La energía nuclear es una forma de energía liberada del núcleo, el núcleo de los átomos, formado por protones y neutrones. Esta fuente de energía se puede producir de dos maneras: fisión, cuando los núcleos de los átomos se dividen en varias partes, o fusión, cuando los núcleos se fusionan.
A fines de la década de 1930, descubrimos que algunos átomos naturales extremadamente grandes pueden dividirse en dos (o fisionarse), liberando una cantidad sorprendente de energía en forma de calor. Como la energía proviene del núcleo, la llamamos energía nuclear. Cuando estos átomos se organizan correctamente en una máquina llamada reactor nuclear, cada núcleo fisionable hace que sus vecinos se dividan a su vez, creando una reacción en cadena controlada.
Los reactores pueden convertir el calor nuclear liberado en electricidad, calefacción de edificios, agua desalinizada, hidrógeno y muchas otras cosas útiles para la civilización humana.
¿Qué es la Energía Nuclear?
Cuando nos referimos a la energía nuclear, hablamos de la energía que se produce en el núcleo de un átomo. Como ya sabemos, un átomo es la partícula más pequeña en el que se divide la materia. Dentro de cada átomo existe un núcleo y dentro de éste núcleo existen dos tipos de partículas, neutrones y protones. Estas dos partículas se mantienen unidas dentro del núcleo, la energía que mantiene esas dos partículas unidas es la energía nuclear.
Esta energía puede ser utilizada para generar electricidad, pero para que esto se pueda llevar a cabo, primero hay que liberar esa energía del núcleo o nuclear.
Para poder liberar esta energía se puede utilizar dos métodos:
- La Fusión Nuclear
- La Fisión Nuclear
Con cualquiera de estas dos formas de liberar energía, los átomos sufren una pérdida de masa, pero esta masa no se pierde sino que se convierte en energía calorífica. Así es como llegamos a la teoría de Einstein E=mc²
Pero la energía nuclear no sólo es de utilidad para la producción de energía eléctrica, sino que también existen otros campos como la medicina, industria o armamento, para los que la energía nuclear es una materia prima muy importante.
¿Cómo se produce la energía nuclear?
Como ya hemos comentado la energía nuclear es la energía que se libera durante el proceso de fusión o fisión del núcleo de los núcleos atómicos como producto de una reacción nuclear.
La energía que se puede obtener mediante estos procesos son mucho mayores que el que pueda desarrollar cualquier otro proceso. La desigualdad de materia en el momento de producirse la reacción entre los elementos es la que produce la energía.
Por lo que podemos decir que una pequeña cantidad de masa puede proporcionar mucha energía, poniendo un ejemplo la cantidad de energía que puede producir 1 kg de uranio es equivalente a la energía que proporcionaría 200 toneladas de carbón.
Como podemos comprobar la diferencia es impresionante, por eso es una de las energías mas baratas de fabricar, pero como también hemos comentado y veremos más adelante, también entraña ciertos riesgos.
Los átomos, son pequeñas partículas llenas de energía cuya composición básica se limita a la unión de protones y neutrones y su unión es la que libera la energía que tienen dentro y por la que se trabaja, cuando se enfrentan a la separación o cuando se ven envueltos en una unión forzosa con otros neutrones.
La energía nuclear se produce por fisión, un proceso en donde se toma un átomo y lo dividen en partes iguales, para poder sacarla. También, a través de la fusión, se puede lograr alcanzar la energía nuclear. Son procesos totalmente diferentes, pero de ambos conseguimos la energía que necesitamos, partiendo de los átomos.
Fisión Nuclear
La fisión nuclear es una reacción que se produce en el núcleo del átomo que consiste en romper dicho núcleo por medio del impacto de un neutrón.
El núcleo contiene almacenado una gran cantidad de energía, gracias a la cual tanto los protones como los neutrones permanecen unidos, con la fisión esta energía en parte se libera y se transforma en forma de calor y radiaciones. Estas radiaciones son muy dañinas y perjudiciales para los seres vivos.
En la fisión, dividimos el núcleo de un átomo. En esta división, el átomo queda dividido en partículas más pequeñas, pero no inferior a la mitad de la masa original, además de que posee dos o tres neutrones más. Al separarse, se libera la energía que mantiene los neutrones y los protones unidos. Cuando ocurre una reacción en cadena, debido a que una de las partes, se una a otros neutrones, se produce una vez más una fisión nuclear, volviendo a liberar energía.
Esto se consigue al hacerlos chocar contra el Plutonio o el Uranio, de manera que en cada choque, se produce la fisión nuclear, se libere la energía y comience a despertarse una reacción en cadena que genera calor. Este calor sube y comienza a alimentar a las turbinas. Éstas mismas, formadas por palas, comienzan a girar a tal velocidad que comienzan a generar una energía que alimenta a un generador. Éste generador, es el que distribuye la energía a todas las casas.
Fusión Nuclear
Muchas personas hablan de la fusión y la fisión, como si se hablase de lo mismo, pero nada más lejos de la realidad. En este caso, aquí no separamos los átomos. Lo que se hace es unirlos, para crear uno más pesado.
Para que se realice la fusión nuclear, es necesario que haya una temperatura muy elevada que haga que los átomos se separen de los electrones y se aproximen a otros, venciendo las fuerzas de repulsión electroestáticas.
Normalmente suele ser átomos ligeros los que se emplean para poder obtener la reacción nuclear en la que los núcleos se unen. Suelen utilizarse átomos de hidrógeno y sus isótopos (deuterio y tritio), que se unen al hidrógeno para crear una molécula más pesada. Esta unión genera una reacción, emite energía y una serie de partículas que emiten la energía cinética. Debido a la cantidad de energía que se concentra y que se libera en forma de rayos gamma, nos encontramos la energía procedente de la fusión nuclear, en estado de plasma, que se convierte en una masa tan densa, que permite que pueda generar las reacciones de fusión nuclear.
Hay que tener en cuenta que cuando se fusionan átomos ligeros, de peso menos que el hierro, la energía, la emite. En el caso contrario, si los elementos que se fusionan son mucho más pesados, la energía, la absorben.
Centrales nucleares
El ser humano ha hecho uso desde hace bastante tiempo de la energía nuclear para obtener electricidad y para ello ha procedido a la construcción de centrales nucleares.
Las centrales nucleares son instalaciones que producen electricidad gracias a la utilización de reactores nucleares, que son dispositivos preparados para producir una reacción nuclear controlada. Una descontrolada sería la que ocurrió en Hiroshima, o sea una bomba atómica.
Para producir electricidad mediante reacciones nucleares, las centrales utilizan como materia prima los llamados materiales fisionables, que mediante sus reacciones proporcionan calor. Luego este calor es empleado por un ciclo termodinámico para mover un alternador y producir energía eléctrica. Este es el funcionamiento típico de una central nuclear.
Lo más común es que las centrales nucleares utilicen elementos químicos como el uranio o el plutonio para las reacciones nucleares necesarias.
Si bien en sí misma la energía nuclear no genera gases contaminantes a la atmósfera como ocurre en las centrales de carbón, sí generan residuos radiactivos los cuales son muy contaminantes y peligrosos, y requieren ser albergados en depósitos aislados y controlados.
Al utilizar como fuente de energía la procedente de un elemento fisionable, éste deberá permanecer estable el mayor tiempo posible para poder ser manipulado y sólo 3 elementos cumplen la condición el Uranio 233, Uranio 235 y el Plutonio.
Pero este material no podría ser utilizado si en las centrales nucleares no existieran los reactores nucleares. Dentro del núcleo del reactor es donde se encuentra el combustible y es donde se produce la fisión, siempre controlada, por lo que podíamos decir que es el alma indispensable de una central nuclear.
Centrales nucleares | Elementos de una Central Nuclear
Vandellòs II
Las centrales nucleares básicamente se dividen en tres partes fundamentales, el reactor nuclear, el edificio de turbinas y condensación y el edificio de manipulación.
- El Reactor Nuclear
El combustible para los reactores nucleares se introduce en una especie de tubos de aproximadamente 5 m de largo y 1 cm de diámetro, estos tubos están fabricados en acero inoxidable o bien de una aleación de circonio.
La fisión se inicia en el núcleo gracias a una rica fuente de neutrones que se encuentra inmersa en agua ligera, agua pesada o grafito. Este moderador que es como se llama a esta fuente de neutrones, reduce la velocidad de los neutrones, asegurando el impacto sobre otros núcleos, de manera controlada.
Las barras de control serán las encargadas de regular esta actividad que se produce dentro del núcleo. La forma de regularlo es introduciendo mas o menos unas barras móviles dentro del núcleo, estas barras regularán el número de fisiones que se tienen que producir y así dar mayor potencia o menor potencia al reactor, según la necesidad del momento.
Barras de control
Cuando se quiere parar la reacción en cadena, se introducirán las barras de control totalmente dentro del núcleo, provocando que la absorción de neutrones sea tan grande que la reacción en cadena se para. Si queremos que la reacción vuelva a aumentar, lo que se hará es ir extrayendo las barras de control del núcleo. Progresivamente la reacción comienza a aumentar, hasta alcanzar los niveles necesitados. Estas barras de control son normalmente aleaciones de boro, cadmio y hafmio.
Dentro de los reactores podemos encontrar dos tipos, los reactores lentos también llamados térmicos, siempre disponen de algún tipo de moderador. Los reactores rápidos no necesitan de moderador.
Por otro lado, el núcleo del reactor debe ser refrigerado continuamente, normalmente esto se realiza rodeando el núcleo con un elemento refrigerante, este líquido refrigerante se encarga de distribuir el calor producido en el núcleo del reactor y trasportarlo a unos equipos específicos para transformar esta energía en energía eléctrica.
Todos estos elementos se encuentran protegidos en grandes recipientes de contención formado por muros de espesor especial anti fugas radioactivas, en caso de accidente evitará el escape radioactivo al exterior. Son fácilmente reconocibles por su forma de cilindro con cúpula.
- Edificio de turbinas y condensación
El vapor de agua a una alta temperatura llega al edificio de turbinas y condensación, este vapor es capaz de mover los turbogeneradores que proceden de refrigerar el núcleo del reactor do de un intercambiador de temperatura.
- Edificio de manipulación
Se trata de un lugar de almacenamiento de combustible utilizado, este debe permanecer en este edificio hasta que sea trasladado a un centro especializado de reprocesamiento o bien a un depósito de residuos definitivo.
Peligros de las centrales nucleares
Las centrales nucleares también son responsables de emisiones contaminantes indirectas derivadas de su propia construcción, de la fabricación del combustible y de la gestión posterior de los residuos radiactivos, que suelen ser arrojados a ríos, a veces incluso sin ningún control.
Fukushima
También son peligrosas cuando no están controladas, como ha ocurrido en el famoso accidente de Chernobil, el de Fukushima, y también en los diversos accidentes que han ocurrido en las centrales atómicas españolas.
Ventajas de la energía nuclear
Normalmente cuando pensamos en la energía nuclear, lo relacionamos con un tipo de energía muy poderosa, muy peligrosa de manejar y que escapa quizá a nuestro entendimiento. No es extraño que al hablar de energía nuclear o atómica pensemos en hechos históricos que han tenido a este tipo de energía como protagonista, casi siempre con desastrosas consecuencias: las bombas atómicas de Hiroshima y Nagasaki, los desastres de Chernobyl o Fukushima…
Sin embargo, ¿todo es negativo en base a las centrales nucleares y a la energía nuclear? Evidentemente, no. Pasemos a ver algunas de sus ventajas o, por así decirlo, sus aspectos menos negativos.
La energía nuclear, al contrario de los que se suele pensar, es una energía bastante limpia, que no emite sustancias contaminantes y no necesita del uso de combustibles fósiles. Es decir, la energía nuclear contribuye en cierta medida a frenar la emisión de gases contaminantes a la atmósfera.
La energía nuclear es constante, es decir, garantiza el suministro eléctrico durante las 24 horas de todos los días del año.
La constante producción de energía nuclear provoca que los precios de este tipo de energía sean mucho más estables que los de otros combustibles fósiles, caso del petróleo, sometidos a las grandes compañías y a los continuos vaivenes del mercado provocados por los variables niveles de producción.
La energía nuclear es barata si tenemos en cuenta la cantidad de energía que es capaz de producir. Para producir energía nuclear se necesita mucha menos materia prima (uranio o plutonio) con el consiguiente ahorro en materias (el uranio representa casi una cuarta parte del gasto para producir energía nuclear) pero también en transporte, almacenamiento, infraestructuras para realizar la extracción…
Respecto a las energías renovables también presenta algunas ventajas, puesto que la energía nuclear no depende de la naturaleza o de factores naturales o ambientales como el viento o la radiación solar.
En definitiva, la energía nuclear es una energía muy poderosa, a la que se le tiene mucho respeto (incluso miedo), en muchas ocasiones a causa de los precedentes existentes o al temor que provocan palabras como “radiación” y cáncer”. No seremos nosotros quienes digamos que es una energía recomendable. Dejémoslo en que es una energía más.
Listado de las centrales nucleares más importantes del mundo
Centrales nucleares de España : Actualmente España cuenta con ocho centrales nucleares, entre ellas Santa María de Garoña, cuyo desmantelamiento se esta decidiendo actualmente.
Las otras sietes centrales son: Almaraz I y Almaraz II; Ascó I y Ascó II, Cofrentes. Vandellós II.y Trillo. Anteriormente España contaba también con las centrales José Cabrera.y Vandellós I que ya han dejado de funcionar.
Centrales nucleares de Francia: Francia cuenta con 23 centrales nucleares y 59 reactores. Las principales plantas de Francia son la Central nuclear del Blayais, la Central nuclear de Chooz y la Central nuclear de Civaux.
Centrales nucleares de Estados Unidos: Estados Unidos cuenta con 104 reactores nucleares y es actualmente el país con mayor cantidad de centrales nucleares. El listado de las mismas se puede ver aquí ellas se puede ver aquí.
Centrales nucleares de América Latina : En América latina hay varios países con centrales nucleares. Por ejemplo en Argentina podemos encontrar las centrales de Atucha I y II y el Embalse.
En México se encuentra la planta Laguna Verde y en Brasil la Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto.
Centrales nucleares en otros puntos de Europa: Reino Unido tiene 19 reactores nucleares, Suecia 10, Suiza 5 y Alemania 17. Italia no posee centrales nucleares y Alemania se ha comprometido a cerrar todas sus centrales nucleares para el año
Vídeo de la Energía Nuclear
En erenovable queremos que conozcas todas las formas de producir energía, como habéis podido ver este tipo de energía tiene sus ventajas y sus inconvenientes. Si quieres seguir aprendiendo de otras fuentes de energía te invitamos a que eches un vistazo a los siguientes enlaces.
