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Días atrás Julio De Vido, ministro de Planificación Federal, anunció que nuestro país comenzará a producir en pequeña escala uranio enriquecido en la planta que la CNEA tiene en Pilcaniyeu, Río Negro. Este hecho le permitirá a Argentina estar entre los once países reconocidos por el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) que producen el insumo primordial de las centrales nucleoeléctricas y los reactores de investigación.

Hay varios métodos para enriquecer uranio, pero los más usados por la industria nuclear son el centrifugado y la difusión gaseosa. A ellos se le podría sumar en los próximos años el enriquecimiento por láser, un proceso largamente buscado por laboratorios de todo el mundo y que recién en los últimos años tuvo avances que permitirían su uso a escala comercial.

La planta de Pilcaniyeu comenzó a construirse a fines de la década del 70 y logró enriquecer uranio a escala experimental durante la década del 80, a partir de la utilización del método de difusión gaseosa. Los científicos de la CNEA decidieron desarrollar este sistema porque en ese entonces era el más adecuado respecto de la realidad industrial de Argentina. El otro método –considerado en su momento por los responsables del proyecto–, la centrifugación, requería de un desarrollo tecnológico autónomo inalcanzable para el país en esos años. El enriquecimiento de uranio por difusión gaseosa se convirtió así en uno de los hitos más importantes de la ciencia nacional.

LAS ENTRAÑAS DE LITTLE BOY

El núcleo atómico está compuesto por protones y neutrones. Todos los núcleos de un mismo elemento poseen igual cantidad de protones pero pueden variar en la de neutrones. A estas variedades con diferente peso se las denomina isótopos. El uranio, con 92 protones en su núcleo, es el elemento natural más pesado de la tabla periódica. Cuando se lo extrae de la tierra su composición no es homogénea, ya que está formado por dos isótopos, el U235 y U238.

La variedad que es fisionable y apta para mantener las reacciones en cadena que tienen lugar en los reactores nucleares –y también en las armas atómicas– es el U235, pero también es la más rara en la naturaleza: el uranio natural posee sólo el 0,7 por ciento de ese isótopo. Los procesos de enriquecimiento buscan elevar el porcentaje de U235 presente en el compuesto, pero como ambos isótopos tienen características muy similares, las técnicas son complejas y económicamente costosas.

Casi todos los desarrollos en tecnología nuclear tuvieron origen en la industria militar. Los diversos métodos de enriquecimiento de uranio no son la excepción. Su origen se remonta al proyecto Manhattan, quizás el emprendimiento científico e industrial más grande de la historia, que culminó con la fabricación de las primeras armas atómicas. Para alcanzar su objetivo antes de la finalización de la Segunda Guerra Mundial, los norteamericanos no escatimaron en gastos: se calcula que destinaron U$S 2000 millones de ese entonces, inflación mediante, entre U$S 25.000 y U$S 30.000 millones en valores actuales.

Little Boy, la bomba que cayó sobre Hiroshima el 6 de agosto 1945, tenía en su interior alrededor de 40 kg de uranio enriquecido en grados cercanos al 90 por ciento. Para obtener esa cantidad de material fisible los responsables del proyecto decidieron investigar e implementar en plantas piloto todos los posibles métodos de enriquecimiento conocidos hasta ese momento y evaluarlos en cuanto a eficiencia y complejidad, para luego elegir algunos y llevarlos a escala de producción industrial.

La elección recayó en la utilización conjunta de tres procesos: la difusión gaseosa, la difusión térmica y la separación magnética con espectrómetros de masas o calutrones.

ORALLOY

Antes de la fabricación de Little Boy, la difusión gaseosa era un proceso de laboratorio que había sido desarrollado durante la década del 30, con intereses estrictamente científicos, por el físico alemán Gustav Hertz. Y no para enriquecer uranio, sino para separar isótopos estables del neón, usados por Hertz y su equipo para la investigación experimental del efecto que producen las descargas eléctricas en los gases.

Recién entre los años 1939 y 1940, investigadores británicos y norteamericanos plantearon la posibilidad de utilizar el método ideado por Hertz para enriquecer uranio con fines militares.

La separación isotópica por difusión gaseosa está basada en los principios de la teoría cinética de los gases enunciados por Boltzmann y Maxwell entre mediados y fines del siglo XIX. De estos principios se desprende que, en un volumen de gas dado, las moléculas que lo componen se desplazan a una velocidad que está en relación con el peso de las mismas: las moléculas más livianas se mueven más rápido que las pesadas.

En base a esta teoría, John Strutt, conocido como Lord Rayleigh y premio Nobel de Física en 1904, demostró que una mezcla de gases se separa de manera parcial cuando pasa a través de una membrana permeable. Esto sucede porque cuando los gases se encierran en un recipiente las moléculas más livianas, al moverse más rápido, chocan sobre las paredes más veces que las pesadas. Así, si una de las paredes del recipiente es reemplazada por una membrana porosa, las moléculas más livianas tienen mayores posibilidades de traspasar sus poros.

Este método, aplicado al uranio en estado gaseoso, logra que el isótopo U235, de menor peso que el U238, traspase con mayor facilidad la membrana y aumente gradualmente su proporción en la mezcla resultante.

Sin embargo, en la práctica las cosas no son tan sencillas como en los papeles.

En principio, a partir del mineral de uranio, sólido en estado natural, hay que producir un gas que lo contenga, en este caso hexafluoruro de uranio (UF6). Luego hay que confinar el UF6, un gas muy reactivo y corrosivo, en recipientes adecuados, para lo cual es necesario fabricar compresores con características especiales. Junto con ello, hay que elaborar membranas con la porosidad apropiada.

Una vez que se reúnen estos elementos, hay que tener en cuenta otro de los aspectos del proceso: en cada uno de los pasos en que la mezcla gaseosa de isótopos traspasa la membrana, el porcentaje de enriquecimiento del UF6 es muy bajo, de aproximadamente el 0,18 por ciento del valor inicial. Como el uranio natural sólo presenta un 0,7 por ciento del isótopo U235, en función del grado de enriquecimiento que se quiera alcanzar hay que repetir el proceso cientos o miles de veces. Para ello es necesario replicar recipientes, compresores y membranas, y conectarlos mediante cañerías y otros dispositivos a fin de conformar lo que se conoce como un sistema de cascada –aquel donde el UF6 enriquecido pasa de una unidad a otra–. Por este motivo, la implementación industrial del proceso de difusión gaseosa llevó a la construcción de gigantescos establecimientos de cientos de hectáreas de superficie que consumen enormes cantidades de energía.

La primera planta capaz de enriquecer uranio a gran escala con este método, denominada con el nombre en clave K-25, fue instalada en el marco del proyecto Manhattan en Oak Ridge, Tennessee, EE.UU. Por ello, al uranio enriquecido se lo llamó Oralloy, acrónimo de Oak Ridge alloy (aleación de Oak Ridge).

Las cifras que rodearon al proyecto Manhattan fueron tan enormes como el poder de muerte y destrucción que obtuvieron con sus bombas. El complejo Oak Ridge fue una pequeña ciudad que se levantó en tiempo record sobre un predio de 59.000 hectáreas. Además de la planta K-25 albergó otras dos instalaciones secretas codificadas como Y-12, en donde se aplicó el enriquecimiento por separación electromagnética, y X-10, una planta de demostración para el proceso de producción de plutonio, necesario para fabricar Fat Man, la bomba que cayó sobre Nagasaki.

Las instalaciones de la planta de difusión gaseosa fueron el edificio más grande del mundo en los años de la guerra, en su construcción y funcionamiento se gastó una cuarta parte del presupuesto total del proyecto Manhattan y participaron en ella unos 12.000 trabajadores. En tiempos preinformáticos, sólo para recolectar y gestionar la información proveniente de las distintas etapas de la cascada, fue necesario todo un escuadrón de operarios que recorrían en bicicleta los centenares de metros del complejo.

DIFUSION MUNDIAL DE LA DIFUSION GASEOSA

Una vez finalizada la guerra, otras potencias atómicas, como Gran Bretaña, Francia, Rusia o China, construyeron sus propias plantas de enriquecimiento, en principio con fines militares. A su vez, el importante crecimiento que tuvo la industria nucleoeléctrica desde la década del 60, con la instalación de numerosas centrales que utilizan uranio enriquecido para producir electricidad, motivó la construcción de plantas civiles de enriquecimiento para alimentar sus reactores.

El proyecto Pilcaniyeu se inscribe dentro de esta oleada de uso pacífico de la energía nuclear. Si bien en su momento se afirmó que el gobierno de la dictadura cívico-militar que asoló el país entre los años 1976 y 1983 promovió el desarrollo nacional de la difusión gaseosa como un eslabón necesario para fabricar una bomba atómica, con el paso del tiempo esta sospecha quedó descartada, al menos en lo que respecta a las intenciones que tuvieron los científicos de la CNEA responsables de su puesta en funcionamiento.

En paralelo, a nivel mundial también se desarrolló de manera exitosa el proceso de enriquecimiento por centrifugado. Este método necesita complejos industriales de dimensiones más reducidas, presenta mayor rendimiento y menor gasto de energía que la difusión gaseosa. Por estos motivos, desde hace varios años las antiguas usinas de difusión están siendo reemplazadas por modernas plantas de centrifugación.

A pesar de ser un método con menor eficiencia, para nuestro país es muy importante poner nuevamente en marcha el enriquecimiento por difusión gaseosa, porque permite cerrar por completo el ciclo de combustible que alimenta las centrales nucleares nacionales –Atucha I usa uranio levemente enriquecido– y los reactores de investigación. Esto permite lograr el autoabastecimiento de un insumo clave y así evitar quedar sometidos a posibles decisiones arbitrarias de parte de aquellas potencias que a nivel mundial gestionan el mercado de suministro de este material. Además, fortalece el desarrollo tecnológico de la región.

De todas formas, las iniciativas argentinas en enriquecimiento de uranio no terminan aquí. Dos grupos de científicos, uno del Centro Atómico Bariloche y otro del Centro de Investigaciones Técnicas para la Defensa (Citedef), llevan adelante estudios para dominar las técnicas de enriquecimiento por láser, sueño anhelado por la industria nuclear.

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