La lluvia nuclear es el material radiactivo residual impulsado a la atmósfera superior después de una explosión nuclear , llamado así porque "cae" del cielo después de la explosión y de que ha pasado la onda de choque . [1] Comúnmente se refiere al polvo y las cenizas radiactivas que se crean cuando explota un arma nuclear . La cantidad y propagación de la lluvia radiactiva es producto del tamaño del arma y la altitud a la que se detona. La lluvia radiactiva puede quedar arrastrada por los productos de una nube de pirocúmulos y caer como lluvia negra (lluvia oscurecida por el hollín y otras partículas, que cayó entre 30 y 40 minutos después de los bombardeos atómicos de Hiroshima y Nagasaki ). [2] Este polvo radiactivo, que generalmente consiste en productos de fisión mezclados con átomos presentes que se activan mediante neutrones por exposición , es una forma de contaminación radiactiva .
Fallout viene en dos variedades. El primero es una pequeña cantidad de material cancerígeno con una vida media larga . El segundo, dependiendo de la altura de la detonación, es una gran cantidad de polvo y arena radiactivos con una vida media corta.
Todas las explosiones nucleares producen productos de fisión , material nuclear no fisionado y residuos de armas vaporizados por el calor de la bola de fuego. Estos materiales se limitan a la masa original del dispositivo, pero incluyen radioisótopos con vidas largas. [3] Cuando la bola de fuego nuclear no llega al suelo, esta es la única lluvia radiactiva que se produce. Su cantidad puede estimarse a partir del diseño de fisión-fusión y del rendimiento del arma.
Después de la detonación de un arma a una altitud libre de lluvia radiactiva o por encima de ella (una explosión de aire ), los productos de fisión , el material nuclear no fisionado y los residuos de armas vaporizados por el calor de la bola de fuego se condensan en una suspensión de partículas de 10 nm a 20 μm. en diámetro. Este tamaño de partículas , elevadas a la estratosfera , puede tardar meses o años en asentarse, y puede hacerlo en cualquier parte del mundo. [4] Sus características radiactivas aumentan el riesgo estadístico de cáncer. La elevada radiactividad atmosférica sigue siendo mensurable después de los ensayos nucleares generalizados de la década de 1950. [5]
Se han producido lluvias radioactivas en todo el mundo; por ejemplo, personas han estado expuestas al yodo-131 debido a pruebas nucleares atmosféricas. La lluvia radiactiva se acumula en la vegetación, incluidas las frutas y verduras. A partir de 1951, es posible que las personas hayan estado expuestas, dependiendo de si estaban al aire libre, del clima y de si consumieron leche, verduras o frutas contaminadas. La exposición puede ser en una escala de tiempo intermedia o de largo plazo. [6] La escala de tiempo intermedia resulta de la lluvia radiactiva que se depositó en la troposfera y fue expulsada por la precipitación durante el primer mes. A veces pueden producirse precipitaciones radiactivas a largo plazo por la deposición de partículas diminutas transportadas en la estratosfera. [7] Cuando la lluvia radiactiva estratosférica comienza a llegar a la Tierra, la radiactividad ha disminuido considerablemente. Además, al cabo de un año se estima que una cantidad considerable de productos de fisión pasarán de la estratosfera norte a la sur. La escala de tiempo intermedia es entre 1 y 30 días, y después de eso se producen consecuencias a largo plazo.
Se produjeron ejemplos de lluvia radiactiva a medio y largo plazo después del accidente de Chernobyl de 1986 , que contaminó más de 20.000 km2 ( 7.700 millas cuadradas) de tierra en Ucrania y Bielorrusia . El combustible principal del reactor era uranio , y a su alrededor había grafito, los cuales fueron vaporizados por la explosión de hidrógeno que destruyó el reactor y rompió su contención. Se estima que 31 personas murieron pocas semanas después de que esto sucediera, incluidos dos trabajadores de la planta que murieron en el lugar. Aunque los residentes fueron evacuados en 36 horas, la gente empezó a quejarse de vómitos, migrañas y otros signos importantes de enfermedad por radiación . Los funcionarios de Ucrania tuvieron que cerrar un área de 30 kilómetros (18 millas). Los efectos a largo plazo incluyeron al menos 6.000 casos de cáncer de tiroides , principalmente entre niños. Las consecuencias se extendieron por toda Europa occidental: el norte de Escandinavia recibió una fuerte dosis, contaminando rebaños de renos en Laponia y las verduras para ensalada casi no estaban disponibles en Francia. Algunas granjas de ovejas en el norte de Gales y el norte de Inglaterra debían monitorear los niveles de radiactividad en sus rebaños hasta que se levantó el control en 2012. [8]
Durante las detonaciones de dispositivos a nivel del suelo ( explosión superficial ), por debajo de una altitud libre de lluvia radiactiva o en aguas poco profundas, el calor vaporiza grandes cantidades de tierra o agua, que son arrastradas hacia la nube radiactiva . Este material se vuelve radiactivo cuando se combina con productos de fisión u otros radiocontaminantes, o cuando se activa mediante neutrones .
La siguiente tabla resume las capacidades de los isótopos comunes para formar lluvia radiactiva. Algunas radiaciones contaminan grandes cantidades de tierra y agua potable provocando mutaciones formales en toda la vida animal y humana.
Una explosión en la superficie genera grandes cantidades de partículas, compuestas de partículas desde menos de 100 nm hasta varios milímetros de diámetro, además de partículas muy finas que contribuyen a la lluvia radiactiva en todo el mundo. [3] Las partículas más grandes se derraman del tallo y caen en cascada por el exterior de la bola de fuego en una corriente descendente incluso cuando la nube se eleva, por lo que la lluvia comienza a llegar cerca de la zona cero en una hora. Más de la mitad del total de los restos de bombas caen al suelo en aproximadamente 24 horas como lluvia radiactiva local. [10] Las propiedades químicas de los elementos de la lluvia radiactiva controlan la velocidad a la que se depositan en el suelo. Los elementos menos volátiles se depositan primero.
La contaminación local grave por lluvia radiactiva puede extenderse mucho más allá de los efectos térmicos y de la explosión, particularmente en el caso de detonaciones superficiales de alto rendimiento. La trayectoria terrestre de la lluvia radiactiva de una explosión depende del clima desde el momento de la detonación en adelante. Con vientos más fuertes, la lluvia radiactiva viaja más rápido pero tarda el mismo tiempo en descender, por lo que, aunque cubre un camino más largo, está más dispersa o diluida. Por lo tanto, la anchura del patrón de precipitación para cualquier tasa de dosis determinada se reduce cuando la distancia a favor del viento aumenta con vientos más fuertes. La cantidad total de actividad depositada hasta un momento dado es la misma independientemente del patrón del viento, por lo que las cifras generales de víctimas por la lluvia radiactiva son generalmente independientes de los vientos. Pero las tormentas eléctricas pueden reducir la actividad a medida que la lluvia permite que la lluvia caiga más rápidamente, particularmente si la nube en forma de hongo es lo suficientemente baja como para estar debajo ("lavado"), o mezclada con ("lluvia"), la tormenta.
Siempre que las personas permanecen en un área contaminada radiológicamente , dicha contaminación conduce a una exposición inmediata a la radiación externa, así como a un posible peligro interno posterior por la inhalación e ingestión de radiocontaminantes, como el yodo-131 , de vida bastante corta, que se acumula en la tiroides. .
Hay dos consideraciones principales para la ubicación de una explosión: altura y composición de la superficie. Un arma nuclear detonada en el aire, llamada ráfaga de aire , produce menos lluvia radiactiva que una explosión comparable cerca del suelo. Una explosión nuclear en la que la bola de fuego toca el suelo atrae tierra y otros materiales hacia la nube y los neutrones la activan antes de que vuelva a caer al suelo. Una ráfaga de aire produce una cantidad relativamente pequeña de los componentes metálicos pesados altamente radiactivos del propio dispositivo.
En el caso de explosiones en la superficie del agua, las partículas tienden a ser bastante más ligeras y más pequeñas, lo que produce menos lluvia local pero se extiende sobre un área mayor. Las partículas contienen principalmente sales marinas con algo de agua; estos pueden tener un efecto de siembra de nubes que provoca lluvias locales y áreas de alta precipitación local. La precipitación de una explosión de agua de mar es difícil de eliminar una vez que ha penetrado en superficies porosas porque los productos de fisión están presentes como iones metálicos que se unen químicamente a muchas superficies. El lavado con agua y detergente elimina eficazmente menos del 50 % de esta actividad químicamente ligada del hormigón o el acero . La descontaminación completa requiere un tratamiento agresivo como el arenado o el tratamiento ácido. Después de la prueba submarina de Crossroads , se descubrió que la lluvia húmeda debe eliminarse inmediatamente de los barcos mediante un lavado continuo con agua (como la del sistema de rociadores contra incendios en las cubiertas).
Partes del fondo del mar pueden convertirse en lluvia radiactiva. Después de la prueba de Castle Bravo , durante varias horas cayó polvo blanco ( partículas de óxido de calcio contaminadas procedentes de corales pulverizados y calcinados ), provocando quemaduras beta y exposición a la radiación a los habitantes de los atolones cercanos y a la tripulación del barco pesquero Daigo Fukuryū Maru . Los científicos llamaron a las consecuencias nieve Bikini .
Para las explosiones subsuperficiales, existe un fenómeno adicional llamado " oleaje de base ". La oleada de base es una nube que rueda hacia afuera desde la parte inferior de la columna que se hunde, y es causada por una densidad excesiva de polvo o gotas de agua en el aire. En el caso de las explosiones submarinas, la oleada visible es, en efecto, una nube de gotas de líquido (normalmente agua) con la propiedad de fluir casi como si fuera un fluido homogéneo. Después de que el agua se evapora, puede persistir una oleada de base invisible de pequeñas partículas radiactivas.
En el caso de las explosiones terrestres bajo la superficie, la oleada está formada por pequeñas partículas sólidas, pero aún se comporta como un fluido . Un medio suelo terrestre favorece la formación de oleadas de base en una explosión subterránea. Aunque la oleada de base normalmente contiene sólo alrededor del 10% del total de escombros de una bomba en una explosión bajo la superficie, puede crear dosis de radiación mayores que la lluvia radiactiva cerca de la detonación, porque llega antes que la lluvia radiactiva, antes de que se haya producido mucha desintegración radiactiva.
Las condiciones meteorológicas influyen en gran medida en la precipitación radiactiva, particularmente en la precipitación local. Los vientos atmosféricos pueden arrastrar lluvias radiactivas sobre grandes áreas. [11] Por ejemplo, como resultado de la explosión en la superficie de Castle Bravo de un dispositivo termonuclear de 15 Mt en el atolón Bikini el 1 de marzo de 1954, un área del Pacífico con forma aproximada de cigarro que se extendía más de 500 km a favor del viento y variaba en ancho hasta un Un máximo de 100 km estaba gravemente contaminado. Hay tres versiones muy diferentes del patrón de precipitación radiactiva de esta prueba, porque la precipitación radiactiva se midió sólo en un pequeño número de atolones del Pacífico muy espaciados. Las dos versiones alternativas atribuyen los altos niveles de radiación en el norte de Rongelap a un punto caliente a favor del viento causado por la gran cantidad de radiactividad transportada por las partículas de lluvia radiactiva de un tamaño de aproximadamente 50 a 100 micrómetros. [12]
Después de Bravo , se descubrió que la lluvia radiactiva que cae en el océano se dispersa en la capa superior de agua (por encima de la termoclina a 100 m de profundidad), y la tasa de dosis equivalente en tierra se puede calcular multiplicando la tasa de dosis del océano dos días después de la explosión por una factor de aproximadamente 530. En otras pruebas de 1954, incluidas Yankee y Nectar, los puntos calientes fueron mapeados por barcos con sondas sumergibles, y puntos calientes similares ocurrieron en pruebas de 1956, como Zuni y Tewa . [13] Sin embargo, los principales cálculos informáticos "DELFIC" (Código interpretativo de la lluvia radiactiva de la defensa terrestre) de EE. UU. utilizan las distribuciones de tamaño natural de las partículas en el suelo en lugar del espectro de barrido posterior al viento, y esto da como resultado patrones de lluvia radiactiva más sencillos que carecen del calor a favor del viento. lugar.
La nieve y la lluvia , especialmente si provienen de alturas considerables, aceleran las consecuencias locales. En condiciones meteorológicas especiales, como una lluvia local que se origina sobre la nube radiactiva, pueden formarse áreas limitadas de fuerte contaminación justo a sotavento de una explosión nuclear.
Una amplia gama de cambios biológicos pueden seguir a la irradiación de animales. Estos varían desde una muerte rápida después de altas dosis de radiación penetrante en todo el cuerpo, hasta vidas esencialmente normales durante un período de tiempo variable hasta el desarrollo de efectos retardados de la radiación, en una parte de la población expuesta, después de exposiciones a dosis bajas.
La unidad de exposición real es el röntgen , definido en ionizaciones por unidad de volumen de aire. Todos los instrumentos basados en ionización (incluidos los contadores Geiger y las cámaras de ionización ) miden la exposición. Sin embargo, los efectos dependen de la energía por unidad de masa, no de la exposición medida en el aire. Un depósito de 1 julio por kilogramo tiene la unidad de 1 gris (Gy). Para rayos gamma de energía de 1 MeV, una exposición de 1 röntgen en el aire produce una dosis de aproximadamente 0,01 gris (1 centigray, cGy) en agua o tejido superficial. Debido al blindaje del tejido que rodea los huesos, la médula ósea sólo recibe alrededor de 0,67 cGy cuando la exposición al aire es de 1 röntgen y la dosis superficial de la piel es de 1 cGy. Algunos valores más bajos informados para la cantidad de radiación que mataría al 50% del personal (la LD 50 ) se refieren a la dosis en la médula ósea, que es sólo el 67% de la dosis en el aire.
La dosis que sería letal para el 50% de una población es un parámetro común que se utiliza para comparar los efectos de diversos tipos o circunstancias de lluvia radiactiva. Generalmente, el término se define para un tiempo específico y se limita a estudios de letalidad aguda. Los períodos de tiempo comúnmente utilizados son de 30 días o menos para la mayoría de los animales pequeños de laboratorio y de 60 días para animales grandes y humanos. La cifra LD 50 supone que las personas no recibieron otras lesiones ni tratamiento médico.
En la década de 1950, la LD 50 para rayos gamma se fijó en 3,5 Gy, mientras que en condiciones de guerra más extremas (mala dieta, poca atención médica, mala enfermería) la LD 50 era de 2,5 Gy (250 rad). Ha habido pocos casos documentados de supervivencia más allá de 6 Gy. Una persona en Chernobyl sobrevivió a una dosis de más de 10 Gy, pero muchas de las personas expuestas allí no estuvieron expuestas de manera uniforme en todo su cuerpo. Si una persona está expuesta de manera no homogénea, es menos probable que una dosis determinada (promediada en todo el cuerpo) sea letal. Por ejemplo, si una persona recibe una dosis de 100 Gy en la mano y la parte baja del brazo, lo que le da una dosis total de 4 Gy, tiene más probabilidades de sobrevivir que una persona que recibe una dosis de 4 Gy en todo el cuerpo. Una dosis en la mano de 10 Gy o más probablemente provocaría la pérdida de la mano. Un radiólogo industrial británico que se estimaba que había recibido una dosis de 100 Gy a lo largo de su vida perdió la mano debido a una dermatitis por radiación . [14] La mayoría de las personas enferman después de una exposición a 1 Gy o más. Los fetos suelen ser más vulnerables a la radiación y pueden abortar , especialmente en el primer trimestre .
Una hora después de una explosión en la superficie, la radiación de la lluvia radiactiva en la región del cráter es de 30 grises por hora (Gy/h). [ se necesita aclaración ] Las tasas de dosis civiles en tiempos de paz oscilan entre 30 y 100 μGy por año.
La radiación radiactiva decae relativamente rápido con el tiempo. La mayoría de las áreas se vuelven bastante seguras para viajar y descontaminar después de tres a cinco semanas. [15]
Para rendimientos de hasta 10 kt , la radiación inmediata es la principal fuente de bajas en el campo de batalla. Los seres humanos que reciben una dosis incapacitante aguda (30 Gy) ven su rendimiento degradado casi inmediatamente y se vuelven ineficaces al cabo de varias horas. Sin embargo, no mueren hasta cinco o seis días después de la exposición, suponiendo que no reciban otras lesiones. Las personas que reciben menos de un total de 1,5 Gy no están incapacitadas. Las personas que reciben dosis superiores a 1,5 Gy quedan discapacitadas y algunas acaban muriendo.
Una dosis de 5,3 Gy a 8,3 Gy se considera letal pero no incapacitante inmediatamente. El personal expuesto a esta cantidad de radiación ve degradado su rendimiento cognitivo en dos o tres horas, [16] [17] dependiendo de cuán exigentes físicamente sean las tareas que deben realizar, y permanecen en este estado de incapacidad al menos dos días. Sin embargo, en ese momento experimentan un período de recuperación y pueden realizar tareas no exigentes durante unos seis días, tras los cuales recaen durante unas cuatro semanas. En ese momento comienzan a presentar síntomas de envenenamiento por radiación de suficiente gravedad como para volverlos totalmente ineficaces. La muerte se produce aproximadamente seis semanas después de la exposición, aunque los resultados pueden variar.
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Los efectos tardíos o retardados de la radiación se producen después de una amplia gama de dosis y tasas de dosis. Los efectos retardados pueden aparecer meses o años después de la irradiación e incluyen una amplia variedad de efectos que afectan a casi todos los tejidos u órganos. Algunas de las posibles consecuencias tardías de la lesión por radiación, con tasas superiores a la prevalencia inicial, dependiendo de la dosis absorbida, incluyen carcinogénesis , formación de cataratas , radiodermatitis crónica , disminución de la fertilidad y mutaciones genéticas . [18] [ se necesita una mejor fuente ]
Actualmente, el único efecto teratológico observado en humanos después de ataques nucleares en áreas densamente pobladas es la microcefalia , que es la única malformación o anomalía congénita comprobada que se encuentra en los fetos humanos en desarrollo intraútero presentes durante los bombardeos de Hiroshima y Nagasaki. De todas las mujeres embarazadas que estuvieron lo suficientemente cerca como para ser expuestas al rápido estallido de intensas dosis de neutrones y gamma en las dos ciudades, el número total de niños nacidos con microcefalia fue inferior a 50. [19] No se observó ningún aumento estadísticamente demostrable de malformaciones congénitas. encontrado entre los niños concebidos posteriormente nacidos de sobrevivientes de las detonaciones nucleares en Hiroshima y Nagasaki. [19] [20] [21] Las mujeres supervivientes de Hiroshima y Nagasaki que pudieron concebir y estuvieron expuestas a cantidades sustanciales de radiación continuaron y tuvieron hijos sin mayor incidencia de anomalías que el promedio japonés. [22] [23]
El Baby Tooth Survey , fundado por el equipo formado por marido y mujer, los médicos Eric Reiss y Louise Reiss , fue un esfuerzo de investigación centrado en detectar la presencia de estroncio-90 , un isótopo radiactivo cancerígeno creado por más de 400 pruebas atómicas realizadas en la superficie. que se absorbe del agua y los productos lácteos hacia los huesos y los dientes dada su similitud química con el calcio . El equipo envió formularios de recolección a escuelas del área de St. Louis, Missouri , con la esperanza de recolectar 50.000 dientes cada año. Al final, el proyecto recolectó más de 300.000 dientes de niños de distintas edades antes de que finalizara el proyecto en 1970. [24]
Los resultados preliminares del Baby Tooth Survey se publicaron en la edición del 24 de noviembre de 1961 de la revista Science y mostraron que los niveles de estroncio-90 habían aumentado constantemente en los niños nacidos en la década de 1950, y los nacidos después mostraban los aumentos más pronunciados. [25] Los resultados de un estudio más completo de los elementos encontrados en los dientes recolectados mostraron que los niños nacidos después de 1963 tenían niveles de estroncio-90 en sus dientes de leche que era 50 veces mayor que el encontrado en los niños nacidos antes de la explosión atómica a gran escala. comenzaron las pruebas. Los hallazgos ayudaron a convencer al presidente estadounidense John F. Kennedy de firmar el Tratado de Prohibición Parcial de Ensayos Nucleares con el Reino Unido y la Unión Soviética , que puso fin a las pruebas de armas nucleares en la superficie que crearon las mayores cantidades de lluvia nuclear atmosférica. [26]
Algunos consideraron que la encuesta sobre los dientes de leche era una "campaña [que] empleó eficazmente una variedad de estrategias de promoción en los medios" para alarmar al público y "galvanizó" el apoyo contra las pruebas nucleares atmosféricas, [ cita necesaria ] , y comúnmente se consideraba que poner fin a dichas pruebas como un resultado positivo por innumerables razones. El estudio no pudo demostrar en ese momento, ni en las décadas que han transcurrido, que los niveles globales de estroncio-90 o la lluvia radiactiva en general, fueran una amenaza para la vida, principalmente porque "50 veces el estroncio-90 de antes de los ensayos nucleares" es un número minúsculo, y la multiplicación de números minúsculos da como resultado sólo un número minúsculo ligeramente mayor. Además, se ha criticado la postura y las publicaciones del Proyecto de Radiación y Salud Pública que actualmente conserva los dientes: un artículo de 2003 en The New York Times afirma que muchos científicos consideran el trabajo del grupo controvertido, con poca credibilidad entre el establishment científico, mientras que algunos científicos considérelo "un trabajo bueno y cuidadoso". [27] En un artículo de abril de 2014 en Popular Science , Sarah Fecht sostiene que el trabajo del grupo, específicamente el caso ampliamente discutido de selección de datos para sugerir que las consecuencias del accidente de Fukushima de 2011 causaron muertes infantiles en Estados Unidos, es " ciencia basura ". , ya que a pesar de que sus artículos han sido revisados por pares, los intentos independientes de corroborar sus resultados arrojan hallazgos que no están de acuerdo con lo que sugiere la organización. [28] La organización había sugerido anteriormente que ocurrió lo mismo después del accidente de Three Mile Island en 1979 , aunque la Comisión de Energía Atómica argumentó que esto era infundado. [29] La encuesta sobre los dientes, y el nuevo objetivo de la organización de impulsar la prohibición de los ensayos en las centrales eléctricas nucleares de EE. UU., es detallada y etiquetada críticamente como la " cuestión del Ratoncito Pérez " por la Comisión Reguladora Nuclear . [30]
En caso de un intercambio nuclear a gran escala, los efectos serían drásticos tanto para el medio ambiente como para la población humana. Dentro de las zonas de explosión directa, todo se vaporizaría y destruiría. Las ciudades dañadas pero no completamente destruidas perderían su sistema de agua debido a la pérdida de energía y la rotura de las líneas de suministro. [31] Dentro del patrón local de lluvia nuclear, los suministros de agua de las áreas suburbanas quedarían extremadamente contaminados. En este punto, el agua almacenada sería la única agua segura a utilizar. Toda el agua superficial dentro de la lluvia radiactiva estaría contaminada por la caída de productos de fisión. [31]
Durante los primeros meses del intercambio nuclear, la lluvia radiactiva seguirá desarrollándose y perjudicando al medio ambiente. Polvo, humo y partículas radiactivas caerán a cientos de kilómetros a favor del viento desde el punto de explosión y contaminarán los suministros de agua superficial. [31] El yodo-131 sería el producto de fisión dominante en las primeras semanas, y en los meses siguientes el producto de fisión dominante sería el estroncio-90 . [31] Estos productos de fisión permanecerían en el polvo de la lluvia radiactiva, lo que provocaría que ríos, lagos, sedimentos y suelos se contaminaran con la lluvia radiactiva. [31]
Los suministros de agua de las zonas rurales estarían ligeramente menos contaminados por partículas de fisión en la lluvia radiactiva a medio y largo plazo que las ciudades y las zonas suburbanas. Sin contaminación adicional, los lagos, embalses, ríos y escorrentías estarían gradualmente menos contaminados a medida que el agua continuara fluyendo a través de su sistema. [31]
Sin embargo, en caso de una lluvia nuclear, las reservas de agua subterránea, como los acuíferos, permanecerían inicialmente no contaminadas. Con el tiempo, el agua subterránea podría contaminarse con partículas de lluvia radiactiva y permanecería contaminada durante más de 10 años después de un compromiso nuclear. [31] Se necesitarían cientos o miles de años para que un acuífero se vuelva completamente puro. [32] El agua subterránea seguiría siendo más segura que los suministros de agua superficial y necesitaría consumirse en dosis más pequeñas. A largo plazo, el cesio-137 y el estroncio-90 serían los principales radionucleidos que afectarían los suministros de agua dulce. [31]
Los peligros de la lluvia radiactiva no se limitan al aumento de los riesgos de cáncer y enfermedades por radiación, sino que también incluyen la presencia de radionucleidos en órganos humanos procedentes de los alimentos. Una lluvia radiactiva dejaría partículas de fisión en el suelo para que las consumieran los animales, seguidos por los humanos. La leche, la carne, el pescado, las verduras, los cereales y otros alimentos contaminados radiactivamente serían peligrosos debido a la lluvia radiactiva. [31]
De 1945 a 1967, Estados Unidos llevó a cabo cientos de pruebas de armas nucleares. [33] Durante este tiempo se llevaron a cabo pruebas atmosféricas en el territorio continental de EE. UU. y, como consecuencia, los científicos han podido estudiar el efecto de la lluvia radiactiva nuclear en el medio ambiente. Las detonaciones realizadas cerca de la superficie de la Tierra irradiaron miles de toneladas de suelo. [33] Del material atraído a la atmósfera, partes de material radiactivo serán transportadas por vientos de baja altitud y depositadas en las áreas circundantes como polvo radiactivo. El material interceptado por los vientos de gran altura seguirá viajando. Cuando una nube de radiación a gran altitud está expuesta a la lluvia, la lluvia radiactiva contaminará el área a favor del viento que se encuentra debajo. [33]
Los campos y plantas agrícolas absorberán el material contaminado y los animales consumirán el material radiactivo. Como resultado, la lluvia radiactiva puede causar que el ganado enferme o muera y, si se consume, el material radiactivo se transmitirá a los humanos. [33]
El daño a otros organismos vivos como resultado de la lluvia nuclear depende de la especie. [34] Los mamíferos en particular son extremadamente sensibles a la radiación nuclear, seguidos por las aves, plantas, peces, reptiles, crustáceos, insectos, musgos, líquenes, algas, bacterias, moluscos y virus. [34]
El climatólogo Alan Robock y el profesor de ciencias atmosféricas y oceánicas Brian Toon crearon un modelo de una hipotética guerra nuclear a pequeña escala en la que se utilizarían aproximadamente 100 armas. En este escenario, los incendios crearían suficiente hollín en la atmósfera como para bloquear la luz solar, reduciendo las temperaturas globales en más de un grado Celsius. [35] El resultado tendría el potencial de crear una inseguridad alimentaria generalizada (hambruna nuclear). [35] Como resultado, se alterarían las precipitaciones en todo el mundo. Si se introdujera suficiente hollín en la atmósfera superior, la capa de ozono del planeta podría agotarse, afectando el crecimiento de las plantas y la salud humana. [35]
La radiación resultante permanecería en el suelo, las plantas y las cadenas alimentarias durante años. Las cadenas alimentarias marinas son más vulnerables a la lluvia nuclear y a los efectos del hollín en la atmósfera. [35]
El perjuicio de los radionucleidos radiactivos en la cadena alimentaria humana es evidente en los estudios sobre líquenes, caribúes y esquimales realizados en Alaska. [36] El principal efecto observado en los seres humanos fue la disfunción tiroidea. [37] El resultado de una lluvia nuclear es increíblemente perjudicial para la supervivencia humana y la biosfera. La lluvia radiactiva altera la calidad de nuestra atmósfera, suelo y agua y provoca la extinción de especies. [37]
Durante la Guerra Fría , los gobiernos de Estados Unidos, la URSS, Gran Bretaña y China intentaron educar a sus ciudadanos sobre cómo sobrevivir a un ataque nuclear proporcionando procedimientos para minimizar la exposición a corto plazo a la lluvia radiactiva. Este esfuerzo se conoció comúnmente como Defensa Civil .
La protección contra la lluvia atañe casi exclusivamente a la protección contra la radiación. La radiación de una lluvia radiactiva se encuentra en forma de radiación alfa , beta y gamma , y como la ropa común brinda protección contra la radiación alfa y beta, [38] la mayoría de las medidas de protección contra la lluvia radiactiva tienen que ver con la reducción de la exposición a la radiación gamma. [39] A efectos de protección contra la radiación, muchos materiales tienen un espesor característico que se reduce a la mitad : el espesor de una capa de un material suficiente para reducir la exposición a la radiación gamma en un 50%. Los espesores reducidos a la mitad de los materiales comunes incluyen: 1 cm (0,4 pulgadas) de plomo, 6 cm (2,4 pulgadas) de hormigón, 9 cm (3,6 pulgadas) de tierra compactada o 150 m (500 pies) de aire. Cuando se construyen múltiples espesores, el blindaje se multiplica. Un escudo antinuclear práctico consiste en diez espesores reducidos a la mitad de un material determinado, como 90 cm (36 pulgadas) de tierra compactada, lo que reduce la exposición a los rayos gamma aproximadamente 1024 veces (2, 10 ). [40] [41] Un refugio construido con estos materiales con el fin de proteger contra la lluvia atómica se conoce como refugio antiaéreo .
A medida que el sector de la energía nuclear continúa creciendo, se intensifica la retórica internacional en torno a la guerra nuclear y persiste la amenaza siempre presente de que los materiales radiactivos caigan en manos de personas peligrosas, muchos científicos están trabajando arduamente para encontrar la mejor manera de proteger los órganos humanos de los efectos nocivos de la radiación de alta energía. El síndrome de radiación aguda (SAR) es el riesgo más inmediato para los seres humanos cuando se exponen a radiación ionizante en dosis superiores a aproximadamente 0,1 Gy/h . Es poco probable que la radiación en el espectro de baja energía ( radiación alfa y beta ) con un poder de penetración mínimo cause daños importantes a los órganos internos. Sin embargo, el alto poder de penetración de la radiación gamma y de neutrones penetra fácilmente la piel y muchos mecanismos de protección finos para provocar la degeneración celular en las células madre que se encuentran en la médula ósea. Si bien proteger todo el cuerpo en un refugio antiatómico seguro, como se describe anteriormente, es la forma más óptima de protección contra la radiación, requiere estar encerrado en un búnker muy grueso durante un período de tiempo significativo. En caso de una catástrofe nuclear de cualquier tipo, es imperativo contar con equipos de protección móviles para que el personal médico y de seguridad realice la contención, evacuación y cualquier otra serie de objetivos importantes de seguridad pública necesarios. La masa del material de protección necesaria para proteger adecuadamente todo el cuerpo de la radiación de alta energía haría que el movimiento funcional fuera esencialmente imposible. Esto ha llevado a los científicos a comenzar a investigar la idea de la protección corporal parcial: una estrategia inspirada en el trasplante de células madre hematopoyéticas (TCMH). La idea es utilizar suficiente material de protección para proteger suficientemente la alta concentración de médula ósea en la región pélvica, que contiene suficientes células madre regenerativas para repoblar el cuerpo con médula ósea no afectada. [42] Puede encontrar más información sobre el blindaje de la médula ósea en el artículo del Health Physics Radiation Safety Journal Selective Shielding of Bone Marrow: An Approach to Protecting Humans from External Gamma Radiation, o en la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE) y el informe de 2015 de la Agencia de Energía Nuclear (NEA) : Protección radiológica ocupacional en la gestión de accidentes graves.
El peligro de radiación procedente de la lluvia radiactiva también disminuye rápidamente con el tiempo debido en gran parte a la desintegración exponencial de los radionucleidos individuales. Un libro de Cresson H. Kearny presenta datos que muestran que durante los primeros días después de la explosión, la tasa de dosis de radiación se reduce en un factor de diez por cada aumento de siete veces en el número de horas desde la explosión. Presenta datos que muestran que "la tasa de dosis tarda aproximadamente siete veces más en disminuir de 1000 roentgens por hora (1000 R/h) a 10 R/h (48 horas) que en disminuir de 1000 R/h a 100 R". /h (7 horas)." [43] Esta es una regla general basada en datos observados, no una relación precisa.
El gobierno de los Estados Unidos, a menudo la Oficina de Defensa Civil del Departamento de Defensa , proporcionó guías para la protección contra la radiación nuclear en la década de 1960, frecuentemente en forma de folletos. Estos folletos proporcionaban información sobre cómo sobrevivir mejor a la lluvia nuclear. [44] También incluían instrucciones para varios refugios antiatómicos , ya sea para una familia, un hospital o un refugio escolar. [45] [46] También había instrucciones sobre cómo crear un refugio antiatómico improvisado y qué hacer para aumentar mejor las posibilidades de supervivencia de una persona si no estaba preparada. [47]
La idea central de estas guías es que materiales como el hormigón, la tierra y la arena son necesarios para proteger a una persona de las partículas y la radiación. Para proteger a una persona de la radiación radiactiva se necesita una cantidad importante de materiales de este tipo, por lo que la ropa de seguridad no puede proteger a una persona de la radiación radiactiva. [47] [44] Sin embargo, la ropa protectora puede mantener las partículas de lluvia fuera del cuerpo de una persona, pero la radiación de estas partículas aún permeará la ropa. Para que la ropa de seguridad pudiera bloquear la radiación radiactiva, tendría que ser tan gruesa y pesada que una persona no pudiera funcionar. [44]
Estas guías indicaban que los refugios antiatómicos deberían contener recursos suficientes para mantener con vida a sus ocupantes durante un máximo de dos semanas. [44] Se prefirieron los refugios comunitarios a los unifamiliares. Cuantas más personas haya en un refugio, mayor cantidad y variedad de recursos estará equipado. Los refugios de estas comunidades también ayudarían a facilitar los esfuerzos para recuperar la comunidad en el futuro. [44] Los refugios unifamiliares deberían construirse bajo tierra si es posible. Se podrían construir muchos tipos diferentes de refugios antiatómicos con una cantidad de dinero relativamente pequeña. [44] [47] Un formato común para los refugios antiatómicos era construir el refugio bajo tierra, con bloques de hormigón sólidos que actuaran como techo. Si un refugio sólo podía estar parcialmente bajo tierra, se recomendaba construir un montículo sobre él con la mayor cantidad de tierra posible. Si una casa tenía un sótano, lo mejor es construir un refugio antiatómico en una esquina del sótano. [44] El centro de un sótano es donde estará la mayor cantidad de radiación porque la forma más fácil de que la radiación ingrese a un sótano es desde el piso de arriba. [47] Las dos paredes del refugio en una esquina del sótano serán las paredes del sótano que están rodeadas de tierra en el exterior. Para las otras dos paredes se recomendaron bloques de cemento rellenos de arena o tierra. [47] Se deben usar bloques de concreto, o algún otro material denso, como techo para un refugio antiatómico en el sótano porque el piso de una casa no es un techo adecuado para un refugio antiatómico . [47] Estos refugios deben contener agua, alimentos, herramientas y un método para tratar los desechos humanos. [47]
Si una persona no contaba con un refugio construido previamente, estos guías recomendaban intentar llegar bajo tierra. Si una persona tenía un sótano pero no un refugio, debía poner comida, agua y un contenedor de desechos en la esquina del sótano. [47] Luego, elementos como muebles deben apilarse para crear paredes alrededor de la persona en la esquina. [47] Si no se puede llegar al subsuelo, se recomendó como buen refugio antiatómico un edificio de apartamentos alto al menos a diez millas de la explosión. Las personas en estos edificios deben acercarse lo más posible al centro del edificio y evitar las plantas superior y baja. [44]
Según la Oficina de Defensa Civil, las escuelas eran los refugios preferidos. [46] [45] Las escuelas, sin incluir las universidades, contenían una cuarta parte de la población de los Estados Unidos cuando estaban en sesión en ese momento. [45] La distribución de las escuelas en todo el país reflejaba la densidad de la población y, a menudo, eran el mejor edificio en una comunidad para actuar como refugio antiatómico. Las escuelas también ya contaban con una organización con líderes establecidos. [45] La Oficina de Defensa Civil recomendó modificar las escuelas actuales y la construcción de escuelas futuras para incluir paredes y techos más gruesos, sistemas eléctricos mejor protegidos, un sistema de ventilación purificadora y una bomba de agua protegida. [46] La Oficina de Defensa Civil determinó que eran necesarios 10 pies cuadrados de área neta por persona en las escuelas que iban a funcionar como refugio antiatómico. Un aula normal podría proporcionar espacio para dormir a 180 personas. [45] Si ocurriera un ataque, todos los muebles innecesarios debían ser retirados de las aulas para dejar más espacio para las personas. [45] Se recomendó mantener una o dos mesas en la habitación, si era posible, para usarlas como estación para servir alimentos. [45]
La Oficina de Defensa Civil llevó a cabo cuatro estudios de caso para determinar el costo de convertir cuatro escuelas permanentes en refugios antiatómicos y cuál sería su capacidad. El costo de las escuelas por ocupante en la década de 1960 era de $66,00, $127,00, $50,00 y $180,00. [45] La capacidad de personas que estas escuelas podían albergar como refugios era 735, 511, 484 y 460 respectivamente. [45]
El Departamento de Seguridad Nacional de Estados Unidos y la Agencia Federal para el Manejo de Emergencias, en coordinación con otras agencias interesadas en la protección pública después de una detonación nuclear, han desarrollado documentos de orientación más recientes que se basan en los marcos de defensa civil más antiguos. La Guía de planificación para la respuesta a una detonación nuclear se publicó en 2022 y proporcionó un análisis en profundidad y planificación de respuesta para las jurisdicciones de gobiernos locales. [48]
Las consecuencias también pueden referirse a accidentes nucleares , aunque un reactor nuclear no explota como un arma nuclear. La firma isotópica de la lluvia radiactiva de una bomba es muy diferente de la de un accidente grave de un reactor de energía (como Chernobyl o Fukushima ).
Las diferencias clave están en la volatilidad y la vida media .
El punto de ebullición de un elemento (o de sus compuestos ) es capaz de controlar el porcentaje de ese elemento que se libera en un accidente de reactor de potencia. La capacidad de un elemento para formar un sólido controla la velocidad con la que se deposita en el suelo después de haber sido inyectado a la atmósfera por una detonación o accidente nuclear.
La vida media es el tiempo que tarda la mitad de la radiación de una sustancia específica en desintegrarse. En la lluvia radiactiva de las bombas se encuentran una gran cantidad de isótopos de vida corta, como el 97 Zr. Este isótopo y otros isótopos de vida corta se generan constantemente en un reactor de potencia, pero debido a que la criticidad ocurre durante un largo período de tiempo, la mayoría de estos isótopos de vida corta se desintegran antes de que puedan ser liberados.
La lluvia nuclear puede ocurrir debido a varias fuentes diferentes. Una de las fuentes potenciales más comunes de lluvia radiactiva son los reactores nucleares . Debido a esto, se deben tomar medidas para garantizar que se controle el riesgo de lluvia radiactiva en los reactores nucleares. En las décadas de 1950 y 1960, la Comisión de Energía Atómica de los Estados Unidos (AEC) comenzó a desarrollar normas de seguridad contra la lluvia radiactiva para reactores nucleares civiles. Debido a que los efectos de la lluvia nuclear son más generalizados y duraderos que otras formas de accidentes de producción de energía, la AEC deseaba una respuesta más proactiva que nunca ante posibles accidentes. [49] Un paso para prevenir accidentes en reactores nucleares fue la Ley Price-Anderson . Aprobada por el Congreso en 1957, la Ley Price-Anderson garantizaba una asistencia gubernamental superior a los 60 millones de dólares cubiertos por las compañías de seguros privadas en caso de accidente de un reactor nuclear. El principal objetivo de la Ley Price-Anderson era proteger a las empresas multimillonarias que supervisan la producción de reactores nucleares. Sin esta protección, la industria de los reactores nucleares podría paralizarse y se reducirían las medidas de protección contra la lluvia radiactiva. [50] Sin embargo, debido a la experiencia limitada en la tecnología de reactores nucleares, los ingenieros tuvieron dificultades para calcular el riesgo potencial de la radiación liberada. [50] Los ingenieros se vieron obligados a imaginar cada accidente improbable y las posibles consecuencias asociadas con cada accidente. Las regulaciones de la AEC contra la posible lluvia radiactiva de un reactor nuclear se centraron en la capacidad de la central eléctrica para sufrir el Máximo Accidente Creíble (MCA). La MCA implicó una "gran liberación de isótopos radiactivos después de una fusión sustancial del combustible del reactor cuando el sistema de refrigeración del reactor falló debido a un accidente por pérdida de refrigerante". [49]La prevención de la MCA permitió la adopción de una serie de nuevas medidas preventivas contra la lluvia nuclear. Se habilitaron sistemas de seguridad estáticos, o sistemas sin fuentes de energía ni intervención del usuario, para evitar posibles errores humanos. Los edificios de contención, por ejemplo, eran eficaces para contener una liberación de radiación y no necesitaban energía ni estar encendidos para funcionar. Los sistemas de protección activos, aunque mucho menos confiables, pueden hacer muchas cosas que los sistemas estáticos no pueden. Por ejemplo, un sistema para reemplazar el vapor que se escapa de un sistema de enfriamiento con agua de refrigeración podría evitar que el combustible del reactor se derrita. Sin embargo, este sistema necesitaría un sensor para detectar la presencia de vapor liberado. Los sensores pueden fallar y las consecuencias de la falta de medidas preventivas provocarían una lluvia radiactiva local. La AEC tuvo entonces que elegir entre sistemas activos y estáticos para proteger al público de la lluvia nuclear. Debido a la falta de estándares establecidos y cálculos probabilísticos, la AEC y la industria se dividieron sobre las mejores precauciones de seguridad a utilizar. Esta división dio origen a la Comisión Reguladora Nuclear (NRC). La NRC estaba comprometida con las "regulaciones a través de la investigación", lo que proporcionó al comité regulador un banco de conocimientos de investigación en el que basar sus regulaciones. Gran parte de la investigación realizada por la NRC buscó trasladar los sistemas de seguridad desde un punto de vista determinista a un nuevo enfoque probabilístico. El enfoque determinista buscaba prever todos los problemas antes de que surgieran. El enfoque probabilístico utiliza un enfoque más matemático para sopesar los riesgos de posibles fugas de radiación. Gran parte del enfoque probabilístico de seguridad se puede extraer de la teoría de la transferencia radiativa en Física , que describe cómo la radiación viaja en el espacio libre y a través de barreras. [51] Hoy en día, la NRC sigue siendo el principal comité regulador de las centrales eléctricas de reactores nucleares.
La Escala Internacional de Eventos Nucleares y Radiológicos (INES) es la forma principal de categorizar los posibles efectos sobre la salud y el medio ambiente de un evento nuclear o radiológico y comunicarlos al público. [52] La escala, que fue desarrollada en 1990 por la Agencia Internacional de Energía Atómica y la Agencia de Energía Nuclear de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos , clasifica estos accidentes nucleares basándose en el impacto potencial de la lluvia radiactiva: [52] [ 53]
La escala INES se compone de siete pasos que categorizan los eventos nucleares, desde anomalías que deben registrarse para mejorar las medidas de seguridad hasta accidentes graves que requieren acción inmediata.
Chernóbil
La explosión del reactor nuclear de Chernobyl en 1986 fue categorizada como accidente de Nivel 7, que es la clasificación más alta posible en la escala INES, debido a los efectos generalizados sobre el medio ambiente y la salud y la "liberación externa de una fracción significativa del inventario del núcleo del reactor". [53] El accidente nuclear sigue siendo el único accidente en la energía nuclear comercial que provocó muertes relacionadas con la radiación. [54] La explosión de vapor y los incendios liberaron aproximadamente 5200 PBq, o al menos el 5 por ciento del núcleo del reactor, a la atmósfera. [54] La explosión en sí provocó la muerte de dos trabajadores de la planta, mientras que 28 personas murieron durante las semanas siguientes por envenenamiento severo por radiación. [54] Además, los niños pequeños y adolescentes en las áreas más contaminadas por la exposición a la radiación mostraron un aumento en el riesgo de cáncer de tiroides , aunque el Comité Científico de las Naciones Unidas sobre los Efectos de las Radiaciones Atómicas afirmó que "no hay evidencia de un importante impacto en la salud pública" aparte de eso. [54] [55] El accidente nuclear también cobró un alto precio en el medio ambiente, incluida la contaminación en entornos urbanos causada por la deposición de radionúclidos y la contaminación de "diferentes tipos de cultivos, en particular, hortalizas de hojas verdes... dependiendo de la niveles de deposición y época de la temporada de crecimiento". [56]
Isla de tres millas
La fusión nuclear de Three Mile Island en 1979 fue categorizada como un accidente de Nivel 5 en la escala INES debido al "daño severo al núcleo del reactor" y la fuga de radiación causada por el incidente. [53] Three Mile Island fue el accidente más grave en la historia de las centrales nucleares comerciales estadounidenses, pero los efectos fueron diferentes a los del accidente de Chernobyl. [57] Un estudio realizado por la Comisión Reguladora Nuclear después del incidente revela que los casi 2 millones de personas que rodean la planta de Three Mile Island "se estima que recibieron una dosis de radiación promedio de sólo 1 milirem por encima de la dosis de fondo habitual". [57] Además, a diferencia de los afectados por la radiación en el accidente de Chernobyl, el desarrollo del cáncer de tiroides en las personas alrededor de Three Mile Island fue "menos agresivo y menos avanzado". [58]
Fukushima
Al igual que el incidente de Three Mile Island, el incidente de Fukushima se clasificó inicialmente como un accidente de nivel 5 en la escala INES después de que un tsunami inutilizara el suministro de energía y la refrigeración de tres reactores, que luego sufrieron un importante derretimiento en los días siguientes. [59] Sin embargo, después de combinar los eventos en los tres reactores en lugar de evaluarlos individualmente, el accidente fue elevado a un nivel INES 7. [60] La exposición a la radiación del incidente provocó una evacuación recomendada para los habitantes hasta 30 km de distancia de la planta. [59] Sin embargo, también fue difícil rastrear dicha exposición porque 23 de las 24 estaciones de monitoreo radiactivo también quedaron inutilizadas por el tsunami. [59] Eliminar el agua contaminada, tanto en la propia planta como en el agua de escorrentía que se esparció hacia el mar y áreas cercanas, se convirtió en un gran desafío para el gobierno japonés y los trabajadores de la planta. Durante el período de contención posterior al accidente, se liberaron al mar miles de metros cúbicos de agua ligeramente contaminada para liberar almacenamiento de más agua contaminada en los edificios del reactor y de las turbinas. [59] Sin embargo, las consecuencias del accidente de Fukushima tuvieron un impacto mínimo en la población circundante. Según el Institut de Radioprotection et de Surêté Nucléaire , más del 62 por ciento de los residentes evaluados dentro de la prefectura de Fukushima recibieron dosis externas de menos de 1 mSv en los cuatro meses posteriores al accidente. [61] Además, la comparación de las campañas de detección para niños dentro de la prefectura de Fukushima y en el resto del país no reveló diferencias significativas en el riesgo de cáncer de tiroides. [61]
Fundada en 1974, la Agencia Internacional de Energía Atómica (OIEA) fue creada para establecer estándares internacionales para la seguridad de los reactores nucleares. Sin embargo, sin una fuerza policial adecuada, las directrices establecidas por la OIEA a menudo fueron tratadas a la ligera o ignoradas por completo. En 1986, el desastre de Chernobyl fue una prueba de que la seguridad internacional de los reactores nucleares no debía tomarse a la ligera. Incluso en plena Guerra Fría , la Comisión Reguladora Nuclear buscó mejorar la seguridad de los reactores nucleares soviéticos. Como señaló el Director General de la OIEA, Hans Blix , "una nube de radiación no conoce fronteras internacionales". [62] La NRC mostró a los soviéticos las pautas de seguridad utilizadas en los EE. UU.: regulación competente, operaciones orientadas a la seguridad y diseños de plantas eficaces. Los soviéticos, sin embargo, tenían su propia prioridad: mantener la planta en funcionamiento a toda costa. Al final, prevaleció el mismo cambio entre diseños de seguridad deterministas y diseños de seguridad probabilísticos. En 1989, se formó la Asociación Mundial de Operadores Nucleares (WANO) para cooperar con la OIEA para garantizar los mismos tres pilares de seguridad de los reactores a través de fronteras internacionales. En 1991, WANO concluyó (utilizando un enfoque de seguridad probabilístico) que no se podía confiar en todos los reactores nucleares anteriormente controlados por los comunistas y que debían cerrarse. En comparación con un " Plan Marshall Nuclear ", a lo largo de los años 1990 y 2000 se realizaron esfuerzos para garantizar estándares internacionales de seguridad para todos los reactores nucleares. [62]
(página 436.) 9.107 Una dosis de radiación de 700 rads durante un período de 96 horas probablemente resultaría fatal en la gran mayoría de los casos.
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