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Que es la energía nuclear? Estrictamente hablando la energía nuclear es la energía que se libera al dividir el núcleo de un átomo (fisión nuclear) o al unir dos átomos para convertirse en un átomo individual (fusión nuclear). De hecho, nuclear viene de núcleo. Cuando se produce una de estas dos reacciones físicas (la fisión o la fusión nuclear) los átomos experimentan una ligera pérdida de masa. Esta masa que se pierde se convierte en una gran cantidad de energía calorífica como descubrió el Albert Einstein con su famosa ecuación E=mc2. Sin embargo, a menudo, cuando se hablamos de energía nuclear nos referimos a generación de energía eléctrica utilizando reacciones nucleares. Hay que tener presente que aunque la producción de energía eléctrica sea la utilidad más habitual, la energía nuclear se puede aplicar en muchos otros sectores, como en aplicaciones médicas, medioambientales o bélicas.


La fisión nuclear La fisión nuclear és una de las dos reacciones posibles que se producen cuando trabajamos con energía nuclear. En energía nuclear llamamos fisión nuclear a la división del núcleo de un átomo. El núcleo se convierte en diversos fragmentos con una masa casi igual a la mitad de la masa original más dos o tres neutrones.

La suma de las masas de estos fragmentos es menor que la masa original. Esta ‘falta’ de masas (alrededor del 0,1 por ciento de la masa original) se ha convertido en energía según la ecuación de Einstein (E=mc2). En esta ecuación E corresponde a la energía obtenida, m a la masa de la que hablamos y c és una constante, la de la velocidad de la luz: 299.792.458 m/s2. Con este valor de la constante c ya se puede ver que por poca unidad de masa que extraigamos en una fisión nuclear obtendremos grandes cantidades de energía.


Cadena de reacciones nucleares La fisión nuclear puede ocurrir cuando un núcleo de un átomo pesado captura un neutrón, o puede ocurrir espontáneamente. Una reacción en cadena se refiere a un proceso en el que los neutrones liberados en la fisión produce una fisión adicional en al menos un núcleo más. Este núcleo, a su vez produce neutrones, y el proceso se repite. El proceso puede ser controlado (energía nuclear) o incontrolada (armas nucleares).


masa crítica Aunque en cada fisión nuclear se producen entre dos y tres neutrones, no todos neutrones están disponibles para continuar con la reacción de fisión. Si las condiciones son tales que los neutrones se pierden a un ritmo más rápido de lo que se forman por la fisión, los que se produzcan en la reacción en cadena no serán autosuficientes.

La cantidad de masa crítica de un material fisionable depende de varios factores, la forma del material, su composición y densidad, y el nivel de pureza. Una esfera tiene la superficie mínima posible para una masa dada, y por tanto, reduce al mínimo la fuga de neutrones. Bordeando el material fisioLa masa crítica és el punto donde la nable con un neutrón adecuado “Rereacción en cadena puede llegar a flector”, la pérdida de neutrones pueden reducirse y la masa crítica puede ser autosostenible. ser reducida. En una bomba atómica, por ejemplo, la masa de materias fisionables és mayor que la masa crítica.


La fisión nuclear controlada Para mantener un control sostenido de reacción nuclear, por cada 2 o 3 neutrones puestos en libertad, sólo a uno se le debe permitir dar a otro núcleo de uranio. Si esta relación es inferior a uno entonces la reacción va a morir, y si es más grande va a crecer sin control (una explosión atómica). Para controlar la cantidad de neutrones libres en el espacio de reacción debe estar presente un elemento de absorción de neutrones. La mayoría de los reactores son controlados por medio de barras de control hechas de neutrones de un fuerte material absorbente, como el boro o el cadmio. Además de la necesidad de capturar neutrones, los neutrones a menudo tienen mucha energía cinética (se mueven a gran velocidad). Estos neutrones rápidos se reducen a través del uso de un moderador, como el agua pesada y el agua corriente. Algunos reactores utilizan grafito como moderador, pero este diseño tiene varios problemas. Una vez que los neutrones rápidos se han desacelerado, son más propensos a producir más fisiones nucleares o ser absorbidos por la barra de control.


¿Por qué se usa uranio y el plutonio? Los científicos sabían que el isótopo más común, el uranio 238. Hay una probabilidad bastante alta de que un neutrón incidente sea capturado para formar uranio 239 en lugar de causar una fisión. Sin embargo, el uranio 235 tiene una probabilidad de fisión más alta. Del uranio natural, sólo el 0,7% es de uranio 235. Esto significa que se necesita una gran cantidad de uranio para obtener la cantidad necesaria de uranio 235. Además, el uranio 235 no se pueden separar químicamente del uranio 238, ya que los isótopos son químicamente similares. Los métodos alternativos tuvieron que desarrollarse para separar los isótopos. El plutonio 239 tiene una probabilidad alta de fisión. Sin embargo, el plutonio 239 no es un elemento natural y debería hacerse. Se trata de los materiales más usados en las centrales de energía nuclear.

Fisión nuclear espontánea La tasa de la fisión nuclear espontánea es la probabilidad por segundo que un átomo dado se fisione de forma espontánea - es decir, sin ninguna intervención externa. El plutonio 239 tiene una muy alta tasa de fisión espontánea en comparación con la tasa de fisión espontánea de uranio 235.


Fusión nuclear La fusión nuclear es una reacción nuclear en la que dos núcleos de átomos ligeros, en general el hidrógeno y sus isótopos (deuterio y tritio), se unen para formar otro núcleo más pesado, liberando una gran cantidad de energía. Un ejemplo claro lo vemos a diario en la energía solar que tiene su origen en la fusión de núcleos de hidrógeno, generándose helio y liberándose una gran cantidad de energía que llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética. Para efectuar las reacciones de fusión nuclear, se deben cumplir los siguientes requisitos: • Temperatura muy elevada para separar los electrones del núcleo y que éste se aproxime a otro venciendo las fuerzas de repulsión electrostáticas. La masa gaseosa compuesta por electrones libres y átomos altamente ionizados se denomina PLASMA. • Confinamiento necesario para mantener el plasma a elevada temperatura durante un tiempo mínimo. • Densidad del plasma suficiente para que los núcleos estén cerca unos de otros y puedan lugar a reacciones de fusión. Los confinamientos convencionales, como las paredes de una vasija, no son factibles debido a las altas temperaturas del plasma. Por este motivo, se encuentran en desarrollo dos métodos de confinamiento:


• Fusión nuclear por confinamiento inercial (FCI): Consiste en crear un medio tan denso que las partículas no tengan casi ninguna posibilidad de escapar sin chocar entre sí. Una pequeña esfera compuesta por deuterio y tritio es impactada por un haz de láser, provocándose su implosión. Así, se hace cientos de veces más densa y explosiona bajo los efectos de la reacción de fusión nuclear. Fusión nuclear por confinamiento magnético (FCM): Las partículas eléctricamente cargadas del plasma son atrapadas en un espacio reducido por la acción de un campo magnético. El dispositivo más desarrollado tiene forma toroidal y se denomina TOKAMAK.

Ventajas de la fusión nuclear Entre las ventajas de este dispositivo pueden citarse las siguientes: • La fusión nuclear es una energía limpia ya que no produce gases nocivos y genera residuos nucleares de muy baja actividad. • Un reactor de fusión nuclear es intrínsecamente seguro ya que la propia reacción se detiene al cortar el suministro de combustible. No depende de ningún sistema externo de seguridad susceptible de errores. Es una fuente inagotable de energía ya que el Deuterio existe en abundancia en la naturaleza y el Tritio es generado dentro del propio reactor a partir del Deuterio.


Funcionamiento de una central de energía nuclear

Funcionamientos de una central nuclear

Aunque la primera vez en utilizarse la energía nuclear fue con una finalidad bélica durante la Segunda Guerra Mundial, en la actualidad el principal uso que se da a la energía nuclear es la de la producción de energía eléctrica en las centrales de energía nuclear. En las reacciones nucleares de fisión se genera una gran cantidad de energía en forma de calor que se utiliza para crear vapor de agua calentándola por medio de unas barras de metal que estan en contacto con material radioactivo. La presión del vapor de agua acciona las turbinas que van a generar la energía eléctrica de un modo parecido a una central térmica. Las turbinas están conectadas a un generador eléctrico. Uno puede imaginarse, salvando las distáncias, a la dinamo de una bicicleta. Gran parte de la energía se pierde en forma de calor. Actualmente todas las centrales nucleares de producción eléctrica utilizan las reacciones de fisión (por contra de las de fusión que todavía no se pueden controlar).

El principio básico de una central nuclear és utilizar el calor producido en la fisión nuclear para calentar agua hasta convertirla en vapor a alta temperatura i presión. El vapor, llega hasta una gran turbina que hace girar. La turbina está conectada a un generador que cenvertirá el movimiento circular en energía eléctrica. El encargado de calentar y transformar el agua en vapor és el reactor nuclear que se encuentra dentro de un edificio llamado edificio de contención. En el reactor nuclear se produce la fisión del núcleo de los átomos. Ésta és una reacción que genera gran cantidad de calor que se aprovecha para calentar el agua mediante elementos con alta conductividad térmica. El agua transformada en vapor a alta temperatura sale del edificio de contención debido a la altra presión a la que está sometido hasta llegar a la turbina y hacerla girar. En este momento parte de la energía calorífica del vapor se transforma en energía cinética. Ésta turbina está conectada a un generador eléctrico mediante el cual podrá transformar la energía cinética en energía eléctrica.


Por otra parte, el vapor de agua que salió de la turbina, aunque ha perdido energía calorífica sigue estando en estado gas y muy caliente, por lo que hay que refrigerarlo antes de volverlo a meter en el circuito. Por este motivo, que al salir de la turbina se dirige a un depósito de condensación donde estará en contacto térmico con unas tuberias de agua fría. El vapor de agua se vuelve líquido y mediante una bomba se manda de nuevo al reactor nuclear para volver a repetir el ciclo.


ventajas e inconvenientes de la energía nuclear Analizar las ventajas e inconvenientes de la energía nuclear es un ejercicio difícil pero necesario para formarse una opinión sobre la conveniencia o no de apostar por este tipo de energía. En la mayoría de páginas en que se trata la energía nuclear se parte de una idea subjetiva sobre los pros y contras del aprovechamiento de la energía nuclear. En esta web procuramos presentar el máximo de información relacionada con la energía nuclear sin tomar partido para que el visitante pueda crearse sus propias conclusiones. Sin embargo, en este apartado, hacemos un análisis resumido sobre las principales ventajas e inconvenientes que objetivamente los autores de esta web vemos sobre la energía nuclear.

fósiles como el carbón o el petróleo, evitaríamos el problema del llamado calentamiento global, el qual, se cree que tiene una influéncia más que importante con el cambio climático del planeta. Mejoraría la calidad del aire que respiramos con lo que ello implicaria en el descenso de enfermedades y calidad de vida. Sobre éste último punto conviene destacar que lo que realmente tiene una influéncia importante con el calentamiento global son las emisiones provocadas por el transporte por carretera y que las que generan la generación de energía por combustibles fósiles són relativamente muy pocas. Aún así, una de las aplicaciones de la energía nuclear (aunque muy poco utilizada) és convertirla en energía mecánica para el transporte. Actualmente la generación de energía eléctrica se realiza mediante reacciones de fisión nuclear, pero si la fusión nuclear Ventajas de la energía nuclear fuera practicable, ofrecería las siguientes ventajas: Un tercio de la energia generada en • Obtendríamos una fuente de comEuropa proviene de la energía nuclear, bustible inagotable. esto supone que se emiten 700 millones • Evitariamos accidentes en el reacde toneladas de CO2 y otros contamitor por las reacciones en cadena que se nantes generados a partir de la quema producen en las fisiones. de combustibles fósiles. Los residuos generados són mucho meActualmente se consumen más combusnos radiactivos. tibles fósiles de los que se producen de modo que en un futuro no muy lejano se agotarian estos recursos. Una de las grandes ventajas del uso de la energía nuclear és la relación entre la cantidad de combustible utilizado y la energía obtenida. Esto se traduce, también, en un ahorro en transportes, residuos, etc. Al ser una alternativa a los combustibles


Inconvenientes de la energía nuclear El principal inconveniente y lo que la hace más peligrosa es que seguridad en su uso recae sobre la responsabilidad de las personas. Decisiones irresponsables pueden provocar accidentes en las centrales nucleares pero, aún mucho peor, se puede utilizar con fines militares como se demuestra en la historia de la energía nuclear en que la primera vez que se utilizó la energía nuclear tras las oportunas investigaciones fue para atacar Japón en la Segunda Guerra Mundial con dos bombas nucleares. A nivel civil, uno de los principales inconvenientes és la generación de residuos nucleares y la dificultad para gestionarlos ya que tardan muchísimos años en perder su radiactividad y peligrosidad. Apenas incide favorablemente en el cambio climático porqué la principal fuente de emisiones es el transporte por carretera. En los principales países de producción de energía nuclear para mantener constante el número de reactores operativos deberían construirse 80 nuevos reactores en los próximos diez años. Si bien económicamente es rentable desde el punto de vista del combustible consumido respecto a la energía obtenida no lo és tanto si se analizan los costes de la construcción y puesta en marcha de una planta nuclear teniendo en cuenta que, por ejemplo en España, la vida útil de las plantas nucleares és de 40 años.

Inconvenientes de seguridad incrementados ahora con el terrorismo internacional. Además de la proliferación de energía nuclear que obligaría a recurrir al plutonio como combustible. Aunque los sistemas de seguridad son muy avanzados, las reacciones nucleares por fisión generan unas reacciones en cadena que si los sitemas de control fallasen provocarían una explosión radiactiva. Por otra parte, la energía nuclear de fusión és inviable debido a la dificultad para calentar el gas a temperaturas tan altas y para mantener un número suficiente de núcleos durante un tiempo suficiente para obtener una energía liberada superior a la necesaria para calentar y retener el gas resulta altamente costoso.


Aplicaciones de la energía nuclear Aunque la energía nuclear se utiliza principalmente para la producción de energía eléctrica en las centrales nucleares ésta no es la única utilidad de la energía nuclear. Este tipo de energía aparece en muchos otros aspectos de nuestra vida quotidiana y en el campo científico. La energía nuclear tiene otras aplicaciones en diversos campos: • Aplicaciones industriales: con fines de análisis y control de procesos. • Aplicaciones médicas: en diagnóstico y terapia de enfermedades. • Aplicaciones agroalimentarias: en la producción de nuevas especies, tratamientos de conservación de los alimentos, lucha contra las plagas de insectos y preparación de vacunas. • Aplicaciones medioambientales: en la determinación de cantidades significativas de sustancias contaminantes en el entorno natural. • Otras aplicaciones: como la datación, que emplea las propiedades de fijación del carbono-14 a los huesos, maderas o residuos orgánicos, determinando su edad cronológica, y los usos en Geofísica y Geoquímica, que aprovechan la existencia de materiales radiactivos naturales para la fijación de las fechas de los depósitos de rocas, carbón o petróleo. Aspectos de la energía nuclear que desarrollamos más extensamente en los siguientes apartados.

Situación de la energía nuclear en el mundo La situación de la energía nuclear es diferente en los diferentes países. La política energética, las necesidades y los recursos técnicos y económicos de cada país són diferentes. España por ejemplo, inició su proyecto nuclear con mucha fuerza pero posteriormente se aprobó el decreto de la moratoria nuclear en el que se bloquearon 5 de los 7 los proyectos de centrales nucleares en curso. En cambio en Chile está apostando por el estudio y el uso de la energía nuclear como fuente de desarrollo.


energía nuclear  

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