Desarrollan una tecnología de punta para enriquecer uranio

Tras un trabajo de tres años, un equipo de 60 investigadores del Instituto Balseiro y el Centro Atómico Bariloche, liderado por Fabián Bonetto, acaba de desarrollar una vía que emplea el láser para lograr el enriquecimiento de uranio.

Es una tecnología de punta en el mundo, que se persiguió durante décadas y que hoy dominan menos de una decena de países, entre los que se cuentan los Estados Unidos, algunos de la Unión Europea, Australia y Rusia. Se trata de un método que consume mucha menos energía, y es más económico y eficiente.

El uranio es un metal negruzco que se encuentra en estado natural en algunas rocas y tierras en muy pocas partes por millón. Es aproximadamente un 70% más denso que el plomo, pero algo menos que el oro. Lo descubrió en 1789 Martin Heinrich Klaproth, el químico alemán que también encontró el circonio y el titanio. Le dio ese nombre en honor al planeta Urano, que acababa de ser descubierto ocho años antes.

Se presenta en tres "versiones" levemente diferentes, pero para utilizarlo en las centrales de generación de energía eléctrica y en los reactores de producción de radioisótopos, hay que extraerlo y concentrarlo a partir de minerales que lo contienen, y luego someterlo a un proceso que permite aumentar el contenido de una de esas versiones: el uranio 235, el más fácilmente fisionable.

Ese "enriquecimiento" se lograba hasta ahora con dos tecnologías. Una, desarrollada en 1944, es la difusión gaseosa, que consiste en hacer pasar los átomos del elemento 92 de la tabla periódica (U) por membranas que van separando una versión de la otra y aumentando el contenido de átomos de uranio 235. La segunda es la centrifugación, que separa las diferentes versiones por el tamaño de sus núcleos atómicos.

"La producción de uranio 235 por difusión gaseosa es la que en el país se desarrolló en Pilcaniyeu en 1983 -explica Bonetto desde su laboratorio en San Carlos de Bariloche-. Este nuevo paso se logró en tres años."

En estado natural, el uranio está compuesto por 993 átomos de su isótopo (o versión) 238, cuyo núcleo está formado por 92 protones y 146 neutrones, y apenas 7 de su isótopo 235 (92 protones y 143 neutrones). Con el proceso llamado "enriquecimiento" se logra que el número de átomos de uranio 235 pase de 7 por mil a 20%.

"La Argentina firmó tratados internacionales en los que se compromete a no enriquecer uranio por encima de 19,7%; eso significa que después del enriquecimiento, dos de cada diez (o 200 de cada mil) átomos son de uranio 235", subraya Bonetto. Este grado de enriquecimiento es el que se requiere para los usos pacíficos del material.

El proceso de enriquecimiento históricamente utilizado, la difusión gaseosa, se aplica tras haber separado el uranio de las impurezas por medios químicos. Luego, el hexafluoruro de uranio es transformado en plantas químicas especiales en dióxido de uranio, material cerámico que se utiliza finalmente como combustible en los reactores nucleares.

Con este nuevo método, se deposita el metal en una canasta de tungsteno por la que pasan 400 amperes de corriente y que alcanza unos 4000 grados de temperatura. El uranio metálico se calienta a alrededor de 2500 grados Celsius y se evapora. Entonces, se iluminan los átomos de uranio 238 y 235 con dos láseres, uno sintonizable y otro, ultravioleta.

"Los átomos de uranio 235 absorben la luz amarilla rojiza, y el ultravioleta les quita un electrón (los "ioniza"; es decir que quedan con carga positiva). Después, un espectrómetro de masa detecta cuáles son unos y otros", explica Bonetto, que se reserva mayores detalles de la técnica por razones de seguridad.

Hasta ahora, los científicos del Centro Atómico Bariloche y el Balseiro sólo produjeron una pequeña cantidad de uranio enriquecido al 19,7% con esta nueva tecnología. Pero aunque para encarar la producción en gran escala se necesitaría continuar con la investigación y superar otro tipo de desafíos, ya se cumplió la prueba de concepto.

El proyecto Silvar (separación isotópica utilizando láser en vapor atómico de uranio) está incluido en el plan estratégico de la CNEA hasta 2020. El puntapié inicial se dio el 26 de agosto de 2011, en una reunión entre Norma Boero, presidenta de la Comisión Nacional de Energía Atómica, y los gerentes Carlos Gho y Alberto Lamagna.

"Allí Norma Boero nos indicó las metas: que teníamos que lograr que dos de cada diez átomos fueran 235 y el resto, 238; que la cantidad de material producido debería ser la mínima detectable con significación estadística, y que el proyecto debía realizarse en entre tres y diez años", cuenta el investigador.

Aunque destaca que no es experto en el área de trabajo de Bonetto, el admirado físico de la CNEA Francisco "Paco" de la Cruz, que estuvo presente "en el excelente seminario del Balseiro" donde se dio a conocer el logro, opina: "Fabián ha demostrado una capacidad organizativa extraordinaria. Planeó y diseñó en tiempo corto un tramado de actividades científico-técnicas de alta complejidad involucrando físicos, ingenieros y técnicos con experiencia en áreas que, en principio, poco tienen que ver entre sí. No fue un cargo ni un título formal el que permitió a Bonetto ponerse a la altura de lo que se hace en instituciones con enorme disposición de medios. Mostró la importancia de tener centros de investigación multidisciplinarios. Pudo coordinar y aprovechar conocimiento, experiencia y habilidades de ingenieros físicos y técnicos de diversas especialidades coordinados con precisión en el espacio y el tiempo en forma más eficiente y menos burocrática de lo que el sistema permite".

Según sus propias palabras, "no se hizo ningún avance científico en enriquecimiento", pero se consiguió algo más importante: reunir el conocimiento y equipamiento asociado con el desarrollo de diversas disciplinas para mostrar que con medios idóneos y al alcance de nuestras capacidades económicas se consiguió tener resultados que permiten la participación del país en una carrera en la que participan pocos. La carrera recién empieza, pero bien".

En cumplimiento de los acuerdos con Estados Unidos y Brasil, la Argentina se comprometió a no enriquecer uranio por encima de 19,7% y a aceptar auditorías de las Naciones Unidas y de Brasil.

"En un proyecto tecnológico de este tipo, cada paso que damos es con autorización de la CNEA, el Ministerio de Planificación y la firma de la presidenta de la Nación -destaca Bonetto, que desde hace 30 años trabaja en la primera institución-. Todavía no podemos hacer cientos de kilos de uranio enriquecido por láser, esto es lo que se llama prueba de concepto."

Según Bonetto, escalar la producción exigiría una decisión del Poder Ejecutivo y del Congreso, que podría producirse si por alguna razón el país dejara de recibir el combustible para sus centrales de potencia (que generan energía eléctrica) o para sus reactores de radioisótopos, donde se elaboran radiofármacos empleados en los estudios de medicina nuclear; por ejemplo, para obtener imágenes funcionales del cerebro, el miocardio, los pulmones, el hígado, el esqueleto, la sangre y los tumores.

La Argentina forma parte de un puñado de países en condiciones de producir y exportar estas sustancias radiactivas, un selecto grupo que integran Canadá, Francia, Holanda, Australia y Sudáfrica.

Este tipo de avances tecnológicos no sólo permiten pensar en la posibilidad de autoabastecimiento de un insumo decisivo en un escenario de problemas energéticos y restricción de exportaciones por parte de los proveedores habituales, sino también en desarrollos que abren la puerta a exportaciones de alto valor agregado e impacto industrial.

Con el logro del enriquecimiento de uranio por láser por parte de científicos argentinos, una tecnología rodeada de gran secreto, se conocen sólo nueve países que dominan todo el "ciclo" del uranio, desde sacarlo de la cantera hasta producir el combustible nuclear final.

19,7

Por ciento

Es el tope del porcentaje de enriquecimiento de uranio al que la Argentina se comprometió en sendos acuerdos con los Estados Unidos y con Brasil

5

Países

Integran el grupo que produce y exporta sustancias radiactivas en el mundo: Canadá, Francia, Holanda, Australia y Sudáfrica

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