Científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, en Estados Unidos, han recreado en laboratorio una versión muy simplificada de la bola de fuego de una explosión nuclear para estudiar cómo se forman las partículas de lluvia radiactiva. Su objetivo es comprender mejor qué ocurre con los materiales que se vaporizan en una detonación y cómo se recombinan al enfriarse, información clave para planificar la respuesta ante un posible incidente nuclear y para interpretar restos de explosiones pasadas.
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En un tubo de plasma de un metro de longitud, el equipo calentó mezclas de tres elementos hasta unos 5.000 kelvin (unos 4.700 ºC): uranio, combustible nuclear típico en reactores; cesio, un producto radiactivo de fisión muy volátil; y cerio, usado como sustituto experimental del plutonio. Primero lo vaporizaron todo, como en el corazón de una explosión, y luego dejaron que el sistema se enfriara siguiendo dos «historias térmicas» distintas: un enfriamiento continuo y otro en el que la temperatura se mantiene muy alta durante más tiempo antes de caer bruscamente.
El gran ‘susto’
El uranio y el cerio se comportaron de forma relativamente previsible, ya que empezaron a condensarse pronto en ambos escenarios de enfriamiento, formando partículas sólidas con diferencias menores en los compuestos asociados. El gran ‘susto’ vino con el cesio. A diferencia de los otros elementos, condensó mucho más tarde y, cuando el plasma se mantuvo caliente durante más tiempo, se mezcló más con otros materiales y formó compuestos más complejos de lo esperado. Es decir, la velocidad y la vía del enfriamiento alteran de forma significativa cómo y cuándo el cesio acaba atrapado en las partículas de la nube radiactiva.
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Para los investigadores, estas partículas actúan como una especie de registro fósil de cómo se formaron. Poder reproducir parte del proceso en un sistema controlado permite sustituir suposiciones por medidas y mejorar los modelos que se usan para interpretar restos de explosiones nucleares y tomar decisiones en situaciones críticas. Los resultados, además, cuestionan los modelos de equilibrio químico más tradicionales, que tienden a asumir reacciones más estables y podrían pasar por alto matices importantes ligados a las diferentes velocidades de enfriamiento.
Aunque este reactor de plasma no reproduce la complejidad total de una bola de fuego real donde entrarían en juego hormigón, agua, vidrio, suelo y muchos otros materiales, ofrece una plataforma muy útil para aislar mecanismos que adelantan o retrasan la interacción entre elementos volátiles. Los autores señalan que el método podrá ampliarse a otros elementos y condiciones extremas, no solo nucleares, ayudando a descifrar mejor la química de ambientes muy energéticos, desde accidentes en reactores hasta fenómenos astrofísicos.