«El hierro es el núcleo más estable del universo» es una de esas frases que se repiten en todos los documentales y que es falsa. El máximo de la curva de energía de ligadura está en el níquel-62, con 8,7946 MeV por nucleón; el hierro-58 va segundo y el hierro-56, tercero, a 4,2 keV por nucleón del primero — un 0,048 %. Es una diferencia minúscula, pero no es una errata de nadie: está en las masas medidas y se puede comprobar en el gráfico del artículo 01. Lo interesante no es el dato, sino que las estrellas acaben llenas de hierro a pesar de él. Ahí empieza este artículo, y de ahí sale todo lo que se puede decir con números sobre reactores, residuos y fusión.
Por qué hay un pico, y no una cuesta
Toda la forma de la curva sale de la pelea del artículo 01, ahora con los exponentes puestos. La energía de ligadura tiene dos términos que compiten:
- Lo que aporta la fuerza nuclear crece como A, porque cada nucleón sólo se liga con sus vecinos inmediatos. Con una corrección hacia abajo: los nucleones de la superficie tienen menos vecinos, y la superficie crece como A2/3. Por eso los núcleos ligeros están mal ligados — son casi todo superficie— y la curva sube deprisa al principio.
- Lo que quita la repulsión eléctrica crece como Z²/A1/3, porque cada protón empuja a todos los demás y el tamaño crece sólo como A1/3. Ese término no se satura nunca, así que a partir de cierto tamaño gana, y la curva baja.
Entre las dos tendencias hay forzosamente un máximo, y cae donde cae: en la zona del hierro y el níquel. Esa competencia es la fórmula semiempírica de masas, que el Nivel II deduce y ajusta a los datos; aquí basta con saber que el pico no es una casualidad de tabla, sino la consecuencia inevitable de que una contribución vaya con A y la otra con Z².
El fondo del pozo es el níquel-62, y las estrellas acaban en hierro
Los cinco núclidos más ligados por nucleón, recalculados desde AME2020:
| Núclido | B/A | Distancia al primero |
|---|---|---|
| Níquel-62 | 8,79456 MeV | — |
| Hierro-58 | 8,79225 MeV | 2,3 keV |
| Hierro-56 | 8,79036 MeV | 4,2 keV |
| Níquel-60 | 8,78078 MeV | 13,8 keV |
| Cromo-54 | 8,77797 MeV | 16,6 keV |
Entonces, ¿por qué el núcleo de una estrella masiva acaba siendo de hierro y no de níquel-62? Porque una estrella no fabrica el núclido más ligado: fabrica el que puede. En las últimas fases, la combustión del silicio procede añadiendo partículas alfa una tras otra —silicio-28, azufre-32, argón-36…— y esa cadena sólo produce núclidos con el mismo número de protones que de neutrones. El final de esa escalera es el níquel-56, con 28 y 28, que está a 8,643 MeV por nucleón: peor ligado que el hierro-56, pero es lo que la cadena sabe construir.
Y el níquel-56 no dura. Se desintegra por captura electrónica en cobalto-56 con una semivida de 6,08 días liberando 2,13 MeV, y el cobalto-56 en hierro-56 con 77,2 días y 4,57 MeV. Ese decaimiento en dos pasos es, literalmente, lo que hace brillar a una supernova de tipo Ia durante meses: la curva de luz que se observa desde la Tierra tiene la forma exacta de esas dos semividas encadenadas. El hierro del universo —y el de tu sangre— es níquel-56 que se ha enfriado.
Problema. Una estrella que ha convertido su núcleo en hierro-56, ¿cuánta energía nuclear le queda por extraer?
Solución. Fusionar hierro-56 en algo más pesado consume energía, porque la curva baja a partir de ahí. Y fisionarlo también, porque a la izquierda la curva es más baja todavía. La única energía disponible sería llevar el hierro-56 al níquel-62, y eso da
es decir, unas 2100 veces menos que los 492 MeV que da un núcleo de hierro-56 al formarse desde nucleones sueltos. Y ni siquiera es alcanzable: no hay ningún proceso estelar que reagrupe 56 nucleones en grupos de 62.
Resultado. Cero, a efectos prácticos. Una estrella que llega al hierro se queda sin fuente de calor, la presión que la sostenía desaparece y el núcleo colapsa en menos de un segundo. La supernova de colapso no ocurre porque el hierro «explote»: ocurre porque el hierro es lo único que ya no da nada, y la gravedad, que llevaba diez millones de años perdiendo la partida, la gana de golpe. La curva de energía de ligadura no es una figura de libro de texto: es el guion de la muerte de las estrellas grandes.
Por qué un reactor no puede explotar como una bomba
Esta es la afirmación que más conviene hacer con cuidado, porque la versión perezosa —«un reactor nunca puede explotar»— es falsa: Chernóbil explotó. Lo que hay que decir es más preciso y más útil: un reactor de potencia no puede producir una explosión nuclear, y las razones son tres, todas con números.
Uno: el enriquecimiento. El uranio natural lleva un 0,72 % de uranio-235 y el resto es uranio-238, que no fisiona con neutrones lentos. El combustible de un reactor de agua ligera se enriquece al 3–5 %. Un arma necesita 90 % o más. Entre 5 % y 90 % no hay un poco más de trabajo: hay un proceso industrial de separación isotópica entero, que es precisamente lo que vigila el OIEA. Con un 4 % de uranio-235 no existe ninguna geometría que sostenga una reacción en cadena con neutrones rápidos, y la reacción rápida es la única que puede liberar la energía en el microsegundo que hace falta.
Dos: el moderador. Un reactor de agua ligera necesita agua para frenar los neutrones hasta la energía a la que el uranio-235 fisiona bien. Si el reactor se calienta, el agua se dilata o hierve, frena peor y la reacción se apaga sola. Ese signo negativo es una propiedad física del diseño, no un sistema de seguridad que pueda fallar. El RBMK de Chernóbil tenía el signo contrario en ciertas condiciones —el vapor aumentaba la reactividad, por usar grafito como moderador y agua sólo como refrigerante— y eso, más una prueba mal hecha, es lo que ocurrió aquella noche. Lo que reventó fue vapor: una explosión térmica, no nuclear.
Tres: los neutrones retardados. Es el más bonito de los tres y el que menos se cuenta. De los neutrones que produce la fisión del uranio-235, el 0,65 % no salen en el instante: los emiten fragmentos de fisión que se desintegran segundos después. Ese 0,65 % es la razón de que un reactor se pueda controlar con barras que se mueven a velocidades humanas.
Problema. En un reactor térmico, un neutrón pronto tarda unos 10⁻⁴ s desde que nace hasta que provoca la siguiente fisión. Los neutrones retardados, que son el 0,65 % del total, tardan del orden de 13 segundos. ¿Cuál es el tiempo medio de una generación?
Solución. Es una media ponderada:
Resultado. Unas ocho centésimas de segundo, mil veces más que sin ellos. Un 0,65 % de los neutrones multiplica por mil el tiempo de respuesta del sistema entero, porque en una media ponderada un término lentísimo domina aunque pese poco. Ésa es la diferencia entre un reactor que se gobierna moviendo barras a centímetros por segundo y uno imposible de controlar. Y define también la frontera que no se puede cruzar: si la reactividad sube por encima de β = 0,0065, la reacción se sostiene sólo con los neutrones prontos, el tiempo de generación se desploma a 10⁻⁴ s y la potencia se dispara en milisegundos. Se llama criticidad pronta, y es exactamente lo que le pasó al reactor de Chernóbil.
Lo que no está resuelto, dicho como problema abierto
Un sitio que finge que todo está resuelto forma lectores incapaces de distinguir un resultado de una moda. Aquí hay dos problemas abiertos de verdad, y ninguno de los dos se arregla con entusiasmo.
Los residuos de vida larga. Un reactor de 1 GW eléctrico descarga entre 20 y 30 toneladas de combustible gastado al año, de las que aproximadamente una tonelada son productos de fisión y unos 280 kg son transuránidos — plutonio, americio, curio. Los productos de fisión son muy activos y de vida corta: en unos 300 años su radiotoxicidad baja al nivel del mineral de uranio del que salió el combustible. El problema son los actínidos, que son poco activos precisamente por durar mucho —la relación del artículo 03— y llevan la radiotoxicidad del conjunto hasta el orden de 10⁵ años. Existe una vía técnica, separarlos y transmutarlos en reactores rápidos, que bajaría ese plazo por debajo de mil años; no está industrializada en ninguna parte. Y no hay ningún almacén geológico profundo en operación para combustible gastado civil, salvo el finlandés de Onkalo, que ha entrado en fase de pruebas en esta década. Decir «los residuos son un problema resuelto» es tan falso como decir que son inmanejables: lo que hay es una solución demostrada técnicamente y no desplegada políticamente, que no es lo mismo.
La fusión comercial. En diciembre de 2022 el National Ignition Facility consiguió por primera vez que una cápsula de deuterio-tritio liberase más energía de fusión que la que le habían entregado los láseres: 3,15 MJ de salida frente a 2,05 MJ de láser, una ganancia de 1,54. En abril de 2025 el récord subió a 8,6 MJ desde 2,08, ganancia 4,13. Es un hito científico enorme y conviene mirarlo entero: para producir esos 2 MJ de luz láser, la instalación toma de la red entre 300 y 400 MJ. El rendimiento de pared a pared del disparo de 2022 fue del 0,9 %. ITER, por su parte, persigue 500 MW de fusión con 50 MW de calentamiento —Q = 10— y tras la revisión de calendario de 2024 su operación científica empieza en 2034 y la operación con deuterio-tritio en 2039; ITER además no convertirá nada en electricidad, por diseño. La fusión no es un fraude ni está a la vuelta de la esquina: es un problema de ingeniería sin resolver del que se han empezado a resolver las primeras piezas.
Ejercicios
Si el níquel-62 es el núclido más ligado, ¿por qué no es el más abundante del universo? ¿Y por qué no lo es el hierro-56?
Solución
Porque la abundancia la fija la cinética, no la estabilidad. Los elementos más abundantes son el hidrógeno y el helio, que son de los peor ligados de la tabla: están ahí porque el universo salió del Big Bang con ellos y la fusión estelar sólo ha procesado una parte pequeña. El hierro-56 gana al níquel-62 porque es lo que produce la cadena alfa vía níquel-56, y el níquel-62 exigiría un camino que ningún entorno estelar recorre en cantidad. La lección general —y sirve para toda la química y toda la astrofísica— es que «más estable» no implica «más abundante»: hace falta además un camino que lleve hasta allí y tiempo para recorrerlo.
¿Por qué el uranio-238, que también está a la derecha del pico y tiene más energía disponible por nucleón que el uranio-235, no sirve como combustible de un reactor de agua ligera?
Solución
Porque «tener energía disponible» y «poder liberarla» son cosas distintas — la misma distinción entre cota superior y predicción del artículo 02. El uranio-238 tiene un número par de neutrones, y al capturar uno más forma un núcleo con neutrón desapareado que gana menos energía de emparejamiento; el resultado es que un neutrón lento no le aporta bastante para superar la barrera de fisión, y hace falta un neutrón de más de 1 MeV. El uranio-235, con número impar de neutrones, sí gana lo suficiente al emparejar, y fisiona con neutrones térmicos. Toda la industria nuclear civil descansa sobre esa diferencia de paridad. Y la vía de escape también: el uranio-238 que captura un neutrón sin fisionar se convierte, en dos desintegraciones beta, en plutonio-239, que sí es fisible — que es como un reactor fabrica una parte de su propio combustible mientras funciona, y también de dónde salen los transuránidos del apartado de residuos.
Con los datos del artículo, ¿cuántos años tarda un lote de productos de fisión en perder el 99,9 % de su actividad de cesio-137? Compáralo con los 10⁵ años de los actínidos y explica por qué los dos plazos no se comparan directamente.
Solución
Diez semividas de cesio-137 son 10 × 30,08 = 301 años, que es de dónde sale el «unos 300 años» del texto. Pero los 10⁵ años de los actínidos no son un tiempo de decaimiento: son el tiempo que tarda la radiotoxicidad del conjunto en bajar hasta la del mineral de uranio original, que es un criterio de comparación, no de desaparición. Comparar «300 años hasta una milésima» con «100 000 años hasta el nivel del mineral» es comparar dos preguntas distintas, y ése es el origen de la mitad de las discusiones públicas sobre residuos: una fuente dice 300, otra dice 100 000 y las dos tienen razón. Cuando veas un plazo de residuos, la pregunta que hay que hacer es «¿hasta qué nivel, y comparado con qué?».
Todo lo que este módulo deja utilizable, con dónde se dedujo cada cosa. Pensado para leerse sin haber releído el módulo. Las masas y energías de ligadura salen de AME2020; los coeficientes de dosis, de la ICRP; los recuentos de accidentes, de UNSCEAR.
| Qué | Fórmula o valor | Dónde |
|---|---|---|
| Radio nuclear | R = 1,2·A1/3 fm; 4,59 fm en ⁵⁶Fe; falla un 14 % en ¹²C | art. 01 |
| Densidad nuclear | 2,29 × 10¹⁷ kg/m³, igual para todos; 229 000 t/mm³ | art. 01 |
| Constante electrostática nuclear | e²/4πε₀ = 1,44 MeV·fm | art. 01 |
| Dos protones a 2 fm | 0,72 MeV y 57,7 N (el peso de 5,9 kg) | art. 01 |
| Coulomb frente a ligadura | 3,2 % (⁴He) · 25 % (⁵⁶Fe) · 54 % (²³⁸U) | art. 01 |
| Energía de ligadura | B = Z·Δ(¹H) + N·Δ(n) − Δ(Z,A) | art. 01 |
| Ligadura por nucleón típica | ≈ 8 MeV; 1,11 en ²H, 7,07 en ⁴He, 7,57 en ²³⁸U | art. 01 |
| Último núclido estable | ²⁰⁸Pb; el ²⁰⁹Bi vive 2 × 10¹⁹ años | art. 01 |
| Neutrón libre | semivida 611 s; Q = 0,782 MeV; mn − mp = 1,293 MeV/c² | art. 01 |
| Masa y energía | 1 u = 931,494 MeV; 1 g = 8,99 × 10¹³ J = 25,0 GWh | art. 02 |
| Defecto de masa del ⁴He | 0,76 % de la masa = 28,296 MeV | art. 02 |
| Fusión deuterio-tritio | 17,59 MeV; el neutrón se lleva 14,05 | art. 02 |
| Cadena pp neta | 4 ¹H → ⁴He + 26,73 MeV; el Sol pierde 4,26 Mt/s | art. 02 |
| Fisión del ²³⁵U | 173,3 MeV (canal ¹⁴¹Ba + ⁹²Kr); ~200 total, ~193 útiles | art. 02 |
| Energía por kilogramo | 8,21 × 10¹³ J/kg de ²³⁵U; 1 g = 3,2 t de hulla | art. 02 |
| Nuclear frente a químico | × 1,5 millones por kg; × 22 millones por reacción | art. 02 |
| Reactor de 1 GWe, un año | 1,2 t de ²³⁵U fisionadas; 1,06 kg de masa convertida | art. 02 |
| Ley de desintegración | N = N₀·(1/2)t/T; diez semividas ≈ una milésima | art. 03 |
| Semivida frente a vida media | τ = T1/2/ln 2 = 1,44·T1/2 | art. 03 |
| Actividad | A = λN; 1 g de ²²⁶Ra = 3,66 × 10¹⁰ Bq ≈ 1 curio | art. 03 |
| Coeficientes de dosis (ingestión) | ⁴⁰K 6,2 × 10⁻⁹ Sv/Bq; ²¹⁰Po 1,2 × 10⁻⁶ (× 194) | art. 03 |
| El plátano | 422 mg de K → 13,4 Bq → 0,083 µSv (y no suma: homeostasis) | art. 03 |
| Escalas de dosis | vuelo 30 µSv · fondo 3,0 mSv/a · límite público 1 mSv/a · TAC 8 mSv | art. 03 |
| Umbrales de daño | irradiación aguda ~1 Gy; DL50/60 3,5–4,5 Gy sin tratamiento | art. 03 |
| Chernóbil | 30 muertes tempranas; 6848 tiroides (1991-2005), 15 mortales | art. 03 |
| Fukushima | 0 muertes por radiación; 2350 por la evacuación; 18 420 por el tsunami | art. 03 |
| Máximo de la curva | ⁶²Ni, 8,7946 MeV/nucleón; el ⁵⁶Fe queda a 4,2 keV | art. 04 |
| Enriquecimiento | natural 0,72 % · reactor 3–5 % · LEU/HEU 20 % · militar ≥ 90 % | art. 04 |
| Neutrones retardados | β = 0,0065; la generación pasa de 10⁻⁴ s a 0,085 s | art. 04 |
| Residuos y fusión | 20–30 t/GWe·año, ~10⁵ años; NIF 3,15 MJ de 2,05 (0,9 % de red) | art. 04 |
Fin del módulo I.1. Con esto ya sabes de qué está hecho un núcleo, por qué aguanta, cuánta energía guarda y cómo se cobra, qué mide cada unidad de radiactividad y qué dicen los recuentos de los dos accidentes que definen el debate. Lo que falta es todo lo que pasa fuera del núcleo: qué le hace exactamente una partícula alfa a una célula y por qué no es lo mismo que un rayo gamma, cómo se detecta lo que no se ve, y cómo se usa a diario lo mismo que asusta — el yodo-131 que trata un hipertiroidismo, el flúor-18 de un PET, el cobalto-60 que esteriliza el material quirúrgico de un quirófano. El módulo I.2 construye eso: la radiación en la materia y en el tejido, con los centímetros de plomo calculados y las dosis de cada prueba médica, y con ello se puede por fin leer un informe de protección radiológica —o el prospecto de una prueba diagnóstica— entendiendo cada cifra.