¿Por qué solo un isótopo sirve para la fisión?
El uranio natural tiene tres isótopos: uranio 238, con el 99,27 %; uranio 235, con el 0,72 %; y una traza de uranio 234.
Solo el 235 es fisible con neutrones lentos, y la razón está en la paridad de neutrones.
El uranio 235 tiene 143 neutrones, un número impar. Al capturar uno más forma uranio 236 con 144, un número par, y los núcleos con neutrones apareados están más ligados. Esa energía de apareamiento se libera al formarse el núcleo compuesto y basta por sí sola para superar la barrera de fisión: el núcleo se parte aunque el neutrón incidente llegue casi sin energía.
El uranio 238 tiene 146 neutrones, un número par. Al capturar uno forma un número impar y no gana esa energía extra. Necesita que el neutrón aporte más de un megaelectronvoltio para fisionar, y en un reactor los neutrones se frenan deliberadamente por debajo de eso.
De ahí que el 0,72 % sea el número que gobierna toda la industria nuclear.
⚠️ El uranio 238 no es inútil: al capturar un neutrón se convierte en plutonio 239, que sí es fisible. Ese proceso ocurre continuamente dentro de un reactor, y hacia el final del ciclo una parte apreciable de la energía producida procede de plutonio formado in situ.
¿Por qué es tan difícil enriquecerlo?
Porque los dos isótopos son químicamente idénticos. Tienen 92 electrones, forman los mismos compuestos y reaccionan igual. Ninguna separación química funciona.
La única diferencia aprovechable es la masa: 235 frente a 238, un 1,3 %.
El método actual es la centrifugación. El uranio se convierte en hexafluoruro, UF₆, único compuesto de uranio que es gaseoso a temperatura moderada. El gas se introduce en cilindros que giran a decenas de miles de revoluciones por minuto; las moléculas más pesadas se desplazan ligeramente más hacia la pared.
El efecto por centrifugadora es minúsculo. Para llegar del 0,72 % al 4 % hacen falta miles de máquinas conectadas en cascada, y para llegar al 90 % muchas más.
Esa dificultad es la principal barrera técnica a la proliferación nuclear, y la razón de que los programas de enriquecimiento estén sometidos a vigilancia internacional. El fluoruro se eligió además porque el flúor tiene un solo isótopo estable: cualquier otro elemento añadiría su propia variación de masa y arruinaría la separación.
El método anterior, la difusión gaseosa, consumía cantidades enormes de electricidad y se ha abandonado.
¿Qué ocurrió en Oklo?
En 1972, un análisis rutinario de uranio procedente de una mina de Gabón mostró un 0,717 % de uranio 235 en lugar del 0,720 % universal. La diferencia era pequeña pero imposible: la composición isotópica del uranio natural es constante en toda la Tierra y en los meteoritos.
La explicación resultó ser que aquel uranio ya había sido usado.
Hace unos 1 700 millones de años, el uranio 235 —cuyo periodo de 704 millones de años es mucho más corto que el del 238— representaba cerca del 3 % del uranio natural, la misma proporción que hoy se busca artificialmente en un reactor.
En Oklo, un yacimiento excepcionalmente rico quedó infiltrado por agua subterránea. El agua actuó como moderador, frenando los neutrones lo suficiente para sostener una reacción en cadena.
El sistema se autorreguló. Cuando la reacción calentaba el agua hasta hervirla, se perdía el moderador y la reacción se detenía; al enfriarse y volver el agua, se reanudaba. Los análisis sugieren ciclos de unas tres horas, mantenidos de forma intermitente durante cientos de miles de años.
⚠️ Oklo es también un experimento natural sobre almacenamiento de residuos: los productos de fisión generados allí apenas han migrado en dos mil millones de años, lo que aporta información sobre el confinamiento geológico a muy largo plazo.
¿Qué relación tiene con el calor de la Tierra?
El interior del planeta está caliente por dos motivos: el calor residual de su formación y la desintegración radiactiva.
La contribución radiactiva procede casi enteramente del uranio 238, el torio 232 y el potasio 40, los tres isótopos con periodos comparables a la edad de la Tierra. Los de vida corta se agotaron hace mucho.
El flujo de calor geotérmico total ronda los 47 teravatios, y las estimaciones atribuyen aproximadamente la mitad a la desintegración radiactiva.
Sin esa fuente continua, el interior se habría enfriado hasta solidificarse. Sin manto convectivo no hay tectónica de placas, y sin núcleo externo líquido no hay dinamo ni campo magnético.
La detección de geoneutrinos —antineutrinos emitidos en las desintegraciones beta del interior terrestre— por detectores como KamLAND y Borexino ha permitido medir directamente esa contribución, confirmando el orden de magnitud.
¿Cómo se extrae y en qué estado está la industria?
El uranio está disperso en la corteza a unas 2,7 partes por millón, más abundante que la plata o el mercurio. Los yacimientos explotables tienen leyes que van desde el 0,1 % hasta, excepcionalmente, más del 15 % en la cuenca de Athabasca, en Canadá.
Kazajistán es hoy el mayor productor, seguido de Canadá, Namibia y Australia. Buena parte de la producción kazaja emplea lixiviación in situ: se bombea disolución al yacimiento, se disuelve el uranio y se recupera en superficie sin excavar.
El uranio se procesa hasta obtener concentrado —la llamada torta amarilla—, se convierte en hexafluoruro, se enriquece, se reconvierte en óxido y se fabrica en pastillas cerámicas que se apilan dentro de vainas metálicas.
⚠️ Una pastilla de unos siete gramos contiene aproximadamente la energía de una tonelada de carbón. Esa densidad energética es la razón de que la fisión siga siendo relevante pese a los problemas de residuos, de coste de capital y de percepción pública que arrastra desde Chernóbil y Fukushima.