Casi 60 años después de que terminaron las pruebas nucleares británicas, las partículas radiactivas que contienen plutonio y uranio aún contaminan el paisaje alrededor de Maralinga en el interior del sur de Australia.
Estas “partículas calientes” no son tan estables como alguna vez supusimos. Nuestra investigar muestra que probablemente estén liberando pequeños trozos de plutonio y uranio que pueden ser transportados fácilmente en polvo y agua, inhalados por humanos y vida silvestre y absorbidos por plantas.
Las pruebas nucleares británicas dejaron un legado radiactivo. (Archivos Nacionales de Australia)
Un patio de recreo nuclear británico
Después de los bombardeos atómicos estadounidenses de Hiroshima y Nagasaki en 1945, otras naciones se apresuraron a construir sus propias armas nucleares. Gran Bretaña estaba buscando ubicaciones para realizar sus pruebas. Cuando se acercó al gobierno australiano a principios de la década de 1950, Australia estaba ansiosa por aceptar.
Entre 1952 y 1963, Gran Bretaña detonó 12 bombas nucleares en Australia. Había tres en las is las Montebello frente a Australia Occidental, pero la mayoría estaban en el interior del sur de Australia: dos en Emu Field y siete en Maralinga.
Además de las detonaciones nucleares a gran escala, hubo cientos de ensayos “subcríticos” diseñados para probar el rendimiento y la seguridad de las armas nucleares y sus componentes. Por lo general, estos ensayos consistían en hacer estallar dispositivos nucleares con explosivos convencionales o prenderles fuego.
Las pruebas subcríticas liberaron materiales radiactivos. Solo los ensayos de Vixen B (en el sitio de prueba de Taranaki en Maralinga) esparcieron 22,2 kilogramos de plutonio y más de 40 kilogramos de uranio por el árido paisaje. A modo de comparación, la bomba nuclear lanzada sobre Nagasaki contenía 6,4 kilogramos de plutonio, mientras que la lanzada sobre Hiroshima contenía 64 kilogramos de uranio.
Estas pruebas dieron como resultado una contaminación radiactiva duradera del medio ambiente. El alcance total de la contaminación no se conoció hasta 1984, antes de que la tierra fuera devuelta a sus propietarios tradicionales, el pueblo Maralinga Tjarutja.
Patatas calientes
A pesar de los numerosos esfuerzos de limpieza, quedan restos de plutonio y uranio en Maralinga. La mayoría está presente en forma de “partículas calientes”. Estos son diminutos granos radiactivos (mucho más pequeños que un milímetro) dispersos en el suelo.
El plutonio es un elemento radiactivo fabricado principalmente por humanos, y el plutonio apto para armas utilizado en las pruebas nucleares británicas tiene una vida media de 24.100 años. Esto significa que incluso 24.100 años después de las pruebas de Vixen B que terminaron en 1963, todavía habrá casi dos bombas de Nagasaki de plutonio esparcidas por el sitio de prueba de Taranaki.
El plutonio emite radiación alfa que puede dañar el ADN si ingresa al cuerpo al comer, beber o respirar.
En su estado original, las partículas de plutonio y uranio están bastante inactivas. Sin embargo, con el tiempo, cuando se exponen a la atmósfera, el agua o los microbios, pueden meteorizar y liberar plutonio y uranio en polvo o tormentas de lluvia.
Hasta hace poco, sabíamos poco sobre la composición interna de estas partículas calientes. Esto hace que sea muy difícil evaluar con precisión los riesgos ambientales y para la salud que plantean.
La estudiante de doctorado de Monash, Megan Cook (autora principal de nuestro nuevo artículo) aceptó este desafío. Su investigación tuvo como objetivo identificar cómo se depositaba el plutonio a medida que lo transportaban las corrientes atmosféricas después de las pruebas nucleares (parte de él viajó hasta Queensland!), las características de las partículas calientes de plutonio cuando aterrizan y el movimiento potencial dentro del suelo.
(Cook et al., Scientific Reports, 2021)
Sobre: El plutonio y el uranio aparecen como grumos brillantes incrustados en una aleación de hierro y aluminio más oscura en esta imagen de microscopio electrónico.
Nanotecnología al rescate
Estudios anteriores utilizaron los rayos X súper intensos generados por fuentes de luz de sincrotrón para mapear la distribución y el estado de oxidación del plutonio dentro de las partículas calientes a escala micrométrica.
Para obtener más detalles, usamos rayos X del sincrotrón Diamond cerca de Oxford en el Reino Unido, un enorme maquina más de medio kilómetro de circunferencia que produce luz diez mil millones de veces más brillante que el Sol en un acelerador de partículas.
El estudio de cómo las partículas absorbieron los rayos X reveló que contenían plutonio y uranio en varios estados diferentes de oxidación, lo que afecta su grado de reactividad y toxicidad. Sin embargo, cuando miramos las sombras que proyectan las partículas en la luz de rayos X (o “difracción de rayos X”), no pudimos interpretar los resultados sin saber más sobre los diferentes químicos dentro de las partículas.
Para obtener más información, usamos un máquina en la Universidad de Monash que puede cortar muestras diminutas con un haz de iones de alta energía de un nanómetro de ancho, luego analizar los elementos en el interior y hacer imágenes del interior. Esto es un poco como usar un sable de luz para cortar una roca, solo en la más pequeña de las escalas. Esto reveló con exquisito detalle la compleja gama de materiales y texturas dentro de las partículas.
Gran parte del plutonio y el uranio se distribuye en partículas diminutas de entre unos pocos micrómetros y unos pocos nanómetros, o se disuelve en aleaciones de hierro y aluminio. También descubrimos un compuesto de plutonio, uranio y carbono que se destruiría rápidamente en presencia de aire, pero que se mantuvo estable gracias a la aleación metálica.
Esta compleja estructura física y química de las partículas sugiere las partículas formadas por el enfriamiento de las gotas de metal fundido de la nube de explosión.
Al final, se necesitó un equipo multidisciplinario en tres continentes, incluidos científicos del suelo, mineralogistas, físicos, ingenieros minerales, científicos de sincrotrones, microscopistas y radioquímicos, para revelar la naturaleza de las partículas calientes de Maralinga.
Del fuego al polvo
Nuestros resultados sugieren que los procesos químicos y físicos naturales en el medio ambiente del interior pueden causar la liberación lenta de plutonio de las partículas calientes a largo plazo. Es probable que esta liberación de plutonio contribuya a la absorción continua de plutonio por fauna en Maralinga.
Incluso en las condiciones semiáridas de Maralinga, las partículas calientes se descomponen lentamente, liberando su carga mortal. Las lecciones de las partículas de Maralinga no se limitan al interior de Australia. También son útiles para comprender las partículas generadas por bombas sucias o liberadas durante incidentes nucleares subcríticos.
Ha habido algunos casos documentados de tales incidentes. Estos incluyen los accidentes de B-52 que resultaron en la detonación convencional de armas termonucleares cerca de Palomares en España en 1966, y Thule en Groenlandia en 1968, y la explosión de un misil nuclear armado y posterior incendio en la Base de la Fuerza Aérea McGuire en los EE. UU. en 1960.
En la actualidad, las naciones de todo el mundo todavía poseen miles de armas nucleares activas. El legado de Maralinga muestra que el mundo no puede permitirse incidentes relacionados con partículas nucleares.
Barbara Etschmann, Oficial de investigación, Universidad Monash; Joel Brugger, Profesor de Geociencias Sincrotrón, Universidad Monash, y Vanessa Wong, Profesor adjunto, Universidad Monash.
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