Metal del reactor accidentado: qué esconde la aleación de uranio con hierro ✎ exprés

Original: "Thermophysical and mechanical properties of UFe$$_2$$ fabricated by spark plasma sintering"
arXiv:2607.02918 · 2026-07-03 · arXiv non-exclusive · análisis propio · 2 min
La aleación de uranio y hierro de la destruida central nuclear de Fukushima resultó ser más blanda y conductora del calor de lo esperado.

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Dentro de los reactores destruidos de Fukushima yacen cientos de toneladas de combustible fundido: una mezcla de uranio, circonio, hierro y productos de fisión. Estos restos se denominan debris de combustible. Habrá que extraerlos, transportarlos y empaquetarlos de forma segura durante décadas. Pero, ¿cómo se comportará esta mezcla explosiva ante el calor, la compresión o un golpe accidental? Para responder, se necesitan cifras exactas, no conjeturas.

Uno de los componentes clave del debris es el compuesto de uranio y hierro UFe₂. En el reactor hay mucho hierro: con él están hechas las tuberías, los elementos estructurales y los sujetadores. A temperaturas superiores a 2500 °C, el uranio se fundió con el hierro formando un intermetálico resistente. Investigadores de Japón crearon una muestra casi pura de UFe₂ —mediante fusión por arco y sinterización por plasma de chispa— y la sometieron a una serie de pruebas. El resultado sorprendió: a 306 K (unos 33 °C), la aleación conduce el calor como el acero — 10 W/(m·K), y a 1073 K (800 °C) su conductividad térmica aumenta hasta 25 W/(m·K), más que la de muchos compuestos de hierro.

Para comparar: la conductividad térmica del hierro puro a 800 °C es de unos 35 W/(m·K). El UFe₂ es inferior, pero supera a compuestos como Fe₂Zr y Fe₂B. Esto significa que los trozos de debris con alto contenido de uranio se enfriarán más rápido de lo que predecían los modelos antiguos.

Las pruebas mecánicas mostraron el panorama contrario: el UFe₂ es un material maleable. Su módulo de Young (rigidez a la tracción) es de solo 69 GPa, como el de las aleaciones de aluminio. Para comparar: el hierro puro tiene unos 210 GPa. La dureza Vickers es de 5,6 GPa, casi la mitad que la del Fe₂Zr y el Fe₂B. En la práctica, esto significa que la herramienta de corte encontrará menos resistencia en el debris, y el material se agrietará menos ante choques térmicos. Ambos factores son críticos en el desmantelamiento remoto.

La ironía: el hierro, añadido al uranio para darle resistencia, en forma de UFe₂ hace que la aleación sea más blanda. La naturaleza recuerda una vez más que las propiedades de un compuesto no son el promedio de las propiedades de sus elementos.

Estas cifras servirán de base para las simulaciones informáticas del desmantelamiento de los reactores. Los ingenieros podrán calcular con mayor precisión las fuerzas de las cortadoras, la velocidad de enfriamiento de los contenedores y el riesgo de agrietamiento espontáneo. Un pequeño lingote probado en el laboratorio acorta el camino hacia la extracción segura de cientos de toneladas de debris real.

La conductividad térmica del UFe₂ aumenta casi linealmente con la temperatura; este comportamiento es atípico en metales, donde normalmente disminuye debido al aumento de las vibraciones de la red cristalina.

Científicos
Emmy NoetherWolfgang PauliEnrico FermiPaul DiracChien-Shiung WuEugene Wigner
Conceptos
temperatura de curie tungsteno temperatura de transición dispositivo termoeléctrico conductividad térmica