El regalo de Thor y Urano



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Un investigador toma una muestra de agua en Seúl, Corea del Sur, para analizar la radiactividad.
Un investigador toma una muestra de agua en Seúl, Corea del Sur, para analizar la radiactividad.

El uranio tiene mala reputación, como todos los elementos radiactivos. Con buena razón, en parte, porque lamentablemente el uranio fue el principal combustible de la primera bomba nuclear lanzada sobre una población, conocida como Niñito, que cayó sobre Hiroshima el 6 de agosto de 1945. Además, el uranio se utiliza para producir energía en plantas de energía nuclear, que también son mal vistas por muchas personas.

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A pesar de su mala reputación, el uranio es una gran fuente de conocimiento para astrofísicos o geólogos, ya que es uno de nuestros mejores relojes para fechar desde huesos humanos hasta rocas lunares, hasta los meteoritos más antiguos del Sistema Solar o hasta él mismo. universo. Y gracias al uranio y otros similares, la vida en la Tierra existe tal como la conocemos. Rompamos una lanza de la radiactividad y expliquemos por qué.

Un profesor mío de la Facultad de Ciencias Físicas de la Universidad Complutense de Madrid dijo que la evolución de las estrellas es el resultado de una lucha continua entre dos grandes conceptos físicos: la gravedad y la presión de un gas. Asimismo, el núcleo de átomos es el resultado de una lucha entre titanes: interacción electromagnética y las conocidas como interacciones fuertes y débiles.

La interacción que une los nucleones en los átomos y los quarks dentro de cada nucleón se llama fuerte.

De hecho, en los núcleos de todos los átomos excepto el hidrógeno, la repulsión electrostática entre partículas con la misma carga, los protones, coexiste con la atracción entre nucleones, como se conoce tanto a los protones como a los neutrones. Esta atracción es más de 100 veces más fuerte que la repulsión electromagnética a distancias del orden de una milmillonésima parte de un metro, conocida como femtómetro (¡Con un prefijo creado en 1964 y procedente del danés y noruego, no griego o creado hace milenios como estamos acostumbrados!). A esa escala, la gravedad es insignificante, sextillones de veces menos intensa. Por esta razón, la interacción que une los nucleones en los átomos y los quarks dentro de cada nucleón se llama fuerte.

La lucha entre interacciones fuertes y electromagnéticas permanece en las tablas para muchas combinaciones de protones y neutrones, dando lugar a la tabla periódica de elementos. Pero otras combinaciones de nucleones son inestables, su equilibrio se rompe fácilmente y el núcleo atómico tiende a descomponerse en partes, emitiendo radiación en forma de partículas con masa (por ejemplo, electrones, neutrinos o átomos de helio) y / o sin masa. , como fotones. Es lo que se conoce como desintegración radioactiva.

El primer elemento radiactivo que se descubrió fue uranio, gracias a los experimentos de Henri Becquerel a finales del siglo XIX, que luego continuó Marie Skłodowska-Curie, la primera persona en recibir dos premios Nobel. El uranio es el segundo elemento radiactivo más abundante después de eso. torio. En la corteza terrestre hay cerca de 50 elementos no radiactivos más abundantes que ambos, solo 3-4 gramos de cada tonelada de roca terrestre es uranio, cuatro veces más en el caso del torio.

Un elemento químico se caracteriza por sus propios número atómico, que es el número de protones en su núcleo. El uranio (U) tiene 92 protones y el torio (Th) 90. El mismo elemento químico puede existir en forma de varios isótopos, que se distinguen entre sí por la cantidad de neutrones en su núcleo. En la Tierra podemos encontrar uranio con esos 92 protones acompañados de 140 a 146 neutrones, que forman los 6 principales isótopos del uranio, todos inestables. Los más abundantes son el U-238, más del 99% del uranio está en esta forma y el U-235 prácticamente todo lo demás. Ambos tienden a desintegrarse en tiempos del orden de mil millones de años. Algo parecido ocurre con el torio: hay 7 isótopos, pero uno domina a todos los demás, solo dos de cada 10.000 átomos de torio no son Th-232, que se desintegra en tiempos similares a la edad del universo, del orden de los 15.000 millones. años.

Nuestro planeta ha liberado energía durante los 4.500 millones de años de su existencia, enfriándose en el proceso desde la gran bola de roca a miles de grados que originalmente era.

Cuando un solo átomo de torio o uranio se desintegra, libera cuatro megaelectrones voltios (MeV) de energía (veamos cuándo su factura de electricidad viene en MeV, ¡la unidad de energía / masa utilizada por los físicos de alta energía!), que puede elevar la temperatura de un litro de agua en una billonésima de grado centígrado. Parece muy poco, pero la cosa cambia si sumamos todo el torio y todo el uranio que se está desintegrando en nuestro planeta, seguramente la mayor parte en el manto y en la corteza terrestre.

Nuestro planeta ha estado liberando energía durante los 4.500 millones de años de su existencia, enfriándose en el proceso desde la gran bola de roca a miles de grados que era originalmente. La Tierra pierde energía a un ritmo de decenas de billones de vatios, el equivalente a lo que producirían un par de miles de centrales eléctricas tan poderosas como la Tierra. Central hidroeléctrica de las Tres Gargantas, el más grande jamás construido. Sin el calentamiento continuo del interior de la Tierra producido por elementos radiactivos como el uranio-238, el torio-232 o el potasio-40, es posible que la Tierra se hubiera solidificado por completo hace mucho tiempo. Hoy, menos de la mitad o incluso sólo una cuarta parte de calor interno de nuestro planeta deriva de la energía inicial adquirida por el colapso gravitacional y las colisiones de planetesimales. El resto, que domina el calentamiento, proviene de la desintegración radiactiva, principalmente de los 3 elementos mencionados anteriormente. No es una coincidencia, esos elementos radiactivos tienen tiempos de desintegración típicos similares a la edad de la Tierra, por lo que aún podemos contar con ellos para hacer su trabajo.

El hecho de que el interior de la Tierra sea cálido y parcialmente fluido es responsable de la tectónica de placas, lo cual se evidencia en fenómenos como terremotos y volcanes. Ya hemos roto las lanzas en su honor, no en vano la composición de nuestra atmósfera está íntimamente ligada a la existencia de aquellos fenómenos que también fueron fundamentales para la regulación de la temperatura terrestre. Como resultado, la temperatura es cálida en nuestro planeta, con un promedio de alrededor de 16 ° C. Tener un interior parcialmente fusionado y en movimiento también nos permite tener un magnetosfera, que nos protege de la radiación solar y el viento más enérgicos.

Radiactividad, y en particular elementos radiactivos como el uranio, nombrado en honor al dios de los cielos. Urano, o torio, llamado así en honor al dios del trueno Thor, son fundamentales en la evolución de nuestro planeta y, por tanto, en la aparición y evolución de la vida tal como la conocemos. La radiactividad es claramente un regalo de los dioses.

Pablo G. Pérez González Es investigador del Centro de Astrobiología, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y del Instituto Nacional de Tecnología Aeroespacial (CAB / CSIC-INTA)

Vacío cósmico Es una sección donde nuestro conocimiento del universo se presenta cualitativa y cuantitativamente. Tiene como objetivo explicar la importancia de comprender el cosmos no solo desde un punto de vista científico sino también desde un punto de vista filosófico, social y económico. El nombre «vacío cósmico» se refiere al hecho de que el universo está y está, en su mayor parte, vacío, con menos de 1 átomo por metro cúbico, aunque paradójicamente hay quintillones de átomos por metro cúbico en nuestro entorno. , que nos invita a reflexionar sobre nuestra existencia y la presencia de la vida en el universo. La sección consta de Pablo G. Pérez González, investigadora del Centro de Astrobiología; Patricia Sánchez Blázquez, Catedrático de la Universidad Complutense de Madrid (UCM); sí Eva Villaver, investigadora del Centro de Astrobiología

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