad. Las partículas alfa ingieridas o inhaladas pueden ser la causa de cáncer de pulmón u otros tipos de cáncer. En grandes cantidades pueden ser la causa de un envenenamiento agudo por radiación o incluso provocar la muerte.
Una vez que el plutonio ha entrado en el cuerpo permanece durante mucho tiempo.
La provabilidad que las personas estén expuestas al plutonio es muy baja. Si esto sucede, normalmente se debe a su manipulación.