¿Qué es la transmutación nuclear?
Mucho se ha avanzado desde aquellos alquimistas casi considerados brujos o locos en el pasado hasta nuestros días. Hoy día se sabe que no fueron tan locos, y que es posible. De hecho, la transmutación nuclear es el proceso por el cual un elemento químico se transforma en otro modificando el núcleo atómico. Esto se consigue alterando el número de protones o neutrones mediante reacciones nucleares que incluyen:
- Captura de neutrones: el núcleo captura neutrones y se convierte en un isótopo diferente que puede decaer radiativamente hacia otro elemento.
- Reacciones inducidas por partículas: bombardeo con protones, deuterones, neutrones o iones pesados en aceleradores o reactores.
- Fisión y fusión: procesos de colisión o combinación que producen fragmentos nucleares distintos.
Históricamente se han logrado transformaciones en laboratorio: por ejemplo, el bombardeo de mercurio o bismuto ha producido trazas de oro. Sin embargo, estos procesos han sido costosos y han producido material radiactivo, lo que limita su utilidad práctica fuera de demostraciones científicas.
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Fundamentos físicos de convertir elementos en oro
Para convertir un elemento en oro hay que alcanzar un núcleo con 79 protones. Dos vías generales son:
- Quitar protones o neutrones mediante reacciones de desintegración o colisiones que reduzcan el número nuclear hasta 79.
- Transformar isótopos por captura neutronica seguida de decaimientos beta o captura electrónica que conduzcan al isótopo estable de oro.
En la práctica, las transformaciones útiles controlan isótopos específicos y requieren cantidades enormes de energía, instalaciones para control radiológico y procesos de separación isotópica para obtener material químicamente puro.
La propuesta de Marathon Fusion: transformar mercurio en oro
La compañía Marathon Fusion ha propuesto un esquema basado en reactores de fusión donde el mercurio actúa como «breeding blanket» (cobertura multiplicadora de neutrones). El objetivo es la conversión de mercureo-198 (¹⁹⁸Hg) en oro-197 (¹⁹⁷Au) mediante reacciones inducidas por neutrones de alta energía.
Reacción nuclear propuesta
El proceso clave es una reacción tipo (n,2n) sobre ¹⁹⁸Hg:
¹⁹⁸Hg + n → ¹⁹⁷Hg + 2n
En el esquema de Marathon, los neutrones de energía alta (~14 MeV) generados por reacciones de fusión inducen la conversión. El isótopo intermedio ¹⁹⁷Hg es radiactivo y decae por captura electrónica (o conversión interna) con una vida media del orden de decenas de horas (se calcula que unas 64 horas aprox.) hasta transformarse finalmente en ¹⁹⁷Au, que es el único isótopo estable del oro.
Rendimientos y estimaciones
Los análisis y simulaciones publicados por la startup californiana, y también por terceros, estiman que un reactor de fusión equipado con esta cobertura podría producir del orden de 2 a 5 toneladas de oro por GW·año, según parámetros los parámetros empleados en los experimentos. No obstante, esto habrá que verlo…
Desventajas: radiactividad residual y tiempos de espera
Una limitación crítica es la contaminación radiactiva del oro producido y de los materiales colindantes. Aunque ¹⁹⁷Au es estable, las reacciones neutrónicas generan otros isótopos activados en trazas que pueden adherirse al metal o incorporarse como impurezas.
Para que la radioactividad total decaiga a niveles seguros, equivalentes o inferiores a normas comerciales y sanitarias, el oro debe almacenarse un tiempo prolongado. Estimaciones conservadoras indican rangos de 14 a 18 años de almacenamiento (periodo de enfriamiento) para alcanzar niveles radiológicos que permitan su uso en otras aplicaciones, como la que proponemos aquí, para la industria de la electrónica y los chips, que pueden utilizar conexiones de este metal por sus ventajas de conductividad térmica y eléctrica, además de su fortaleza contra corrosión, etc.
Las consecuencias prácticas de esto son:
- El oro no puede usarse inmediatamente: no es apto para electrónica o contacto con personas hasta que la radioactividad residual sea insignificante.
- Se requiere infraestructura de almacenamiento seguro por décadas, con seguimiento radiológico y control de inventario.
- La comercialización afrontaría limitaciones para evitar afectar al valor del oro natural.
Otros retos técnicos, normativos y económicos
Además del almacenamiento y la descontaminación, existen desafíos adicionales:
- Dependencia de fusión netamente rentable: la tecnología solo es viable si la planta de fusión es operativa y económica. Actualmente, como sabrás, los reactores nucleares de fusión son muy pocos y todos ellos experimentales. No existen por el momento reactores nucleares comerciales, y todavía es un campo en estudio.
- Validación experimental: muchas predicciones son de simulación, hacen falta pruebas piloto y demostraciones.
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