Recc 19 by elclubcuantico

REVISTA Â´ EL CLUB CUANTICO No 19, JUNIO 2017

Editores: Marco Corgini Videla - Ingrid Torres Castillo

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Editorial Digital El Club Cu´ antico www.elclubcuantico.blogspot.com www.youtube.com/elclubcuantico elclubcuantico@gmail.coma aLos contenidos en esta revista están protegidos por los derechos de autor. Queda autorizada su reproducción, sólo para fines académicos y/o educacionales. Los art´ıculos, en caso de ser mencionados en otros textos, deben ser debidamente referenciados, indicando, en cada situaci´ on: Nombre/s Autor/es, T´ıtulo Art´ıculo, No. RECC, Páginas, A˜ no. En caso de que la autor´ıa no aparezca expl´ıcitamente se asumir´ a que ésta pertenece al Comité Editorial.

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Índice 1. EDITORIAL ´ 2. EXOSOMAS Y CANCER 3. BREVES SOBRE EL ARN Y EL ADN 4. ADN Y TRANSGENIA 5. ENERGÍA NUCLEAR I 5.1. Introducción 5.2. Fisión 5.3. Fusión

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EDITORIAL

En este n´ umero de RECC abordaremos temas de biolog´ıa, en este caso, asociados al estudio de procesos, como la angiogénesis, vinculados al crecimiento y desarrollo de cierto tipo de tumores cancerosos, espec´ıficamente los melanomas. En este mismo contexto, nos introduciremos brebenente en los or´ıgenes, supuestos, del ARN y el ADN, bases de toda estructura fina de los seres vivos sobre la tierra y su rol en la transgenia. Finalmente, consideraremos un art´ıculo dedicado a la energ´ıa nuclear. Fisión y fusión, entendidas como procesos nucleares en donde el papel de los neutrones resulta esencial, serán brevemente tratadas.

Marco Corgini Videla

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´ EXOSOMAS Y CANCER

Los estudios desarrollados a partir de los logros de los u ´ltimos a˜ nos en ingenier´ıa genética, biolog´ıa molecular, etc., han conducido a una mejor comprensión de los procesos asociados al desarrollo de cánceres y, eventualmente, generar técnicas destinadas a atacar la enfermedad ´ en el futuro. Este es el caso de las investigaciones sobre el papel jugado por los denominados exosomas en la diseminación de células tumorales [1-3]. Recordemos que un gen es un fragmento de ADN (ácido desoxirribonucléico) que codifica una prote´ına funcional que se sintetiza por medio de la intervención de ARNm, ARNt, ARNr y que los exones de un gen son regiones de éste que codifican alguna prote´ına y se encuentran separados por fragmentos que no cumplen dicha función (intrones). Por u ´ltimo, los proto-oncogenes son aquellos genes que a través de sus productos promueven el crecimiento de una célula. Un espectro amplio de células eucariotas secretan ves´ıculas, denominadas exosomas, cuyo contenido son prote´ınas y moléculas de RNA. Si bien éstos sirven en la comunicación célula-célula, la modulación fenot´ıpica celular, el mantenimiento de las funciones celulares, etc., parecen estar asociados también a la diseminación de muchas enfermedades, incluso el cáncer, a través de diversos mecanismos (incluidos los virales) como, por ejemplo, la transmisión de información oncogénica desde las células tumorales a células sanas (células objetivo) modificando sus fenotipos, tal como se˜ nalan estudios recientes [4] . Se supone que el mecanismo por el cual un tumor desarrolla su potencial metastásico se explica primariamente por la adquisición de propiedades celulares

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autónomas (intr´ınsecas), que median la selección y producción de un clon capaz de diseminación vascular. En este contexto, la acumulación de mutaciones somáticas que afecta las propiedades genéticas y epigenéticas de la célula subyace a la evolución clonal. Sin embargo, mecanismos extr´ınsecos tales como la fusión célulacélula entre células tumorales y macrófagos de la médula espinal o la liberación de exosomas desde células tumorales parecen jugar también un rol importante en el desarrollo de la metástasis. En este contexto, existe un n´ umero importante de se˜ nales que son exteriores a la célula y que son recibidas por ésta en su superficie y transmitidas a través del citoplasma hasta el n´ ucleo, lugar desde donde se regula el crecimiento celular y otras funciones imprescindibles para su homeostasis. En otras palabras, una molécula que transmite una se˜ nal extracelular (molécula de se˜ nalización) activa un receptor en la superficie de una célula y un segundo mecanismo la remite al interior de ésta, en donde se generará una respuesta fisiológica, la cual puede ser diversa para una misma se˜ nal. Este proceso se denomina “transducción de se˜ nal”. Se ha estudiado, por ejemplo, el papel que juegan los exosomas derivados de melanomas en la formación de tumores primarios y metástasis tanto en ratones como en seres humanos, concluyéndose que incrementan el comportamiento metastásico por medio de lo que los investigadores han denominado, sugerentemente, “educación” de las células de la médula espinal (progenitoras hematopoyéticas o generadoras de células sangu´ıneas), las cuales, entre sus acciones, incidirán en la formación de vasos sangu´ıneos (angiogénesis), condición importante para el establecimiento de las neoplasias. Esto se materializa a través de la transferencia de información oncogénica. En este sentido,

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los exosomas cumplir´ıan una función de facilitadores de condiciones para el crecimiento y desarrollo de tumores. El proto-oncogén MET, localizado en el denominado brazo largo del cromosoma 7 (7q31-34 para los especialistas), fundamental en este caso, codifica el receptor del factor de crecimiento del hepatocito (rHGF). Las alteraciones genéticas de este proto-oncogén se producen especialmente entre los exones –comprendidos entre el 16 y el 19–, que codifican precisamente para el dominio de tirosina quinasa-enzimas (moléculas proteicas, catalizadoras de ciertas reacciones bioqu´ımicas, ubicadas en la membrana o superficie celular) encargadas de receptar los factores de crecimiento [1], producidas por un tipo de células y que cumplen, junto con las hormonas, una función asociada al crecimiento celular. Cuando el receptor se une a un factor espec´ıfico, se activa y env´ıa una se˜ nal, mediada por una “cascada de eventos”, destinada a producir una respuesta adecuada en la célula. En s´ıntesis, en condiciones normales, las prote´ınas tirosina quinasas generan una se˜ nal que es recibida y conducida a través del citoplasma hasta el n´ ucleo por las llamadas prote´ınas quinasa citoplasmáticas y prote´ınas quinasa nucleares, respectivamente. En ese lugar, se harán efectivas las transcripciones génicas y de prote´ınas que controlan el ciclo celular. En el caso de la transformación del proto-oncogén en oncogén, el receptor de factor de crecimiento se˜ nalado se altera, actuando a´ un en ausencia de est´ımulo externo, lo que inevitablemente generará una respuesta equivocada de la célula que desregulará su desarrollo. Por otro lado, se ha reportado que exosomas cargados con mRNAs (RNA mensajeros), microRNAs y prote´ınas angiogénicas participan activamente en el desarrollo de enfermedades cerebrales malignas. En

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este caso, son las células de los gioblastomas (tipos de tumores cancerosos cerebrales altamente agresivos) las que secretan los exosomas que contribuyen a la proliferación tumoral y la angiogénesis [5]. Estas ves´ıculas son receptadas por células normales, tales como las células endoteliales microvasculares del cerebro. Bibliograf´ıa [1] H. Peinado, M. Aleˇcković, S. Lavotshkin, et al. Melanoma Exosomes Educate Bone Marrow Progenitor Cells Toward a Pro-Metastatic Phenotype Through MET. Nat Med. 2012; 18: 883-891. [2] J. M. Pawelek, A.K. Chakraborty. Fusion of Tumour Cells with Bone Marrow-Derived Cells: A Unifying Explanation for Metastasis. Nat Rev Cancer. 2008; 8: 377-386. [3] R. Somasundaram, M. Herlyn. Melanoma Exosomes: Messengers of Metastasis. Nature Medicine 18, 853-854 (2012). [4] Yi Lee, Samir, E.L. Andaloussi and Matthew J.A. Wood. Exosomes and Microvesicles: Extracellular Vesicles or Genetic Information Transfer and Gene Therapy. Human Molecular Genetics, 2012, Vol. 21, Review Issue 1 R125-R134, 2012. [5] J. Skog J, T. Wurdinger, S. van Rijn, D H. Meijer, L.Gainche, M. Sena Esteves, W.T. Curry Jr, B.S. Carter, A.M. Krichevsky, X.O. Breakefield. Glioblastoma Microvesicles Transport RNA and Proteins. Nat. Cell.Biol. 10 (12), 1470-1476, 2008. [6] M. Corgini. Ciencia y realismo. Más allá del imnsoportable mito del observador. Ed. Universidad de La Serena,. 2015

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BREVES SOBRE EL ARN Y EL ADN

Es probable que las moléculas orgánicas indispensables para el surgimiento de los bien conocidos ARN (ácido ribonucleico) y ADN (ácido desoxirribonucleico), formados de las cadenas de nucleótidos que dan cuenta del material genético de los organismos vivos, hayan sido sintetizadas originalmente en la atmósfera y esparcidas en la superficie del mar a través de la lluvia primitiva. Tanto el ARN como el ADN constituyen parte esencial de la cadena aćidos nucleicos-s´ıntesis de prote´ınas-creación de ácidos nucleicos. En este sentido, la siguiente pregunta surge de inmediato: habrán sido tales aćidos los primeros o, por el contrario, las prote´ınas. La respuesta la entregó la bioqu´ımica, luego de descubrirse que algunos tipos de ARN, además de cumplir con su función de reservorio o almacén de material genético, sirven de catalizadores de reacciones qu´ımicas destinadas a su autorreplicación. La aparición de moléculas con la capacidad de autorreplicarse, precursoras del actual DNA (3.8 billones de a˜ nos atrás), de almacenar información genética, copiarla y desarrollar actividad metabólica básica, funciones que a diferencia de esta situación inicial, actualmente cumplen diferentes tipos de moléculas (ADN, ARN, etc.) a las cuales se habr´ıa llegado a través del proceso de selección natural, constituye, en opinión de muchos especialistas en el a´rea, el elemento clave en los or´ıgenes de la vida sobre el planeta. En este sentido, es una hipótesis importante aquélla respecto a que originariamente el ARN habr´ıa prevalecido sobre otras estructuras (ARN-autorreplicante).

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Un antecedente a favor de esta hipótesis ser´ıa la similitud existente entre el nucleótido adenina, presente en el ARN y el ATP (adenosintrifosfato), responsable a´ un de los procesos energéticos a nivel celular. La diferencia estructural entre ambas moléculas consiste sólo en la presencia en la segunda de dos fosfatos, situación detectada también en fósiles. La diferenciación entre las moléculas replicantes y el medio se habr´ıa visto favorecida con la aparición de membranas durante el desarrollo del proceso evolutivo. As´ı se constituyeron estructuras más complicadas, con ventajas evidentes respecto de las primeras moléculas replicantes desnudas, mejorando de paso sus procesos de metabolización respecto de sus antecesoras, constituyéndose de esta forma en los primeros organismos vivos, similares a las bacterias –células–. Se supone que el RNA quedó paulatinamente limitado al papel de mensajero, quedando otras funciones importantes –como los procesos metabólicos de las emergentes células– en manos del ADN. De esta forma, aproximadamente dos billones de a˜ nos atrás algunas células habr´ıan evolucionado, en desmedro de su existencia independiente, hacia formas cooperativas con aquéllas que resultaban de su replicación y desarrollaron además funciones especializadas, dando lugar a los primeros organismos multicelulares. Un interesante rol juegan en este puzle nuestros conocidos “virus”. La discusión respecto de si se trata de seres vivos o no depende mucho de la definición que se entregue del concepto vida. En cualquier caso, dotados de información genética compuesta de ARN o ADN convenientemente protegida por una cubierta de prote´ına denominada “cápside” y por una estructura membranosa que facilita su acción en

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el medio, evolucionan por selección natural, reproduciéndose a través de la creación de copias de s´ı mismos. Carentes de estructura celular, no son capaces de producir procesos metabólicos propios, requiriendo invadir células (anfitrionas) para efectos de su replicación. ´ Este es un antecedente más a favor de la capacidad de las moléculas orgánicas de organizarse y autorreplicarse de acuerdo a códigos de información básica, bajo determinadas condiciones. Por otra parte, la evolución ha dado cuenta del surgimiento y desaparición de m´ ultiples especies, en un experimento descomunal, donde el azar juega un papel nada despreciable. Bibliograf´ıa [1] M. Corgini. Paseo Cuántico. Por los senderos de Sha-i-Zinda. Ed. Universidad de La Serena, 2013.

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ADN Y TRANSGENIA

La plasticidad fenot´ıpica que manifiestan los organismos procariotas y muchos eucariotas, resultado de procesos que involucran intercambio y readecuación de información génica, tanto endógenos como exógenos, no sólo como huella, sino en calidad de mecanismo vigente del proceso evolutivo, es un signo de la relevancia que en éste ocupan las interacciones con el medio. Esto me induce a pensar que, quizás, los organismos vivos debieran ser considerados como sistemas f´ısicos abiertos, no sólo del punto de vista termodinámico, sino que principalmente en el sentido del intercambio de información permanente que expresan, capaz de producir modificaciones sustanciales en su biolog´ıa. Este hecho no conduce a ninguna conclusión de tipo hol´ıstico, como suelen propugnar algunas posiciones abiertamente pseudocient´ıficas (por ejemplo, el “dise˜ no inteligente”), ni a la determinación del rol que estos mecanismos juegan en la teor´ıa sintética de la evolución, cuestión que corresponde evaluar a los especialistas, sino que debiera enriquecer el concepto que se tiene respecto de la auto organización de los seres vivos. Dentro de los procesos exógenos mencionados, se encuentran bien documentados, por ejemplo, la denominada “transferencia horizontal” de genes entre bacterias y la acción de estructuras estrictamente proteicas –llamadas priones– no relacionadas con aćidos nucleicos. En el primer caso, se consideran mecanismos como la transferencia directa de ADN desde el medio de material genético (Transformación); transferencia de ADN entre procariotas mediada por un bacteriófago, por ejemplo un virus (Transducción); y la transferencia de organismo

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a organismo (bacterias) a través del contacto directo, por medio de plásmidos (Conjugación Procariota). Una muestra: El pool de genes extracromosomales está constantemente disponible para la población de bacterias ambientales. Los genes pertenecientes a este pool se mantienen en pocas células dentro de la población consumiendo de esta manera poca energ´ıa, y cuando se presenta un cambio o una presión selectiva que favorece alg´ un gen en particular éste se extiende rápidamente al resto de la población [...] Uno de los ejemplos más dramáticos es el rápido aumento en la resistencia a antibióticos. No obstante, existen casos en los que la transferencia horizontal puede ser utilizada para nuestro beneficio como en los genes que codifican para la degradación de compuestos xenobióticos [1]. En el segundo caso, los priones no son componentes estructurales o enzimáticos de organismos vivos ni de virus, viroides u otros. A diferencia de éstos u ´ltimos, no manifiestan sensibilidad frente a agentes inactivantes como calor, radiaciones, etc. Si bien son de composición proteica (no son aćidos nucleicos): Los priones son prote´ınas infecciosas que se comportan como genes, esto es, prote´ınas que no sólo contienen información genética en su estructura terciaria, es decir en su conformación, sino que también son capaces de transmitirla y replicarla en forma análoga a los genes pero por medio de mecanismos muy distintos [2].

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Respecto de los eucariotas y en particular los seres humanos, vale la pena se˜ nalar que dispersas en genomas humanos (también los hay en otros animales) hay una clase de estructuras genéticas denominadas retrovirus endógenos (RVEH), que constituyen cerca del 8 % de nuestro genoma y los cuales, desde la perspectiva de la evolución, constituir´ıan remanentes de infecciones producidas por retrovirus exógenos. Estos retrovirus participan en innumerables procesos como la codificación directa de prote´ınas, la regulación genética, la reparación y recombinación de DNA y la transducción viral, fundamental en el mecanismo de transferencia horizontal entre bacterias –ya mencionada– y la resistencia a retrovirus exógenos [3]. Bibliograf´ıa [1] C. Rozo, J. Duzzán. Análisis de Transferencia Horizontal de Genes en Ensayos de Biorremediación con Grasas Recalcitrantes. Rev. Colomb. Biotecnol. Vol. XII No. 1 Julio 2010, 22-31. [2] V. Cacace. Biology of Prions http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/ 1106/1106.533.pdf [3] Y. LLu, C. Soper. The Natural History of Retroviruses: Exogenization vs Endogenization. Answers Research Journal 2 (2009): 97-106. [4] M. Corgini. Ciencia y realismo. Más allá del imnsoportable mito del observador. Ed. Universidad de La Serena,. 2015

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ENERG´IA NUCLEAR I

5.1. Introducci´ on. Durante los primeros d´ıas de agosto de 1945, el mundo fue estremecido con la noticia de la detonación de dos bombas atómicas en las ciudades japonesas de Hiroshima y Nagasaki, respectivamente. El poder aniquilador de estos artefactos de destrucción masiva redujo a cenizas ambas ciudades y, por supuesto, a decenas de miles de sus habitantes, la gran mayor´ıa civiles, instantáneamente. Muchos de los que no fallecieron inmediatamente lo hicieron en el transcurso de los a˜ nos, por efecto de la radiación que cubrió el paisaje que les era cotidiano. Estos fueron los hechos que anunciaron a la humanidad que se encontraba ad-portas de un nuevo per´ıodo de la historia, la llamada “era atómica”. El 15 de agosto de ese a˜ no, el entonces emperador japonés anunció la rendición de Japón, poniendo fin definitivo a la segunda guerra mundial. ´ El estudio de la estructura del a´tomo tiene una larga historia. Esta considera la formulación de modelos simples como los de John Dalton y de Joseph Thompson, descubridor del electrón, cuya existencia hab´ıa sido previamente sugerida por el f´ısico irlandés G. Johnstone Stoney en el siglo XIX, a otros más complejos como los de Ernest Rutherford y Niels Bohr, acompa˜ nados de la predicción teórica y posterior verificación de la existencia del protón y el neutrón. Estos u ´ltimos modelos fueron dise˜ nados a la par con el advenimiento y desarrollo de la relatividad y de la mecánica cuántica, cuya aplicación a los estudios del

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micromundo a escalas atómicas fue casi inmediata durante los a˜ nos veinte y treinta del siglo XX. Una infinidad de nombres de f´ısicos y qu´ımicos notables, teóricos y principalmente experimentales, conforman la legión de investigadores que aportaron a la comprensión de la estructura atómica. 5.2. Fisi´ on. Fueron las investigaciones realizadas por el f´ısico italiano Enrico Fermi durante los a˜ nos treinta las que condujeron a entender que la energ´ıa encerrada en el n´ ucleo de estas unidades básicas, y que dan sus caracter´ısticas propias a la materia de que estamos constituidos, era manipulable. Fermi detectó que, al dirigir haces de neutrones de baja energ´ıa a diferentes tipos de a´tomos, algunas de estas part´ıculas neutras eran absorbidas por sus n´ ucleos, dando lugar a la formación de nuevos elementos radioactivos. De esta forma, el proceso de adición de neutrones a un n´ ucleo vuelve al elemento de que se trate inestable. La recuperación de su estabilidad se produce a través de un proceso f´ısico llamado “desintegración beta” de neutrones, mecanismo consistentemente explicado por Fermi. Hoy d´ıa sabemos que el decaimiento radiactivo es resultado de la interacción débil (ver [3]) siendo las part´ıculas portadoras de la fuerza respectiva los bosones W y Z. Extra˜ namente, en el caso del uranio 235 este fenómeno no se verificaba. Por el contrario, se produc´ıa un comportamiento anómalo conocido hoy como “fisión nuclear”. En la práctica, el n´ ucleo del uranio 235 (elemento pesado en la tabla periódica), al recibir los neutrones, se transforma en uranio 236, el cual por ser altamente inestable se parte o “fisiona” en dos n´ ucleos, de masa intermedia, de mayor estabilidad o, si se quiere, más ligeros,

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produciendo una gran emisión de energ´ıa y liberando neutrones que eventualmente interaccionarán con otros n´ ucleos, conduciendo a una reacción en cadena. En honor a la verdad, debo aclarar que la palabra “partir” no es la más afortunada desde el punto de vista de la descripción exacta del fenómeno f´ısico, pero sirve para dar una idea de éste. La ralentización de los neutrones es una condición necesaria para que se produzca su absorción por los n´ ucleos. En caso contrario sencillamente pueden chocar con éstos o no interaccionar con ellos. Para lograr este propósito se recurre a los llamados moderadores, entre los cuales se encuentran, el agua pesada y el grafito (de masas atómicas bajas). La disminución de la rapidez de los neutrones se debe a las colisiones elásticas con el moderador, las cuales reducen su energ´ıa cinética. De esta forma, la vida media τ de un neutrón en un reactor es de aproximadamente 0,001 segundos. Esto corresponde al tiempo de su desaceleración y reacción con un n´ ucleo de uranio 235 [4]. As´ı, el proceso producido en los conocidos reactores nucleares, consistente, inicialmente, en disparar un neutrón lento hacia un n´ ucleo de 235 este generando el isótopo 92 U de modo que pueda ser captado por ´ inestable 236 92 U, puede ser descrito de la siguiente forma: neutrón n´ ucleos más ligeros neutrones z}|{ z }| { z }| { 235 0 236 U + n → U −→ X + Y + (2 o 3)01 n +energ´ıa, 92 1 92 donde X, Y, son subproductos más livianos, por ejemplo X = 92 36 Kr, 0 Y = 141 en los u ´ltimos son 56 Ba. En este caso se producen 31 n. Si bi´ los más probables, no son los u ńicos. Los neutrones obtenidos en esta etapa son denominados r´ apidos (velocidades del orden de 109 cm/seg, o energ´ıas sobre 1 MeV). Una vez producida la fisión, estos productos

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contin´ uan decayendo a elementos más estables, emitiendo más neutrones, denominados retardados (velocidades cercanas a los 105 cm/s, o energ´ıas de 0,02 eV), radiación β − (genera electrones ultra rápidos durante el proceso de decaimiento radiactivo ya mencionado. Las part´ıculas β + corresponden a positrones) y γ (electromagnética de alta energ´ıa y frecuencia, muy penetrante). En la desintegración β − un neutrón decae en un protón, un electrón y un antineutrino. Esquemáticamente se tiene: 0 1n

−→ p+ + e− + νe− .

De esta forma, la fisión inducida por la absorción de neutrones puede producir la emisión de nuevas de estas part´ıculas reiniciándo el proceso y haciéndolo autosostenible. El uranio 235 no es frecuente en la naturaleza (constituye aproximadamente el 0.7 % del uranio en su forma natural. El uranio 238 es mucho más abundante), de modo que material de mayor pureza (en uranio 235) es obtenido a través de un procedimiento denominado enriquecimiento, consistente en aumentar el porcentaje de uranio 235 en las muestras obtenidas del elemento. Con este propósito, existen variados métodos destinados a separar sus diferentes isótopos, entre ellos: 1.-la difusión térmica; 2.-la difusión gaseosa; 3.- el centrifugado;.4.- la separación de isótopos por técnicas láser. Por otro lado, para producir la referida reacción en cadena es necesario que exista una masa cr´ıtica de material fisionable (masa m´ınima). El control de ésta puede conducir a un uso racional de esta energ´ıa, a través de su transformación en otras, como la mecánica o la eléctrica, por medio del dise˜ no de centrales nucleares de fisión. Por sobre la

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masa cr´ıtica, la reacción en cadena se vuelve incontrolable, principio que conduce, junto con una alta pureza del material combustible, a la creación de las armas nucleares de fisión. En el caso de la bomba atómica, se mantienen separadas dos masas subcr´ıticas destinadas a colisionar a gran velocidad, con ayuda de un mecanismo de disparo, con objeto de superar la masa cr´ıtica y as´ı producir la reacción en cadena respectiva, generadora de la explosión que no es es familiar. En el caso de las centrales nucleares, el proceso de reacción es lento (controlado) y la pureza del material fisionable es muy inferior (se eleva la presencia de uranio 235 del 0.7 % al 3 % o 4 %) a aquella necesaria para producir bombas atómicas (cercana al 95 %). El material fisionable en un reactor se encuentra en el denominado n´ ucleo, dispuesto, en muchos casos en una piscina de varios metros de profundidad. Tradicionalmente, cuenta con las llamadas barras de control constituidas por un material capaz de absorver neutrones (por ejemplo, cadmio y boro), regulando de esta manera su producción a voluntad, incluso hasta producir el apagado del reactor al ser insertadas en su totalidad dentro del n´ ucleo. Estas barras se encuentran sostenidas por un electromagneto dispuesto sobre el reactor. El material refrigerante (agua, agua pesada, helio, etc.), que a veces también act´ ua como moderador, pasa por el n´ ucleo y transfiere el calor producido por el combustible a una turbina que finalmente servirá para transformar la energ´ıa nuclear (térmica) en energ´ıas utilizables por el ser humano (electricidad por ejemplo). El reactor está, en general, separado del medioambiente por estructuras de hormigón reforzado con acero de alta densidad1. 1https://whatisnuclear.com/articles/nucreactor.html

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Existen varias generaciones de reactores nucleares de fisión y diferentes tipos, dependiendo del uso. Es as´ı como, buques los utilizan como fuente de energ´ıa. Para el lector interesado en conocer más acerca de este tema, la World Nuclear Association2, entrega información seria y actualizada acerca de este tema. Pero éste no es el u ńico mecanismo de producción de altas cantidades de energ´ıa. El otro proceso conocido es el de la “fusión nuclear”. En éste se libera una energ´ıa muy superior a la generada por la fisión. 5.3. Fusi´ on. La fusión consiste en la interacción de n´ ucleos ligerosisótopos de hidrógeno-de tal manera que, superando la repulsión electromagnética existente entre ellos, sea posible formar un n´ ucleo más pesado y estable (helio). Existen tres isótopos del primer elemento, el conocido hidrógeno (sólo un protón), el deuterio (un neutrón y un protón-abundante en la naturaleza) y el tritio (dos neutrones y un protón-produciido a partir del litio). El proceso de fusión queda descrito de la siguiente forma: deuterio tritio helio z}|{ z}|{ z}|{ 2 3 4 0 H + H −→ ıa (17,6 MeV), 1 1 2 He +1 n + energ´ donde el neutrón liberado es altamente energético. La energ´ıa liberada por gramo de combustible es aproximadamente 1.000 veces mayor que la obtenida por medio de la fisión de un gramo de uranio en su estado natural. La fusión requiere que las fuerzas electrostáticas que se produce al intentar unir los nucleos sean superadas, es decir, éstos deben alcanzar, 2

http://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/ nuclear-power-reactors/nuclear-power-reactors.aspx

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para tales efectos, energ´ıas del orden de 10 KeV, lo que implica un enorme proceso de calentamiento. El hecho de que sea factible producir reacciones en cadena, tal como en el caso de la fisión, condujo a desarrollar sobre este principio otro tipo de arma nuclear, la bomba de hidrógeno, más destructiva que la primera. La primera bomba de fusión (de hidrógeno o termonuclear), a la cual se dió el nombre Tsar, fue hecha detonar por la Unión Soviética en 1953. Las armas de fusión se hacen detonar haciendo uso de una peque˜ na bomba de fisión que permite generar la alta energ´ıa necesaria para producir el proceso en cadena. Desafortunadamente, y aunque la fusión no produce residuos radioactivos, resulta de muy dif´ıcil control y, por lo tanto, no ha sido posible todav´ıa construir centrales de este tipo. A pesar de esto, es posible que en el transcurso de los próximos 20 a˜ nos se desarrollen técnicas que permitan producir reactores de potencia de esta naturaleza. En próximos n´ umeros, ahondaremos en los procesos f´ısicos descritos en este n´ umero. sucintamente. Bibliograf´ıa [1] Albert Reynolds, 1996, Bluebells and Nuclear Energy, Cogito Press [2] Anthony Nero jr, 1979, A Guidebook to Nuclear Energy, UC Press. [3] M. Corgini. El Bosón de Higgs en RECC No 9, págs. 9-11. 2014. [4] F. A. Henglein. Chemical Technology. Pergamon Press, 1969 [5] Programa Radial El Club Cuántico, No 89, 2017. Energ´ıa Nuclear I. Fisión y fusión nuclear. https://www.youtube.com/watch? v=XKNZMsyHfCE

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[6] Programa Radial El Club Cu´antico, No 90, 2017. Energ´ıa Nuclear II. Reactores nucleares. https://www.youtube.com/watch?v= 5gCN2DsexrY

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RECC is not a peer reviewed scientific journal but an open access academic magazine devoted to divulgation of science, including philosophical issues. Articles are published by invitaciÂ´on. RECC appears each three months.

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Figura 1. Ouρoβoρoς