lunes, 21 de noviembre de 2016

9 EL MODELO DEL NÚCLEO ATÓMICO III, APLICACIONES DE LAS REACCIONES NUCLEARES

9.1 Efectos biológicos de la radiación

9.1.1 Unidades para la absorción y daño por radiación

A parte de las unidades de actividad como el becquerel y el curie para determinar la intensidad de la radioactividad, el biofísica nuclear se emplean comúnmente otros dos sistemas de unidades, uno mide la absorción y el otro el daño biológico. La dosis absorbida hace referencia a la energía absorbida por masa de tejido biológico, su unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el Gray (Gy) (1)  pero también se emplea comúnmente el rad (2).

Con solo 400 rad (4.5Gy) cerca de la mitad de la población humana moriría en unos 60 días. Sin embargo, el Gray no es una buena medida para comparar los efectos biológicos de la radiación en el tejido, debido a que los efectos dependen no solo de la energía absorbida, sino del tipo de radiación y del tejido mismo (3). El sievert (Sv) es la unidad del sistema internacional que sirve como equivalente de dosis, otra unidad empleada especialmente en textos de medicina es el rem. Estas unidades deben medirse para el tejido humano –de hecho rem significa equivalente de radiación en humanos por sus siglas en inglés–, y sus valores expuestas en tablas. Por lo general se dice que una persona debe vivir con menos de 0.3 rem a la semana, de lo contrario debe trasladarse a un ambiente de menor radiación.

Para determinar la dosis rem, la unidad absorbida o rad debe ser multiplicada por un factor que ajusta el daño biológico causado por una radiación particular. Para las radiaciones beta y gamma el factor es de 1. Para protones y neutrones de alta energía el factor es de 10 y para partículas alfa es de 20 (4).


Referencias: (J. A. Bell, 2005; Brady & Humiston, 1986; Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; Jespersen et al., 2012b; Matamála, M., & Gonzalez, 1976; Petrucci et al., 2010; Timberlake, 2015; Wade, 2012)

9.1.2 La radiación, los tejidos vivos y el medioambiente

Una dosis de cuerpo total a 25 rem induce cambios notorios en la sangre humana, sin embargo, los síntomas de la enfermedad por radiación se manifiestan a los 100 rem y se vuelven fatales por encima de los 200 rem y para los 600 rem siempre es letal. Incluso pequeñas cantidades de radiación pueden ser peligrosas si hacen contacto con el agua corporal. El peligro de la radiación no recae en la energía asociada, sino en la capacidad de ionizar el agua y el oxígeno corporal formando radicales de oxígeno.  Al contrario de lo que podría esperarse, los isótopos radioactivos y las radiaciones son algo muy común en la naturaleza y es imposible evadirlos. Los rayos cósmicos por ejemplo, son neutrones acelerados provenientes del Sol junto con la luz, estos consumen el nitrógeno para formar carbono 14:

Adicionalmente, el carbono 14 naturalmente también es un emisor beta o alfa dependiendo de las circunstancias. El carbono 14 ingresa a las cadenas alimenticias debido a que las reacciones químicas no distinguen los isótopos del carbono.


Por otra parte, los primeros 40 centímetros del suelo del planeta Tierra contiene 1 gramo de radio por kilómetro cuadrado. El potasio también puede  venir presente en su forma radioactiva el potasio 40. Sin embargo, la fuente de radiación natural más grande es el radón 222 y sus productos de decaimiento. Todos estos productos combinados generan una radiación de campo terrestre normal de 360mrem, sin embargo, dependiendo de lugar esta radiación puede variar mucho.

Referencias: (J. A. Bell, 2005; Brady & Humiston, 1986; Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; Jespersen et al., 2012b; Matamála, M., & Gonzalez, 1976; Petrucci et al., 2010; Timberlake, 2015; Wade, 2012)

9.1.3 La radiación en los alimentos

La radiación en los alimentos puede ser mala pero también buena, todo depende del tipo de radiación empleada. Las enfermedades transmitidas por los alimentos causadas por microorganismos como Salmonella, Listeria y algunas cepas de Escherichia coli se han convertido en uno de los mayores problemas en los Estados Unidos debido al nivel de industrialización necesario para alimentar a grandes poblaciones en las ciudades.

El Centro para el Control de la Enfermedades “CDC por sus siglas en inglés” estima que cada año solo para E. coli al año existen alrededor de 20.000 infecciones al año y de estas 500 mueren, ya sea por tener otras complicaciones, por mal cuidado o por haberse infectado con cepas mortales como E. coliO157H7. E. coli ha sido responsable de epidemias por carne contaminada, jugos de fruta, lechuga y brotes de alfalfa.

Para esterilizar los alimentos la Oficina de Administración de Alimentos y Medicamentos “FDA por sus siglas en inglés” ha aprobado el uso de entre 0.3-1 KGy producirdo por cobalto 60 y cesio 137. Los instrumentos empleados para tal propósito filtran la radiación alfa y beta debido a que estas desestabilizarían el alimento convirtiéndolo en radioactivo. 

El elemento esterilizante es la radiación gamma, la cual causa mutaciones en el ADN de las bacterias causando mutaciones incompatibles con la reproducción y la supervivencia. Los efectos en los alimentos son poco más que la pérdida de algunas vitaminas como la vitamina B1 y la vitamina C. En la actualidad muchos tipos de alimentos son tratados con radiación gamma, especialmente en hospitales, donde el riesgo de infecciones nosocomiales es un riesgo serio para los pacientes inmunocomprometidos como en casos de leucemia linfocítica, trasplante de órganos, y pacientes en etapa de SIDA.

Referencias: (J. A. Bell, 2005; Brady & Humiston, 1986; Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; Jespersen et al., 2012b; Matamála, M., & Gonzalez, 1976; Petrucci et al., 2010; Timberlake, 2015; Wade, 2012)

9.2 Datación radiométrica

9.2.1 La vida media de un isótopo y la ley de decaimiento radioactivo

Referencias: (J. A. Bell, 2005; Brady & Humiston, 1986; Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; Jespersen et al., 2012b; Matamála, M., & Gonzalez, 1976; Petrucci et al., 2010; Timberlake, 2015; Wade, 2012)

9.2.2 ¿Qué es la datación radiométrica?

La datación radiométrica es una técnica empleada por los geólogos, arqueólogos e historiadores para determinar la edad de objetos antiguos dentro de unos marcos de referencia determinados. La edad de un objeto derivado de las plantas o los animales como la madera, la fibra vegetal, el cuero puede ser determinado mediante la técnica del carbono 14.

l carbono 14 solo puede formarse en la alta atmósfera mediante el bombardeo de los rayos cósmicos al nitrógeno 14, lo cual genera este carbono que es empleado igual que el carbono 12 en la cadena alimenticia. Cuando el ser vivo muere la proporción de carbono 14 disminuye con respecto a la de carbono 12 debido a que no ingresa nuevo carbono desde la atmósfera.

Con determinar la vida media es posible extrapolar o interpolar los valores, ya que todo isotopo genera una curva basada en un logaritmo natural, la única variable real es la constante (k) la cual puede ser determinada empleando la vida media (3). Por ejemplo, para el carbono 14 la vida media es de 5730 años.

Con este resultado, se reemplaza en la ecuación de la ley del decaimiento radioactivo. Donde N1 será la cantidad inicial o de una muestra viva y N2 será igual al de la muestra orgánica muerta.

Las pruebas radiométricas dependen de variables, como la capacidad de medir la muestra y la ausencia de contaminantes, por esta razón para el carbono 14 solo son válidas muestras de seres que alguna vez estuvieron vivos, que contengan carbono y que sean menores a unos 60.000 años.

Para determinar la edad de objetos más antiguos se emplean técnicas de otros elementos. Un ejemplo es el uranio 238 el cual decae en serie hacia el plomo 206. La vida media del uranio 238 es muy larga, un criterio necesario para medir la edad de objetos muy antiguos. Puesto en términos simples, las concentraciones de uranio 238 y plomo 206 son determinadas por el tipo de roca, la razón de ambas concentraciones junto con la vida media del uranio 238 se emplean para calcular la edad de la roca. Esto funciona debido a que la roca se crea a partir del magma, pero la concentración de plomo 206 en el magma es conocida “vale 0”.

Probablemente la desintegración más empleada para datar rocas es el potasio 40 – argón 40. El potasio 40 es un isótopo con una vida media casi tan larga como la del uranio, lo cual lo hace ideal para realizar corroboración cruzada de los datos obtenidos por la técnica del uranio 238. Para ambos métodos la edad mínima medible sin desviaciones representativas es de unos 300.000 años.

Referencias: (J. A. Bell, 2005; Brady & Humiston, 1986; Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; Jespersen et al., 2012b; Matamála, M., & Gonzalez, 1976; Petrucci et al., 2010; Timberlake, 2015; Wade, 2012)

9.2.3 Condiciones para la datación radiométrica

La ecuación básica de la datación radiométrica requiere que los núcleos involucrados en la desintegración estén confinados del medio externo, de modo tal que el radio entre las dos sustancias esté afectado solo por las fuerzas del decaimiento radioactivo. En caso de que no se cumplan estas condiciones, es necesario contextualizar las probables condiciones que afectan la medición para hacer las correcciones necesarias en la ecuación. En consecuencia es necesario contar con la mayor cantidad de información posible del mineral que está a punto de ser analizado  (K. Stewart et al., 1996).

La precisión aumenta si se emplean múltiples muestras de diferentes locaciones del mismo cuerpo rocoso. En ocasiones pueden analizarse diferentes minerales en una misma muestra formada en un mismo evento geológico, estas muestras se denominan isócronas. Por otra parte, para generar una fecha mínimamente aceptable se requiere una combinación de varios métodos y varios muestreos, los cuales deben arrojar intervalos consistentes. Por ejemplo, cuando se realizó la datación de muestras del precámbrico de Groenlandia de la localidad de Amitsoq se emplearon cinco métodos para doce muestras, si los métodos se basaran  en presunciones equivocadas, se esperaría que cada un arrojara una edad diferente con órdenes de magnitud discordantes, pero al realizar los cálculos se obtuvo una congruencia de 3.640 millones de años, con un intervalo de confianza de 30 millones de años (Dalrymple, 1994). El intervalo de confianza es generado por imprecisiones, ya sea el el trabajo de laboratorio o en los supuestos iniciales, sin embargo no son lo bastante fuertes como para desviar los resultados de forma significativa.
No puede aplicarse cualquier método a cualquier tipo de roca, del mismo modo en que no empleamos un mismo método de medición a diferentes distancias. Por ejemplo, un odómetro que mide en kilómetros no puede emplearse para medir el grosor de un cabello, que requiere de una microregla. Del mismo modo, algunos métodos radiométricos simplemente agotan muy rápido los núcleos parentales, y por lo tanto tienen un límite de medición máximo, un ejemplo de esto es el carbono-14 con un límite superior de 60.000 años, aunque algunas preparaciones especiales pueden extender su rango a un máximo de 75.000 años, lo cual sigue siendo un abrir y cerrar de ojos geológico (Walker & Walker, 2005).

Otros métodos  simplemente son demasiado lentos como para medir una diferencia estadísticamente significativa en una muestra reciente, por lo que solo pueden ser aplicados con confianza en muestras antiguas. De lo contrario, el mismo error de procedimiento y muestreo puede ser más significativo que la diferencia generada por la propia desintegración de los núcleos arrojando edades aleatorias. Este sucede por ejemplo al aplicar el método del Uranio-Plomo a muestras recientemente formadas. El carbono 14 también posee este límite inferior, ya que se ha determinado que es altamente impreciso cuando se analizan muestras muy recientes arrojando valores aleatorios en términos de décadas (Reimer et al., 2004).

El mismo método puede generar desviaciones, por lo que el desarrollo tecnológico para determinar núcleos ha ido avanzando con los años, en la actualidad la técnica más empleada es la espectrometría de masas (Dickin, 1997).

9.2.4 Métodos de datación radiométrica

Aunque por alguna razón la cultura popular parece enamorada del método del carbono-14, no es el único, y ni siquiera fue el primero de los métodos de datación radiométrica propuestos a lo largo del siglo XX (Geyh & Schleicher, 1990).  La datación radiométrica puede ser llevada a cabo en la actualidad en muestras de isótopos filiales tan grandes como nanogramos empleando la técnica del espectrómetro de masas. El espectrómetro de masas fue inventado en 1940 para determinar la presencia de átomos en una determinada muestra como parte de los instrumentos del laboratorio de química analítica. Su uso para la datación radiométrica comenzó desde la década de 1950, funciona ionizando los átomos a analizar, luego los iones viajan a través de un campo magnético que separa la muestra (L’Annunziata, 2012). 

La identificación se realiza debido a que cada elemento posee una curva de desviación característica bajo unas condiciones de ionización y de interacción magnética concretas. Los iones desviados impactan en receptores llamados copas de Faraday que emiten una señal que puede ser empleada para determinar la cantidad de sustancia en la muestra.

9.2.4.1 El método del Uranio-Plomo

El método del uranio-plomo fue el primero en ser reportado por el grupo de investigación de Rutherford en la primera década del siglo XX, y ha sido refinado hasta obtener errores de 0.8% para muestras con antigüedades apropiadas(Manyeruke et al., 2004; Oberthür, Davis, Blenkinsop, & Höhndorf, 2002), aunque estos porcentajes de eeror dependen de la juventud de la roca, por ejemplo en rocas  muy recientes el error de medición puede subir hasta el 5% como en muestras del mesozoico(Li, Liang, Sun, Guan, & Malpas, 2001).

El método del Uranio-Plomo depende de una presunción importante y es que el sistema de uranio en decaimiento debe estar aislado del medio externo por medio de un cristal como el Zircón (silicato de zirconio) o la baddekeyita (dióxido de zirconio). El Zircón se cierra a muy altas temperaturas impidiendo que el átomo filial de la desintegración escape. Sin embargo en ocasiones este cierre no es completo lo cual provoca que algunas cantidades de plomo se pierdan. La desviación provocada afecta la datación haciendo que la muestra aparente ser más JOVEN de lo que realmente es. Una forma de calibrar este error es que el método del uranio plomo es en realidad dos. El primero mide el decaimiento de uranio-235 a plomo-207; y el segundo decaimiento va del uranio-238 al plomo 206. Los dos decaimientos tienen una vida media completamente diferente, la primera es de 700 millones de años y la segunda de 4500 millones de años.

Debido a que una de las formas de plomo es más pesada que la otra, se esperaría que cuando el cristal pierde plomo, el reloj basado en plomo 206 se pierda más rápido que el plomo 207, lo cual conllevaría a edades discordantes entre los dos métodos. Si la técnica arroja que los dos decaimientos arrojan edades similares  podemos asumir con confianza que el sistema está calibrado. Adicionalmente, el zircón tiene puede tener múltiples capas, cada una con su propia fecha de inicio como sistema radiocronológico, por lo que ha sido necesario emplear técnicas más finas para obtener edades más concretas y no simplemente promedios de las edades de un grupo de capas (Ireland, 1999).

9.2.4.2 El método del samario-neodimio

Es un método complejo ya que los diferentes minerales que los encierran afectan de algún modo la relación entre el isótopo parental y el isótopo filial, en este sentido se emplean funciones que toman en cuenta estos escapes o acumulaciones (Dickin, 1997), por lo que es usado como parte de una isócrona con los métodos del Rubido-Estroncio y el plomo-plomo. El decaimiento de samario 147 a neodimio 143 tiene una vida media de diez mil seiscientos millones de años, por lo que es útil para meteoritos que sean más viejos que el planeta Tierra.

9.2.4.3 El método del potasio-Argón

Se basa en el decaimiento por emisión de positrones del potasio-40 a argón-40 con una vida media de mil trescientos millones de años, por lo que aplica a edades similares del método del uranio-plomo siempre que se encuentren micas, feldespatos, y hornablenditas adecuadas (Dalrymple & Lanphere, 1969).

9.2.4.4 El método del rubidio estroncio

Se basa en el decaimiento de rubidio-87 a estroncio-87 con una vida media de cincuenta mil millones de años, y se emplea para datar rocas ígneas o metamórficas muy viejas. Debido a que las temperaturas de cerramiento son muy altas no se espera que los núcleos filiales escapen en concentraciones detectables. Es un método más impreciso que el del Uranio-Plomo, por lo que se emplea para corroborar el orden de magnitud arrojado por otros métodos (Bowen, 1994). Podríamos continuar con otros métodos, pero por el momento con estos será suficiente.

9.2.5 La técnica del emparedado

 ¿Cómo se datan radiométricamente los fósiles, por las rocas junto a ellos o directamente con el fósil? ¿Cómo se datan los fósiles del cámbrico por ejemplo? Los fósiles son literalmente rocas. Por lo general solo se pueden datar las capas de origen volcánico. Si se tiene una muestra no volcánica no puede datarse directamente, pero tampoco se emplean los fósiles en este punto. Un método indirecto para datar una muestra no volcánica es encontrar las dos muestras volcánicas más cercanas en su límite superior e inferior, cuando termina la muestra volcánica inferior y cuando inicia la muestra volcánica superior se marca entonces los límites probables de la capa interna no volcánica creando estimados (Tarbuck, Lutgents, & Tasa, 2014).

Una vez que una columna determinada tienen sus fechas estimadas directamente por ser volcánicas o indirectamente por inferencia deductiva, entonces se asocian los fósiles marcadores en cada zona, para que puedan emplearse para realizar estimados por otros investigadores de forma más económica. A pesar de lo anterior las fechas de los fósiles marcadores pueden cambiar ya que dependen del perfeccionamiento de las técnicas directas que datan la roca misma, por lo que no se trata de un razonamiento circular. La apariencia de circularidad emerge en el sentido histórico, en el siglo XIX las eras geológicas fueron distinguidas por métodos cualitativos, y los fósiles marcadores ayudaban a distinguir cuando se pasaba de una era a otra, pero nadie sabía cuan viejas o cuanto había durado cada era, en ese sentido los fósiles marcadores solo eran un indicador cualitativo (Tarbuck et al., 2014).

En el caso del Cámbrico por ejemplo, su distinción cualitativa se realizó desde el siglo XIX, pero la datación radiométrica solo dio fechas precisas hasta 1994, y luego se ratificaron en 2002.  En la actualidad existe cierto debate sobre los límites del cámbrico, por ejemplo el límite inferior varía desde 541-545 mda, mientras que el límite superior varía desde 485-490 mda. Los métodos empleados son variados, por ejemplo el uranio-plomo, el rubido-estroncio y el samario neodimio (Tarbuck et al., 2014).

9.2.6 Importancia  y dificultades de la datación radiométrica

Aunque el principio básico de la datación radiométrica es teóricamente simple, experimentalmente es muy compleja, en análisis químico debe realizarse con una precisión dolorosamente exacta, debido a que la más leve desviación puede alterar la medida en millones de años, por esta razón se deben emplear múltiples repeticiones para determinar los errores de procedimiento, ya sea por los límites de detección del equipo, o por los errores de procedimiento del operario. Algunos métodos presentan complejidades, por ejemplo el mismo método del uranio-plomo requiere tomar en cuenta el decaimiento de los 11 núcleos inestables en medio, en otras ocasiones los minerales alrededor pueden acumular o perder materiales a ritmos constantes, lo cual implica la necesidad de realizar correcciones en las fórmulas, las cuales deben posteriormente ponerse a prueba por métodos de doble ciego para determinar que el método sea coherente y no de resultados aleatorios.

La edad promedio es importante, todo método tiene un límite superior donde al reloj se le acaba la forma de medir el tiempo ya que el isotopo parental decae a niveles indetectables, y también límites inferiores debido a que el isótopo filial aún no se ha producido en niveles detectables.  El empleo de varios métodos en sistemas estadísticos de doble ciego, con patrones estandarizados permite tener una confianza relativa en que las edades arrojadas son correctas dentro de los intervalos de confianza arrojados.

Otro factor que arroja confianza en los valores radiométricos ha sido con su concordancia con el orden de la escapa geológica una vez que esta ha sido organizada por medio de los métodos cualitativos, estas dos líneas de evidencia obedecen a fundamentos diferentes, pero que al converger incrementan el nivel de confianza que tenemos sobre el modo en que entendemos la historia del planeta. Ahora, ya teniendo la información de cómo se organiza y como se fecha la escala geológica, comenzaremos su estudio.

9.3 Transmutación de los elementos

9.3.1 ¿Qué es un elemento químico?

El concepto de elemento químico es un verdadero incordio, no solo por sus diferentes definiciones a lo largo del tiempo, sino porque en la actualidad aun conviven dos definiciones paralelas.

Cuando se indaga sobre el elemento resulta imposible desligarse de la historia del átomo, pero esta discusión puede abstraerse hacia una dicotomía más general, el materialismo contra el idealismo. Los primeros filósofos de Mileto plantearon explicaciones para la naturaleza del mundo basados en materiales como el agua y el aire, mientras que sus contendientes en Elea desdeñaban de los sentidos y planteaban una naturaleza del mundo inmutable (Paneth, 2003).

La dicotomía del pensamiento abstracto y el pensamiento material se manifestará a través del tiempo siempre que se piensa en la naturaleza de todas las cosas, un ejemplo de esto son Platón y Aristóteles, pues mientras el primero realizó un desarrollo abstracto de la naturaleza de todas las cosas llegando a dibujar átomos (D. R. Lloyd, 2007) Aristóteles desechó la idea de estos con el argumento de que no podían verse (Paneth, 2003). Durante la alquimia los elementos Aristotélicos adquirieron un tinte muy abstracto y algunos alquimistas promulgaban por otros elementos basados en materiales como el azufre o el mercurio (Strathern, 2000).

El inicio de la química moderna no resolvió esta discusión, simplemente revivió el conflicto de los átomos abstractos “Boyle” en contra de los materiales que no podían separarse “Lavoisier” (Paneth, 2003). Más aun, este conflicto siguió manteniéndose hasta los tiempos de Mendeléiev y Dalton, ambos proponentes de un modelo basado en materiales. Especialmente para Mendeléiev pensar en abstracciones de átomos como partículas con estructura interna era volver a los tiempos de la alquimia.

Sin embargo, el siglo XX vio como el modelo atomista daba respuesta a una gran cantidad de fenómenos que el modelo basado en materiales no podía, sin embargo al mismo tiempo dejó de lado los problemas que el modelo atómico físico no podía responder y el modelo basado en materiales si puede. La reconstrucción histórica anterior nos brinda dos factores particulares en la presente discusión, la primera como se mencionó antes, la ciencia no es un proceso acumulativo pues la misma discusión entre lo material y lo abstracto se ha venido dando desde la antigüedad. Lo segundo y que tiene que ver con la didáctica de las ciencias es que el concepto de elemento y de átomo son casi dos gemelos siameses y opuestos, uno material “elemento” y otro abstracto “átomo/partícula”. Sin embargo, existe evidencia de que al no diferenciar entre ambos conceptos surge un modelo hibrido, donde el estudiante capta de manera indiferenciada a un elemento como sinónimo e átomo (Briggs & Holding, 1986; Stains & Talanquer, 2007). Este problema conlleva a la resistencia de pensar en materiales como el hidrogeno gaseoso que es al mismo tiempo un elemento, pero que se encuentra en estado molecular  (Maestre, Camaño, Mayós, & Ventura, 1983).

De la anterior discusión se decantan dos definiciones de elemento, los cuales tienen sus raíces en la misma filosofía y conflicto entre eleáticos y milecios, el conflicto entre la aproximación desde los sentidos y una aproximación desde lo abstracto. Las dos definiciones son las siguientes –encontradas en el mismo libro de química (Ebbing & Gammon, 2008):

“Un elemento es una sustancia cuyos átomos poseen todos el mismo número atómico” (Ebbing & Gammon, 2008: A-45). 

“Un elemento es una sustancia que no puede ser descompuesta por ninguna reacción química en sustancias más simples mediante métodos químicos” (Ebbing & Gammon, 2008: A-45).

Ambas definiciones poseen una relación y es la relación entre electrones y protones –número atómico. Los isótopos de un mismo elemento son inter-convertibles mediante reacciones nucleares, pero estos isótopos son indistinguibles debido a que poseen el mismo número atómico, esta carga en el núcleo condiciona los electrones de su capa externa, la cual es la clave para las relaciones externas del conjunto de núcleos que conforma al elemento. En otras palabras, debido a que la cantidad de electrones determina las propiedades químicas, y estas dependen del número atómico, la definición basada en reacciones puede incluirse en la definición basada en los números atómicos.

En cualquier caso hay que recordar que la definición basada en el número atómico es útil solo en el contexto de las reacciones nucleares, ya que los isótopos se comportan químicamente de forma similar. Independiente de la definición empleada una cosa si debe quedar clara, los elementos NO SON átomos.

9.3.2 Series de desintegración de los elementos

Una serie de decaimiento involucra parcialmente el viejo sueño del alquimista, la transmutación de un elemento en otro. Al definir elemento con base al número atómico –la cantidad de protones en el núcleo – una transmutación se define como el cambio de protones en el núcleo atómico. En los procesos de decaimiento natural algunas veces se genera una serie o cadena de reacciones en las que se producen varios isótopos inestables de elementos transitorios hasta llegar a un núcleo estable. La cadena de reacciones sucesivas es denominada: Serie de Desintegración Radioactiva. Cuatro de estas series ocurren naturalmente y el uranio 238 es la cabeza de una de estas:

Serie de desintegración del Uranio-Plomo, las vidas medias están definidas en años (Y), meses (m), días (d), horas (h) y segundos (s). Las tasas de decaimiento y desintegración dependen de la vida media de cada uno de los isótopos involucrados:


Vidas medias de algunos isotopos de importancia definidas en años (yr), días (day) y segundos (s). 

Referencias: (J. A. Bell, 2005; Brady & Humiston, 1986; Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; Jespersen et al., 2012b; Matamála, M., & Gonzalez, 1976; Petrucci et al., 2010; Timberlake, 2015; Wade, 2012)

9.3.3 Banda de estabilidad de los elementos

La banda de estabilidad es una gráfica que relaciona el número de neutrones en el eje (Y) y el número de protones en el eje (X). Al interior se generan una serie de intersecciones posibles, sintéticas y teóricas de diferentes núcleos. Cuando se colocan en esta gráfica todos los núcleos conocidos ya sean naturales estables, naturales inestables o sintéticos emerge un patrón, una curva o banda donde tienden a encontrarse la mayoría de los núcleos que pueden existir por un periodo de tiempo medible.

No se incluyen elementos con números atómicos superiores al 83 ya que ninguno posee un isótopo estable. Por otra parte, cualquier isótopo teórico que no se encuentre cerca de la banda de estabilidad será tan inestable que su existencia real solo duraría unos instantes tan pequeños, que sería imposible o muy difícil detectarlos.

Existe una serie de tendencias en la relación neutrón-protón que en la actualidad están conllevando a pensar que estas partículas poseen una estructura al interior del núcleo en capas semejante a los electrones. Por ejemplo, cuando los dos números de protones y neutrones son pares, el núcleo es más estable que cuando los dos son impares. Adicionalmente existe una serie de valores de igualdad neutrón-protón que son extremadamente estables como en el caso de los elementos 2, 8, 20, 28, 50 y 82.

Referencias: (J. A. Bell, 2005; Brady & Humiston, 1986; Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; Jespersen et al., 2012b; Matamála, M., & Gonzalez, 1976; Petrucci et al., 2010; Timberlake, 2015; Wade, 2012)

9.3.4 La transmutación, el antiguo sueño alquimista

La transmutación se define como el cambio en la cantidad de protones de un núcleo, lo cual conlleva a una reorganización de sus electrones y en consecuencia a una alteración de sus propiedades químicas. Sin embargo, el decaimiento radioactivo es solo una de las causas que pueden conllevar a la transmutación. La transmutación puede ser forzada mediante el bombardeo de un núcleo con partículas de alta energía como núcleos ligeros, protones y neutrones. Algunos de estos proyectiles pueden ser acelerados por campos electromagnéticos.

Tanto la masa como la energía del proyectil ingresan al núcleo objetivo en el momento del impacto. El nuevo núcleo es denominado núcleo compuesto, y es una estructura de transición muy inestable, que rápidamente redistribuye la energía entre las partículas subatómicas, para finalmente eyectar algo (protones, neutrones, electrones o núcleos hijos) emitiendo radiación gamma en el proceso. El nuevo o los nuevos núcleos son diferentes de los originales, es decir, terminando el proceso de transmutación.

La primera de estas reacciones, observada por Rutherford y sus compañeros se encuentra descrita a continuación:

En la actualidad existen diferentes formas de atacar un núcleo, lo cual da como resultado diferentes isótopos, algunos estables y otros inestables, abriendo el camino a la Ingeniería Nuclear, que es lo más cercano en la realidad al trabajo de la alquimia. De hecho en la actualidad se han propuesto varios protocolos para la transmutación del oro a partir del mercurio 196, el platino, el mercurio y el bismuto(Aleklett, Morrissey, Loveland, McGaughey, & Seaborg, 1981; Miethe, 1924). Sin embargo estas técnicas generan oro radioactivo y/o son más costosas que simplemente buscarlo bajo tierra.

De los cientos de isótopos que han sido creados por la Ingeniería Nuclear, cerca de 900 no se encuentran en la naturaleza. Adicionalmente, todos los elementos más alá del uranio poseen vidas medias muy bajas, por lo que aun cuando hubieran existido en el Planeta ya deben haberse desintegrado. Para crear estos elementos se emplea el bombardeo de un núcleo pesado con otro núcleo intermedio, el resultado son núcleos muy pesados con vidas medias muy cortas.


9.4 Aplicaciones médicas de la radioactividad

Evidentemente ya no soñamos con hacer nuestros alimentos radioactivos como lo proponía Walt Disney en el siguiente documental.

Sin embargo el principio de detección en el interior del cuerpo humano o de modelos biológicos aún se mantiene. Esto se debe a que los isótopos radiactivos poseen las mismas propiedades químicas que sus versiones más estables, pero al mismo tiempo su emisión radioactiva permite detectarlos con facilidad, estos son denominados trazadores.

La radiación en este caso debe estar por debajo de los límites de tolerancia y en consecuencia requiere de instrumentos de análisis muy sensibles. Adicionalmente, los isotopos con uso médico llamados trazadores poseen vidas medias muy cortas, por lo que su actividad decae rápidamente unos días después del examen. Un ejemplo es el Yodo 131 empleado para realizar exámenes en la glándula de la tiroides. Los elementos trazadores fueron de vital importancia para la determinación de los modelos de replicación del ADN y la síntesis de proteínas, y en la actualidad su uso médico y de investigación es invaluable. Otra aplicación de la radioterapia, en este sentido hay que lograr un equilibrio en la radiación, muy poca induce más mutaciones, demasiada genera quemaduras. La tecnología de radiación y la radioterapia son una herramienta útil en el tratamiento contra el cáncer.

Referencias: (J. A. Bell, 2005; Brady & Humiston, 1986; Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; Jespersen et al., 2012b; Matamála, M., & Gonzalez, 1976; Petrucci et al., 2010; Timberlake, 2015; Wade, 2012)

9.5 Determinación de venenos radioactivos

La presencia del gas radón se ha convertido en un problema ambiental. Algunos isótopos de elementos radioactivos pueden hacer parte normal de algunos tipos de suelo, un ejemplo de ello es el radio 226. El radio 226 emite una partícula alfa transmutándose en el gas radón en el proceso, el cual se difunde hacia la superficie por grietas en el suelo y las rocas.

El radón en el aire posee muy poco peligro ya que se dispersa en el aire en muy bajas concentraciones como para causar algún problema. Sin embargo, si la fuente de radón se encuentra por debajo de una estructura cerrada como una casa o edificación donde las personas habitan por largos periodos de tiempo pueden presentarse complicaciones.

Aquellos que respiran Radón lo acumulan en sus pulmones, y allí el radón realiza una siguiente reacción de emisión alfa.

Como se mencionó anteriormente, los emisores alfa son muy peligrosos cuando se encuentran al interior de los organismos vivos, siendo causas directas de algunos tipos de cáncer como el cáncer de pulmón (Duval & Otton, 1990; Keller & Schütz, 1988; Simpson & Comstock, 1983).

Referencias: (J. A. Bell, 2005; Brady & Humiston, 1986; Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; Jespersen et al., 2012b; Matamála, M., & Gonzalez, 1976; Petrucci et al., 2010; Timberlake, 2015; Wade, 2012)

9.6 Energía nuclear

La figura principal muestra la relación entre las energías de enlace por cada componente del núcleo (Y) contra el número atómico (X). La relación nos genera un índice de estabilidad elemental, mientras más alto sea el pico el elemento será más estable “banda verde”. Los núcleos con un bajo número atómico poseen energías de enlace por partícula atómica muy pequeñas. Lo anterior hace que al unir dos de estos núcleos, se cree un núcleo más estable, proceso denominado fusión de núcleos o más comúnmente Fusión Nuclear. La energía debe emitirse de forma tal que el núcleo hijo posea menor energía que los dos núcleos padres.

Los elementos con un alto peso molecular tienen núcleos con una estabilidad que decrece a medida que el número atómico va aumentando. Entre los elementos más pesados es posible encontrar isótopos capaces de romperse espontáneamente para formar núcleos hijos más pequeños y estables. El proceso de rompimiento de un núcleo pesado en otros más ligeros se denomina Fisión Nuclear.

Para que se hagan espontáneos, ambos procesos deben liberar grandes cantidades de energía una vez que se llegue a los puntos de activación. La fisión nuclear emite menos energía, pero a cambio hay que emplear menos para llegar al punto crítico de activación, y adicionalmente es mucho más fácil de controlar. Por el contrario la fusión requiere más energía para llegar al punto de activación, pero a cambio genera una cantidad de energía mucho mayor, con el costo de no haber sido controlada aun para usos civiles.

Referencias: (J. A. Bell, 2005; Brady & Humiston, 1986; Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; Jespersen et al., 2012b; Matamála, M., & Gonzalez, 1976; Petrucci et al., 2010; Timberlake, 2015; Wade, 2012)

9.6.1 La fisión nuclear

Debido a su neutralidad eléctrica, los neutrones son capaces de penetrar  la nube de electrones que rodea al átomo fácilmente sin ser desviado por las fuerzas de Coulomb. El primero en descubrir esto fue Enrico Fermi. Hasta entonces los físicos habían empleado partículas alfa para bombardear los núcleos, sin embargo la nueva tecnología de rayos de neutrones ofrecía nuevas posibilidades.

Como fue mencionado anteriormente, fue en el contexto de la Alemania Nazi donde se demostró el potencial de los rayos de neutrones al golpear un núcleo de uranio 235. La reacción general puede escribirse del siguiente modo:

En la reacción nuclear anterior (X) y (Y) son núcleos hijos producto del rompimiento del uranio 338, en estos la suma de la cantidad de protones debe ser igual a 92. Los elementos no son siempre los mismos, y de hecho se han identificado hasta 30 productos de la fisión. Los coeficientes estequiométricos son de (a=1) y (b = 2,47), lo cual implica que se producen más neutrones que los que ingresan.  El valor no es un entero debido a la variación de los núcleos (X) y (Y), es decir, dependiendo de la pareja la cantidad de neutrones hijos será diferente. Un ejemplo de una fisión típica es la siguiente:

Lo que realmente lleva a cabo el proceso de fisión es el núcleo de uranio 236. El punto importante de la reacción de fisión es que la cantidad de neutrones que ingresa es menor a la cantidad de neutrones producidos, lo cual permite el establecimiento de una reacción en cadena. Los neutrones permiten la formación de Reacciones Secundarias de fisión, las cuales generalmente liberan más energía que la reacción de primera generación. Un isótopo que permite una reacción en cadena se denomina Isótopo Fisible. El isótopo fisible del uranio es el 235, pero su abundancia entre los demás isótopos es del 0,72%.

Los neutrones secundarios liberados por la fisión se convierten en neutrones térmicos a medida que su velocidad cinética es disminuida por los materiales circundantes. La captura por parte de más uranio 235 conlleva a las reacciones secundarias. Si la muestra de uranio 235 es pequeña puede perder sus neutrones con rapidez impidiendo las reacciones de segunda generación en adelante.

Para impedirlo se empleando dos factores, escudos de grafito alrededor de la masa de uranio, y adicionalmente la presencia de una masa crítica (cerca de 50 kilogramos). Si se permite que la reacción en cadena función en estas condiciones se obtiene una bomba nuclear.

Referencias: (J. A. Bell, 2005; Brady & Humiston, 1986; Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; Jespersen et al., 2012b; Matamála, M., & Gonzalez, 1976; Petrucci et al., 2010; Timberlake, 2015; Wade, 2012)

9.6.2 Plantas nucleares de fusión

Virtualmente todas las plantas nucleares en el mundo operan en los mismos principios generales. La energía de fisión es usada como calor de forma directa o indirecta para generar presión de vapor para empujar generadores de energía por turbina.

9.6.2.1 Enriquecimiento

Naturalmente el uranio fisible o uranio-235 se encuentra con una riqueza en el planeta Tierra actual del 0,72%, sin embargo los instrumentos que emplean la fisión como fuente de energía necesitan este isotopo a mayor concentración.  Debido a que la purificación por métodos químicos es inviable, se desarrollaron métodos físicos para la purificación, sin embargo en física nuclear la purificación o concentración de un isótopo recibe otro nombre, enriquecimiento.

9.6.2.2 El reactor

El corazón de las plantas nucleares es el Reactor, donde el núcleo fisible se encuentra. El combustible nuclear es generalmente óxido de uranio, con un enriquecimiento de entre el 2-4% de uranio-235, el óxido de uranio es fundido para formar placas semejantes al vidrio. Estas se encuentran encerradas en tubos largos de metal llamados Revestimiento. Entre el material fisionable circulan barras de grafito y un refrigerante que se lleva el calor para emplearlo en la creación de energía. No existe peligro de que una planta nuclear lleve a cabo una explosión nuclear. Una bomba atómica requiere una pureza de uranio-235 al 85% o más, o para el plutonio-239 debe estar en una pureza del 93%. Por el contrario, la concentración de materiales fisibles en un reactor es de alrededor del 2 al 4%.

9.6.2.3 ¿Cuál es el peligro de una planta nuclear?

Si una planta nuclear no puede explotar en medio de una nube de honguito, entonces ¿cuál es el peligro? Si el refrigerante falla en desviar la energía térmica de la fisión, el núcleo del reactor se sobrecalentará hasta fundirse, y el fluido puede filtrarse de las paredes de contención. Otro posible accidente es que el calor emitido por el núcleo sea tan alto que induzca la reacción de formación de hidrogeno y oxígeno moleculares al interior del agua. Estas dos especies químicas son altamente reactivas y pueden emitir grandes cantidades de energía a través de una explosión violenta.

A parte del agua, el núcleo del reactor emplea agua pesada y grafito para relentizar los neutrones y hacer que la reacción en el núcleo sea más lenta.

9.6.2.4 Basura nuclear

La basura nuclear de una planta de fisión puede dividirse en tres tipos, gases, líquidos y sólidos. Los gases en su mayoría gases nobles como el criptón y el xenón, pero con la excepción del xenón 85 que  posee una vida media de 10,4 años, los demás gases tienen una vida media muy corta, con lo cual deben ser contenidos por cortos periodos de tiempo hasta lograr materiales estables.

Otros isótopos peligrosos que resultan de un reactor nuclear con el yodo-131, el estroncio-90 y el cesio-137. El yodo-131 opera químicamente igual que su versión estable, con lo cual puede ser acumulado en la glándula tiroides, al ser un emisor beta, los electrones emitidos destruyen el ADN de la glándula favoreciendo la formación de cáncer de tiroides o destruyendo la función glandular.

El cesio-137 y el estroncio-90 también presentan peligros para el ser humano. El cesio tiene un comportamiento similar al del sodio en términos químicos, por lo que el cuerpo humano lo puede absorber con facilidad. Similarmente, el estroncio tiene un comportamiento químico similar al de calcio, por lo que el ion radioactivo se acumulará en los huesos.

Algunos isótopos tienen vidas medias tan largas que deben permanecer aislados de forma estricta por cientos de años, mucho más de lo que cualquier nación moderna a permanecido con sus instituciones políticas y científicas estables. Muchos países de Europa dependen de este tipo de energía como Francia y España, pero las únicas plantas de aislamiento permanente se encuentran en la estepa rusa.

Referencias: (J. A. Bell, 2005; Brady & Humiston, 1986; Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; Jespersen et al., 2012b; Matamála, M., & Gonzalez, 1976; Petrucci et al., 2010; Timberlake, 2015; Wade, 2012)

9.6.3 Fusión nuclear

Como mencionamos anteriormente, la fusión nuclear es el procedimiento en el que dos núcleos ligeros se unen para formar uno más pesado con una consecuente emisión de energía y de partículas que permita la formación de una reacción en cadena. La energía emitida por este proceso es tan colosal que ningún reactor civil ha sido capaz de ralentizarla y hacerla útil para la producción energética. El combustible nuclear en este caso es hidrógeno, pero no cualquier hidrógeno, al igual que con el uranio debe emplearse un isótopo del hidrógeno poco común llamado deuterio (hidrógeno 2), el cual tiene una riqueza del 0,015%. A pesar de este bajo porcentaje, debido a que el planeta tiene mucha más riqueza de hidrógeno que de uranio, la posibilidad de enriquecimiento es mucho más económica, lo cual posibilitó la proliferación del arsenal nuclear durante la segunda mitad del siglo XX. La fusión nuclear involucra no solo el deuterio sino también el tritio (hidrógeno-3)

La fusión nuclear debe realizarse bajo una serie de condiciones especiales. En primera instancia, el tritio no es un isótopo natural del hidrógeno, por lo que debe ser sintetizado de forma artificial. Por otra parte el gatillo del sistema no son neutrones sino el mismo hidrógeno.

Los átomos de hidrógeno deben ser despojados de sus electrones, ya que la nube electrónica genera fuerzas de repulsión que impiden la fusión. Para lograrlo, el gas de hidrógeno debe ser calentado hasta producir plasma –iones de hidrógeno –mediante el supercalentamiento del núcleo. Debido a que este supercalentamiento es crítico para el proceso, los dispositivos de fusión también son denominados termonucleares.

La temperatura necesaria es varias veces la del núcleo solar, por lo que solo un gatillo nuclear, generalmente una pequeña bomba de uranio, es empleado para activar el núcleo de hidrógeno, y luego este da inicio la fusión. En este sentido las bombas de hidrógeno son dispositivos de fisión-fusión nuclear.

Referencias: (J. A. Bell, 2005; Brady & Humiston, 1986; Chang & Overby, 2011; Chang, 2006; Ebbing & Gammon, 2008; Jespersen et al., 2012b; Matamála, M., & Gonzalez, 1976; Petrucci et al., 2010; Timberlake, 2015; Wade, 2012)

9.6.4 Plantas de fusión nuclear

La fusión nuclear es el santo grial de la ciencia moderna, y sus promesas tecnológicas proveerían un cambio geopolítico tan, o más grande que el que generaron las bombas nucleares y la doctrina de aniquilación mutua (Oltra, Delicado, Prades, Pereira, & Schmidt, 2014). A diferencia de la fisión, el desecho de la fusión es el helio-4 un gas inerte, el más noble de los gases nobles que no reacciona con nada y por ende no es tóxico, además la fusión genera mucha más energía que la fisión. 

Sin embargo el problema fundamental reside en el gatillo de calor necesario para que el hidrógeno se fusione, debido a que se debe aumentar la temperatura del deuterio y el tritio hasta que ambos se transforman en plasma, las temperaturas de confinamiento serian absurdas. El núcleo de cualquier reactor físico de fusión colapsaría ya que las temperaturas internas deben ser más altas que las del Sol, a esto se lo conoce como el problema del contenimiento, problema que ha permanecido irresoluto hasta el día de hoy. Con las décadas se han propuestos múltiples soluciones hipotéticas como la fusión fría (Close, 2014), que ha demostrado ser inviable debido a la repulsión electrónica; pero la solución más viable hasta el momento es emplear un núcleo magnético (Yanagi et al., 2015).

Debido a que el plasma es una masa de iones positivos hipercalientes, lo que se requiere es un contener hecho de un monopolo negativo que mantenga al plasma encerrado por medio de la repulsión eléctrica de las cargas. Esta línea de tecnología aún permanece en vías de desarrollo (Yanagi et al., 2015). 

El impacto de la fusión nuclear sería geopolítico, ya que le otorgaría a las potencias industrializadas de occidente una independencia energética absoluta con respecto a las naciones árabes, y en consecuencia y cambio en las relaciones diplomáticas, oriente medio y algunos piases de Sudamérica dejarían de ser estratégicamente relevantes en términos de producción energética (Uddin et al., 2016), por lo que tendrían que buscar nuevas formas de relacionarse con las metrópolis o ser excluidos de una economía con reglas nuevas, donde el valor del petróleo pasaría de ser un estándar a ser un lastre insignificante. Adicionalmente, la fusión crearía suficiente energía eléctrica como para hacer viable la producción de hidrógeno gaseoso por medio de la electrolisis, lo cual impulsaría una nueva generación de automóviles que emitirían agua en lugar de dióxido de carbono.

9.7 El nacimiento de los elementos

Las primeras ideas sobre el nacimiento de los elementos era simplemente que todo se había formado al principio del universo, pero no había ningún modelo que pudiera apoyar dicha hipótesis. Gracias a los métodos de espectrometría que veremos en el siguiente capítulo, los científicos se dieron cuenta que los elementos no se distribuían informante en términos de sus cantidades relativas. Los isótopos del hidrógeno y el helio constituían el 98% del universo, mientras que los demás elementos solo daban cuenta del restante 2%. Posteriormente también se observó que los siguientes elementos ligeros no eran necesariamente más abundantes, pues después del hidrógeno y el helio, lo más abundante era el carbono y el oxígeno (Keshteli, 2016).

Una vez que los modelos de las primeras reacciones nucleares fueron establecidos en firme por Rutheford y colaboradores en la década de 1910-1920 surgió un posible modelo. Las estrellas debían emitir energía mediante reacciones nucleares, pero no fue sino hasta 1925 con el trabajo de Cecilia Payne que el conjunto estuvo completo (Payne, 1925). Si las estrellas estaban compuestas principalmente por hidrógeno, tal como concluía Payne, entonces en su interior la presión debía ser lo bastante fuerte como para fusionar los átomos de hidrógeno creando otros elementos más pesados. Arthur Stanley Eddington lo había sugerido en 1920 sin los datos de Payne. Si se puede obtener helio a partir del hidrógeno, existía la posibilidad de crear elementos más pesados fusionando isotopos en el núcleo de las estrellas (Bang, n.d.).

Esta idea no fue generalmente aceptada, debido a que para la época el estudio del núcleo de las estrellas aún estaba iniciando, e incluso la conclusión de que las estrellas eran mayoritariamente hidrógeno propuesta por Payne no fue aceptada inmediatamente. En los años inmediatamente anteriores a la Segunda Guerra Mundial Hans Bethe elucidó los mecanismos nucleares por medio de los cuales el hidrógeno se fusiona para producir helio (Woosley & Heger, 2007).

Fred Hoyle seria quien le diera su forma característica a la teoría de la síntesis de los elementos en el núcleo de las estrellas (Hoyle & Fowler, 1960). Su trabajo explicó la producción de todos los elementos pesados, iniciando con el hidrógeno. Sin embargo para poder entender la absurda abundancia del hidrógeno, Hoyle propuso que ese elemento era creado continuamente en el universo desde el vacío al interactuar con la energía sin la necesidad de un inicio para el universo. Evidentemente esto se trataba de una alternativa a la teoría del Bigbang propuesta en 1931 por Georges Lemaitre.

Con el tiempo ambas teorías se irían reconciliando paulatinamente, en la actualidad la abundancia de los elementos en el universo se acepta en el contexto del BigBang para explicar la abundancia de los elementos muy ligeros y más frecuentes, mientras que la nucleosíntesis y la síntesis en supernovas se emplea para explicar el nacimiento de los elementos pesados (Langanke & Barnes, 2002).

9.7.1 El Bigbang

La nuclesíntesis del Bigbang ocurrió en los primeros tres minutos después de la primera era de Planck, y es responsable por la formación de todo el protio, el deuterio, el tritio y el helio-4. A pesar de que el helio-4 continua siendo sintetizado en las estrellas y trazas de protio se genera en algunos decaimientos radioactivos, sus cantidades son insignificantes en comparación con las producidas al inicio de este universo. Adicionalmente también se produjeron algunas trazas de litio-7 y de berilio-7. Debido al corto tiempo de mantenimiento de la presión universal, a los 20 minutos el universo se enfrió lo bastante para impedir la síntesis de elementos más pesados que el berilio (Keshteli, 2016).

9.7.2 Forjas estelares

Las estrellas forjan elementos pesados, y el proceso se denomina nucleosíntesis estelar. Los núcleos de las estrellas sintetizan principalmente helio-4, pero a medida que la estrella envejece otras reacciones de fusión comienzan a aumentar, generando varios isótopos más pesados que el helio-4, pero siempre inferiores al hierro. Dependiendo de la masa de la estrella, esta puede sintetizar elementos pesados, solo las estrellas azules colosales pueden sintetizar hierro, momento en el cual se activa una sucesión de eventos que concluye con la explosión, ya sea en una supernova o en una hipernova. Las supernovas e hipoernovas generan el calor necesario para fusionar los elementos más allá del hierro, generando los elementos pesados  como el oro, el plomo, el radón, el uranio entre otros (Langanke & Barnes, 2002; Woosley & Heger, 2007).


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