Ejemplos de Energía Nuclear
La energía nuclear es la que está almacenada en el núcleo de un átomo. Las partículas subatómicas que forman el núcleo: los protones y los neutrones, se mantienen unidos gracias a este tipo de energía, y forman al elemento químico. La energía nuclear puede ser utilizada para generar energía eléctrica, pero primero debe ser liberada.
Para esta liberación hay dos mecanismos principales:
- La fusión nuclear
- La fisión nuclear
En la fusión nuclear, la energía se libera cuando los núcleos de los átomos se combinan o fusionan entre sí para crear un núcleo más grande, de un elemento químico superior. Es de este modo que el sol, nuestro astro rey, genera su energía.
En la fisión nuclear, los núcleos se separan en núcleos de elementos más pequeños, liberando energía. Las centrales nucleares operan con la fisión nuclear para producir energía eléctrica.
¿Qué es la fusión nuclear?
La fusión nuclear es una reacción que ocurre entre núcleos de átomos. En ella, dos núcleos de átomos ligeros, en general el hidrógeno (1H) y sus isótopos deuterio (2H) y tritio (3H), se unen para formar un núcleo más pesado, generalmente liberando partículas en el proceso. Estas reacciones pueden absorber o liberar energía, según si la masa de los núcleos es mayor o menor que la del hierro, respectivamente.
En el sol, la estrella central de nuestro sistema planetario, funciona con reacciones de fusión. En ellas se produce la fusión de núcleos de hidrógeno (1H) para formar el gas helio (2He), liberando en el proceso una gran cantidad de energía en forma de radiación electromagnética, la cual llega hasta la superficie terrestre y es percibida como luz y calor.
Para que ocurra una fusión nuclear, se debe alcanzar una energía tal que los núcleos se acerquen tanto, venciendo las fuerzas de repulsión electrostática. Se necesitan tres condiciones para producir la fusión:
- Operar un acelerador de partículas o calentar la materia a temperaturas muy elevadas (en este caso se le llama fusión térmica, y se lleva a los átomos hasta el estado de plasma, formado por electrones libres y átomos altamente ionizados).
- Controlar el plasma a altas temperaturas en la cavidad del reactor de fusión, por un tiempo suficiente para la reacción.
- Lograr una densidad del plasma suficiente para que los núcleos estén cerca unos de otros, abarcando poco volumen.
¿Qué es la fisión nuclear?
La fisión nuclear es la reacción en la que el núcleo de un átomo pesado, al capturar un neutrón incidente, se divide en dos o más núcleos de átomos más ligeros, llamados productos de fisión, despidiendo en el proceso:
- Neutrones
- Rayos gamma
- Grandes cantidades de energía
El núcleo que recibe el neutrón incidente se vuelve inestable y, como consecuencia, se produce su escisión en fragmentos más ligeros, dando lugar a una situación de mayor estabilidad. Aparte de estos productos, en la reacción de fisión se generan varios neutrones que, al incidir sobre otros núcleos fisionables, desencadenan más reacciones de fisión que a su vez despiden más neutrones, y así sucesivamente. De aquí se deriva el término de “reacción en cadena”.
Para que se presente una reacción de fisión y que esta sea en cadena, se requiere que se cumplan ciertas condiciones:
- Geometría del material fisionable
- Superar el mínimo de cantidad del material (masa crítica)
- Contar con un electrón que incida con la energía adecuada para iniciarla
Las instalaciones nucleares
Las instalaciones nucleares son sistemas formados por equipos y servicios, que están destinados a producir, manejar o transformar la energía nuclear. Se pueden clasificar en cinco tipos:
- Centrales nucleares
- Reactores nucleares
- Fábricas de combustibles nucleares
- Almacenes de sustancias nucleares
- Productores de nuevas fuentes energéticas
Las centrales nucleares son instalaciones fijas cuya función principal es la producción de energía por medio de un reactor nuclear.
Los reactores nucleares son las estructuras que permiten disponer del combustible nuclear de tal modo que dentro de ellos pueda tener lugar un proceso autosustentable de fisión nuclear, sin necesidad de una fuente adicional de neutrones.
Entre las fábricas se encuentran las que utilizan sustancias nucleares para producir combustibles nucleares y otras fábricas de tratamiento de sustancias nucleares, como las instalaciones de tratamiento o reprocesado de combustibles nucleares irradiados.
Los almacenes de sustancias nucleares son las instalaciones donde se guardan las sustancias nucleares, excepto por los lugares en que dichos materiales se almacenen incidentalmente durante su transporte (como cápsulas en camiones).
Los dispositivos e instalaciones que utilizan reacciones nucleares de fusión o fisión para producir energía o con vistas a la producción o desarrollo de nuevas fuentes energéticas.
Ejemplos de energía nuclear
- La energía nuclear se aprovecha para generar energía eléctrica, con el mismo principio que usan las centrales termoeléctricas e hidroeléctricas. Se produce vapor para impulsar turbinas y comunicar esta energía mecánica a un generador eléctrico.
- La energía nuclear es una de las más limpias, ya que no contamina si el proceso se mantiene controlado. Sin embargo, si ocurre una falla o una fuga de material radiactivo (nuclear), la contaminación por radiación puede ser fatal.
- Hay centrales nucleares que usan Reactores de agua a presión (PWR). En ellas, el agua circula en estado líquido y a muy alta presión por el llamado “circuito primario”, por medio de unas bombas que la impulsan a través del núcleo del reactor donde se calienta antes de dirigirse a los generadores de vapor.
- Hay centrales nucleares que usan Reactores de agua en ebullición (BWR). En este diseño de centrales, no existe un circuito secundario agua-vapor, sino que es el mismo fluido refrigerante que circula por la vasija y el núcleo del reactor el que se evapora a su paso por el núcleo. De esta manera, de la vasija del reactor sale directamente el vapor que se dirige a la turbina.
- El Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) es la organización para la cooperación en el campo nuclear. Desde 1957 que fue creada, trabaja para perseguir el uso seguro y pacífico de las tecnologías nucleares.
- Desde 1981, el OIEA publica cada año “Nuclear Power Reactors in the World”. En esta publicación se describe la estadística de los países que operan centrales nucleares.
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