REACTORES NUCLEARES EN ÁFRICA ¿HACE 2.000 MILLONES DE AÑOS?

¿Es posible que una casualidad geológica haya dado lugar a reactores nucleares “naturales” mejor acondicionados que los reactores actuales? 
En África, una montaña guarda depósitos con desechos de uranio que hacen suponer la existencia de una civilización avanzada hace 2.000 millones de años.

Lo llamaban el “monstruo atómico”. En todo el planeta no había productor de energía nuclear más grande y más eficiente. Paredes en ángulo inclinado, aislamiento para residuos nucleares y el mejor sistema de refrigeración que la ingeniería pudiera desarrollar. Tenía una estructura tan bien diseñada que podía haberse mantenido en funcionamiento por siempre. Por eso, después del período de “la gran aniquilación”, muchas civilizaciones posteriores intentaron aprovechar lo que había quedado del “monstruo” para regresar a los tiempos de gloria.

Pero el edificio estaba demasiado desvencijado y el sistema de reciclado del uranio ya no funcionaba. Al final, con el correr de los milenios, las paredes y los...

canales de enfriamiento se oxidaron, se corroyeron y terminaron por confundirse con la montaña que algún día los había albergado. Millones de años más tarde, el único vestigio de que un emplazamiento tecnológico había existido en aquel lugar era el material empobrecido; el resto del reactor era irreconocible.

Este panorama ficticio podría no haber sido muy distinto del real si tenemos en cuenta que para muchos científicos la existencia del “Reactor nuclear de Gabón”, un gigantesco depósito de uranio hallado en África a principios de los setenta, es un fenómeno que nunca podría haber ocurrido en forma natural.

De una antigüedad aproximada de 2.000 millones de años, las minas de Oklo, en la República de Gabón, saltaron a la luz internacional cuando una empresa francesa descubrió que su uranio ya había sido extraído y utilizado.

Después de analizar muestras de la mina, los técnicos de la Central Nuclear de Tricastin descubrieron que el mineral no servía para fines industriales. Sospechando un posible fraude por parte de la empresa que lo exportaba, la central de Tricastin decidió investigar por qué las muestras de uranio normales tenían aproximadamente un 0,7% de material aprovechable, mientras que las de Oklo apenas se acercaban al 0,3%. Cuando se confirmó que el material parecía el desecho de una reacción nuclear, investigadores de todo el mundo viajaron a estudiar el yacimiento.

Después de exhaustivos análisis químicos y geológicos, la comunidad científica por unanimidad llegó a una escalofriante conclusión: las minas de uranio de Gabón no podían haber sido otra cosa que un reactor de 35.000 km2, que inició su trabajo hace 2.000 millones de años y se mantuvo en funcionamiento durante otros 500 mil.

Estas cifras descomunales hicieron que muchos especialistas se devanaran los sesos pensando en una posible explicación. Pero cuarenta años después, el caso de Gabón aún despierta los mismos e incómodos interrogantes que en su inicio. ¿Qué o quiénes habían estado usando energía nuclear antes de que cualquier civilización pisara la Tierra? ¿Cómo lograron diseñar un complejo de reactores tan grande? ¿Cómo lo mantuvieron en funcionamiento por tanto tiempo?

La explicación inverosímil

En el afán de explicar el origen del reactor, los científicos acudieron a una vieja teoría del químico japonés Kazuo Kuroda, quien años antes había sido ridiculizado tras postularla.

Kuroda expuso que una reacción nuclear podía tener lugar sin que la mano del hombre interviniese si se daban en la naturaleza una serie de condiciones esenciales: un depósito de uranio con el tamaño adecuado, un mineral con una proporción elevada de uranio fisible, un elemento que actúe como moderador y la ausencia de partículas disueltas que dificulten la reacción.

Pero si bien tres de las condiciones de Kuroda eran altamente improbables, aún más difícil de explicar  era cómo una reacción nuclear natural podía haberse mantenido equilibrada sin que el núcleo de uranio se apagase o fundiese durante el lapso estimado de 500 mil años. Por esta razón, los científicos sumaron a la hipótesis de Kuroda un último factor: un sistema geológico casual que permitiera la entrada de agua a los depósitos y la salida del vapor de reacción.

Se calcula que hace muchos millones de años, la proporción de uranio fisible en la naturaleza era mucho mayor (cerca de un 3% del mineral), un hecho clave para que una supuesta reacción pudiera tener lugar. En base a este factor, los científicos propusieron que cada tres horas los depósitos de uranio podían haberse activado de forma espontánea cuando se inundaban con agua filtrada de las grietas, generando calor y apagándose cuando el agua, que actuaba como moderador, se evaporaba por completo.

No obstante, según la teoría de Kuroda, el agua necesaria debía tener una buena proporción de deuterio (agua pesada) y debía estar ausente de cualquier partícula que pudiera detener los neutrones en la reacción. ¿Podía agua que se filtraba por las rocas tener estas condiciones tan excepcionales? ¿Podía hallarse en la naturaleza un líquido que hoy requiere de un elaborado proceso de producción?

Ingeniería de punta

Después de una serie de análisis geológicos, los investigadores descubrieron que el reactor de Oklo aún guardaba una última sorpresa: los “depósitos” de desechos adoptaban una disposición tal, que a pesar de haber transcurrido millones de años la radiactividad no había logrado escapar afuera de la mina. De hecho, se calculó que el impacto termal de los reactores en funcionamiento no debía haber superado un radio de acción de más de 40 metros. Los científicos reconocieron la incapacidad de emular un sistema de desechos tan eficiente, y el reactor aún se estudia con el fin de diseñar nuevas tecnologías en base a su estructura.

En pocas palabras, el gigantesco reactor de Gabón se encontraba mejor diseñado que cualquier reactor moderno.

Por eso, a pesar de que la teoría de los “reactores naturales” es hoy la más difundida a nivel académico, sobre el yacimiento de Oklo aún aguardan muchos interrogantes sin ser contestados.   

¿Por qué el uranio fue encontrado en depósitos bien delimitados y no esparcido en forma azarosa por todo el terreno? ¿Pudo una reacción espontánea haberse dado en forma independiente veinte veces distintas en todo el yacimiento? ¿Por qué este fenómeno se daría única y exclusivamente en África y no en otros puntos del planeta? ¿Pueden casualmente las paredes de una mina conformar un diseño tal que la radiactividad no migre fuera de la misma? Pero por sobre todo: ¿qué sucedió exactamente en Gabón hace 2.000 millones de años?

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UN REACTOR NUCLEAR ATÍPICO, OKLO 

por maestroviejo

Fue en la ciudad francesa de Pierrelatte, ubicada en el departamento de Drôme, en la región francesa de Ródano-Alpes, donde en el año 1.972 se dió a conocer una de las mayores sorpresas a la que la comunidad científica se había enfrentado hasta ese momento. Más concretamente todo comenzó en una de las plantas de procesamiento de la Central Nuclear de Tricastin, donde en esos momentos se procesaba uranio de distintos orígenes y se procedía a su enriquecimiento para la obtención de barras de combustible con las que dotar a las centrales nucleares. Durante todo este proceso se controlaba minuciosamente, tal y como exigen las normas de seguridad internacionales, las cantidades de uranio-235 empleado, para asegurar en todo momento que no se desviaba ni un gramo a manos no deseadas, como terceros países codiciosos de obtener armas nucleares, o grupos terroristas con fines sombríos. En una de las mediciones rutinarias de control, el físico francés Francis Perrin localizó una muestra que contenía menos uranio-235 del esperado. La discrepancia era muy pequeña, dado que el uranio-235 es normalmente el 0,7202% de todo el uranio procedente de cualquier mina del planeta, pero en esa muestra era sólo el 0,7171%. Si bien a primera vista esta diferencia podía parecer incluso ridícula, no dejó de sorprender al físico francés, que sabía muy bien que  los isótopos aparecen siempre muy bien mezclados en la naturaleza, de forma que algo raro tenía que haber pasado con esa muestra.

Imagen de la Central Nuclear de Tricastin, próxima a la localidad francesa de Pierrelatte.

Puesto rápidamente en conocimiento de las autoridades competentes, una comisión de investigación barajó distintas hipótesis, entre las que se incluía la posibilidad de que esa muestra de uranio habría podido ser contaminada con uranio empobrecido de la misma planta de procesamiento, lo que vendría a significar una circunstancia muy grave, al ser una clara señal de que existían fugas en la central que entrañaban un serio peligro en el exterior.

La búsqueda de respuestas condujo a los investigadores al sistema de archivado de muestras, donde rápidamente hallaron minerales de uranio procedentes de la República de Gabón, que contenían incluso menos de la mitad del uranio-235 de lo que era habitual, una diferencia enormemente sustancial a la localizada inicialmente por Francis Perrin, que a pesar de todo se había incluso enriquecido al mezclarse el uranio procedente de otras fuentes. Un análisis de esos minerales pobres en uranio-235 que procedían de Gabón reveló que contenían isótopos muy parecidos a los que hay en los desechos de los reactores nucleares, con restos como el samario y el neodimio. Las muestras procedían de un envío de uranio de la Compañía Minera de Franceville, con cantera en Oklo, un yacimiento de uranio de 35.000 kilómetros cuadrados de extensión.

Imágenes de Oklo, donde la casualidad ha intervenido para que las condiciones especiales que en su momento formuló Kuroda,  se produjeran en 16 áreas separadas de Oklo y en otra zona situada a 35 km, el denominado reactor de Bangombé, 1.800 millones de años antes que Enrico Fermi diseñara el primer  reactor nuclear  de los tiempos modernos en 1.942.

La duda ahora entre los sorprendidos investigadores franceses de la Central Nuclear de Tricastin, era la de esclarecer si habían sido estafados por la compañía minera que les había vendido y proporcionado uranio con una concentración demasiada baja de uranio-235, es decir, como si el mineral hubiese sido utilizado previamente como combustible en otra Central Nuclear. Descartada rápidamente dicha posibilidad, nadie podía entender por qué la cantidad de uranio-235 era tan poca. Todo esto llevó en 1.975 a cerrar la mina de Oklo, y a que un equipo internacional de Geólogos, Geofísicos y Geoquímicos realizasen diversos estudios en la mina de Gabón. Todos los estudios geológicos y geoquímicos realizados en la zona indicaron claramente que la cantidad debía ser mucho mayor. La única respuesta posible residía en que alguien o algo lo había consumido empobreciéndolo.

Manipulación del uranio-235, para la elaboración del combustible nuclear. El combustible nuclear tiene una enorme capacidad energética por unidad de masa. El consumo anual de combustible de una central estándar es de unas 25 toneladas de uranio. En comparación, para producir la misma cantidad de electricidad, una central térmica de carbón consume 2,5 millones de toneladas de carbón y una central de gas de ciclo combinado consume 1700 millones de metros cúbicos de gas natural. El uranio-235 (235U) es un isótopo del uranio que se diferencia del uranio-238, el más común isótopo del elemento, en su capacidad para provocar una reacción en cadena de fisión que se expande rápidamente, es decir, que es fisible. De hecho, el uranio-235 es el único isótopo fisible que se encuentra en la naturaleza. El uranio-235 tiene una vida plena de 700 millones de años.

Tras un rastreo minucioso sobre el terreno, el equipo de investigación llegó a una hipótesis asombrosa. En el área denominada Oklo, de 35 mil Km2, un fenómeno único e irrepetible en todo nuestro planeta había ocurrido: un primitivo reactor nuclear completamente natural o, mejor dicho, varios reactores habían actuado sobre aquella área. Todo parecía indicar que el múltiple reactor nuclear natural se formó cuando un depósito rico en mineral de uranio se inundó de agua subterránea, la cual actuó como un moderador de neutrones, a lo que siguió una fuerte reacción en cadena. El moderador de agua herviría a medida que se incrementara la reacción, retardándola nuevamente y así evitando una fusión. La reacción de fisión se mantuvo durante cientos de miles de años. Clave para la creación de los reactores naturales fue que, en esa época, la abundancia de uranio-235 fisible según sus cálculos era de aproximadamente el 3%. Gracias a que la vida media del uranio-235 es más corta comparada con la del uranio-238, la presencia actual hoy en pleno siglo XXI de uranio-235 en el uranio natural es de aproximadamente el 0.7%. De todo ello los científicos deducían por tanto que un reactor nuclear natural ya no era posible en la actualidad, pero hace 1.800 millones de años Oklo contaba con las condiciones necesarias, con una composición mineral  del 93% de uranio-238, 3% de uranio-235 y 4% de plutonio-239. Todo parecía indicar que el Reactor Nuclear natural de Oklo estuvo funcionando durante 500 mil años desde el momento de la mineralización del uranio, lo que consumió un total de 500 Kg de uranio con una potencia de salida de 100 KW.

Ubicación geográfica de Oklo en la República de Gabón o Gabonesa, antigua colonia francesa en África.

Lo más sorprendente de todo esto fue que para llegar a estas conclusiones el equipo de científicos, tras efectuar mediciones geocronológicas con los métodos de rubidio-estroncio, potasio-argón y uranio-plomo, tuvo que recurrir a las hipótesis de un colega que dos décadas antes, en 1.956, fue completamente ridiculizado y estigmatizado por la comunidad científica. Nos referimos al físico japonés Paul Kazuo Kuroda (1.917 – 2.001) profesor asistente de química de la Universidad de Arkansas quien, ante la burla de sus compañeros, afirmaba plenamente convencido que en la naturaleza podían ocurrir procesos naturales de fisión nuclear siempre que se conjugasen ciertas condiciones especiales:

1. Concentración elevada de uranio. La primera condición es que el tamaño del depósito de uranio sea suficientemente grande para que los neutrones producidos en una primera reacción no salgan de la veta de uranio y puedan ser absorbidos por otros núcleos.

2. Alta abundancia isotópica de uranio-235 (hace 700 millones de años existía el doble de uranio-235 que en el presente) De hecho, a medida que retrocediésemos en el tiempo, podríamos observar un aumento en la concentración de uranio-235. Por lo tanto, la posibilidad de que ocurriera una fisión nuclear espontánea tiene que aumentar con la antigüedad del evento.

3. Presencia de un “moderador de neutrones”. Un moderador de neutrones natural (como un acuífero) corresponde a una sustancia capaz de hacerlos más lentos y que puede permitir que una reacción nuclear en cadena se sostenga en el tiempo.

4. Ausencia de “elementos incompatibles como el boro” que dificultasen la fisión.

Paul Kazuo Kuroda (1.917 – 2.001). En 1.956, Kuroda predijo que una serie de “reacciones nucleares en cadena autosostenidas” podrían haber ocurrido de forma natural en la historia geológica de la tierra. En 1.972, su predicción se confirmó cuando los científicos descubrieron un reactor nuclear natural en Gabón, África. En 1.960, predijo la existencia de plutonio-244 como un elemento presente en la formación del Sistema Solar. La presencia de exceso de plutonio-244 de fisión-xenón se detectó por primera vez en su laboratorio en la Universidad de Arkansas en 1.965.

Kuroda era un perfecto conocedor de la característica fisible del uranio-235, y por tanto de su mayor abundancia en el pasado, por lo que teorizó que, dadas ciertas condiciones físicas, podía ocurrir la existencia de un reactor de fisión natural, ante la total oposición de la mayoría de sus colegas académicos. Entre las condiciones más importantes se encontraban la ausencia del boro y elementos de su familia, la presencia de un moderador de neutrones que según sus propias palabras: “… puede ser agua con una cantidad anormal de moléculas 2H2O…” y una gran concentración de uranio-235, todo ello “encapsulado” a presión en cavernas subterráneas. Estas condiciones terminarían convirtiendo a la reacción en autosostenible, ya que, a medida que el agua hirviese, moderaría y retardaría la reacción evitando que se convirtiera en una fusión.

Los científicos internacionales investigaron la mina de uranio, y ante la imposibilidad de argumentar otra hipótesis más plausible, adoptaron las de Paul Kazuo Kuroda, y los resultados se hicieron públicos en la conferencia del Organismo Internacional de Energía Atómica. La pregunta que se había formulado el físico francés Francis Perrin en el año 1.972 había sido contestada: el uranio de la Central Nuclear de Tricastin había sido utilizado, he ahí el motivo verdadero de su empobrecimiento. Si bien todo parecía resuelto, algunos siguieron cuestionando y oponiéndose a los enunciados que en 1.956 planteó Kuroda, y por tanto preguntándose, ¿qué había sucedido realmente en Oklo?

Reacción en cadena: Cuando un neutrón choca contra el núcleo de un átomo de uranio-235 lo convierte en un átomo de uranio-236. Este isótopo es extremadamente inestable, tanto es así que inmediatamente se fisiona, es decir, se parte en dos liberando varios neutrones y energía. Lo más normal es que estas dos partes resultantes sean un núcleo de kriptón-91,  otro de bario-142 y que se produzcan tres neutrones, pero hay otras posibilidades. También existen otras reacciones en cadena, como la del plutonio-239, que es la que se usa en la producción de las bombas de plutonio, o la del americio-231 que tiene la particularidad de poder generar explosiones atómicas tan pequeñas que se ha sugerido su empleo para propulsar motores en futuras naves espaciales.

Como bien es sabido en la actualidad, un reactor nuclear es una instalación capaz de iniciar, mantener y controlar las reacciones de fisión en cadena con los medios adecuados para extraer el calor generado. Consta de varios elementos que tienen cada uno un papel de vital importancia en la generación del calor. Estos elementos son los siguientes:

a) El combustible, formado por un material fisionable, generalmente un compuesto de uranio, en el que tienen lugar las reacciones de fisión, y por tanto, es la fuente de generación del calor.
b) El moderador, que hace disminuir la velocidad de los neutrones rápidos, llevándolos a neutrones lentos o térmicos. Este elemento no existe en los reactores denominados rápidos. Se emplean como materiales moderadores el agua, el grafito y el agua pesada.
c) El refrigerante, que extrae el calor generado por el combustible del reactor. Generalmente se usan refrigerantes líquidos, como el agua ligera y el agua pesada, o gases como el anhídrido carbónico y el helio.
d) El reflector, que permite reducir el escape de neutrones de la zona del combustible, y por tanto disponer de más neutrones para la reacción en cadena. Los materiales usados como reflectores son el agua, el grafito y el agua pesada.
e) Los elementos de control, que actúan como absorbentes de neutrones, permiten controlar en todo momento la población de neutrones, y por tanto, la reactividad del reactor, haciendo que sea crítico durante su funcionamiento, y subcrítico durante las paradas. Los elementos de control tienen formas de barras, aunque también pueden encontrarse diluido en el refrigerante.
f) El blindaje, que evita el escape de radiación gamma y de neutrones del reactor. Los materiales usados como blindaje son el hormigón, el agua y el plomo.

Combustible nuclear. El uranio es 500 veces más abundante que el oro y no tiene otro uso. Con la tecnología actual se calcula que, al  ritmo actual de consumo, hay reservas de este mineral para unos 80 años pero, gracias al desarrollo tecnológico, la construcción de reactores más avanzados o el reciclado del combustible gastado para su uso en otras centrales nucleares podrían ser prácticamente ilimitados, del orden de varios milenios. Otra ventaja del uranio como combustible nuclear es que no tiene otro uso y los reactores nucleares necesitan muy poca cantidad del mismo para producir mucha energía. Una pastilla de uranio de tan solo 5 gramos de peso, produce la misma electricidad que 810 kilos de carbón, 565 litros de petróleo o 480 metros cúbicos de gas natural.

Hoy en día, todo lo que queda de aquella presunta central en el medio de África, son cavidades subterráneas, aparentemente naturales, cuyo material radiactivo fue agotado por completo milenios antes. Las teorías adoptadas por la comunidad científica un tanto a regañadientes de Paul Kazuo Kuroda, parecen haber zanjado el enigma abierto décadas atrás por el reactor de Gabón. Según los especialistas que citábamos anteriormente, los depósitos de uranio subterráneo reaccionaban cada vez que el agua se filtraba entre las grietas de la roca, produciendo calor y provocando la ebullición del líquido. Cuando el depósito quedaba seco, nuevamente el reactor procedía a enfriarse comenzando una nueva espera de la próxima inundación de la cavidad.

Sin embargo, la perfecta contención de las radiaciones dentro de los 16 diferentes puntos localizados en las galerías donde se produjeron reacciones atómicas, aún se halla sin una respuesta clara y contundente, de tal modo que, si hoy se tratase de reproducir una instalación artificial a igual escala que la de Oklo con todos los medios a nuestro alcance, sería imposible obtener ni tan siquiera mínimamente sus resultados. La energía radiactiva, perfectamente contenida dentro de cavidades específicas, ¡increíblemente no supera el límite de los cuarenta metros alrededor del núcleo de reacción! El sistema de regulación de agua también sorprende por su eficiencia, otorgando una circulación continua mediante grietas internas en la roca para disipar el calor de fisión, pero… ¿cómo es posible tal efecto del agua como refrigerante, si ésta debe ser extremadamente pura? Incluso está comprobado en cualquier reactor nuclear moderno que unas pocas partes por millón de cualquier contaminante “envenenaría” la reacción, haciendo que ésta se detuviese, porque el verdadero problema no es otro que ¡no existe agua tan pura en la naturaleza en ninguna parte del mundo si ésta no es tratada artificialmente!

Existen al menos, 16 puntos de reacción nuclear conocidos en el área de Oklo. En la presente imagen se muestra el conocido cómo Reactor Fósil nº 15.

Sorprendentemente este gran reactor o conjunto de reactores nucleares y mina de uranio de enorme tamaño estaban muy bien “diseñados por la naturaleza”. Sin embargo, para tan inmenso reactor nuclear, el impacto termal a su alrededor estaba limitado a 40 metros. Aún más asombroso es el hecho que los desechos radioactivos aún no han migrado fuera del sitio de la mina, pues son mantenidos en su lugar gracias a la geología que la rodea.

Otra de las posibles objeciones  a la hipótesis de Kuroda y, cómo no, también a la del resto de científicos que se subieron al carro a última hora para poder explicar el fenómeno de Oklo,  involucra al propio uranio en si  mismo. Varios especialistas en ingeniería de reactores recalcaron que en ningún momento en la historia geológica estimada de los depósitos de Oklo el uranio fue suficientemente rico en uranio-235 para que una reacción nuclear haya podido suceder. Estos científicos “rebeldes”, como sería el caso de Glenn T. Seaborg, ex jefe de la Comisión Estadounidense de Energía Atómica y ganador del premio Nobel  en 1.951 por su trabajo sobre la síntesis de elementos pesados, afirman que cuando los depósitos supuestamente se formaron por primera vez, debido a la baja tasa de desintegración nuclear del uranio-235, el material fisionable habría constituido realmente menos del 3% de los depósitos, tal y como defendía Kuroda –cantidad escasa para una posible reacción nuclear–, y sin embargo la reacción ocurrió, lo que sugiere que el uranio original era mucho más rico en uranio-235 que lo que podría haber tenido una formación natural, e inciden plenamente en que para que el uranio desencadenase una reacción y se “quemara” las condiciones debieron ser completamente exactas. ¿Es posible por tanto tal circunstancia a lo largo de 500 mil años? ¿Por qué este fenómeno se ha dado única y  exclusivamente en Oklo y no en otros puntos del planeta? Basta pensar que, las reservas mundiales de uranio están desigualmente distribuidas desde el punto de vista geográfico. El 24,5 % se encuentran en Australia, el 17,3 % en Kazajstán, el 13 % en Canadá (la mina canadiense de Cigar Lake contiene las mayores reservas de uranio de alta calidad del mundo) y el 8,6 % en Sudáfrica. En Europa, solamente están localizadas el 1,2 % de las reservas totales mundiales.

Tabla geocronológica de la Tierra. En el asterisco (*) aparece la época en la que se inició la reacción nuclear en Oklo.

Ahora, solo faltaría que alguno de estos científicos disidentes se plantease la posibilidad de que si la naturaleza no fue la responsable, entonces la reacción nuclear pudo tal vez originarse de manera artificial hace la nada despreciable cifra de 1.800 millones de años (la edad de la Tierra está estimada en 4.600 millones de años),  en pleno período Estatérico, el cuarto periodo geológico de la era Paleoproterozoica, casi a finales del Precambrico, cuando la vida más compleja en nuestro planeta consistía en pequeños organismos unicelulares, bacterias y arqueas. Hubo que esperar a la Época del Plioceno para que hicieran acto de presencia los primeros homínidos tempranos (ardipithecus), situación esta que acaeció hace tan solo 4,4 millones de años.

Recordemos que, hace 1,7 millones de años que el Homo Erectus salió por primera vez de África, y solo 160.000 años para que los Homo Sapiens hiciesen aparición en escena, ó 9.000 años para que éstos últimos empezasen a fundir metales. Por tanto… ¿quién es capaz entonces de plantearse tan estrafalaria idea y ponerle el cascabel al gato?