La energía atómica es la energía que mantiene unidas las subpartículas de un átomo. Un átomo está formado por tres sub partículas: neutrones, protones y electrones. Los neutrones y protones forman el núcleo y están unidos por unos enlaces de energía muy fuertes.
La unión o destrucción de estos enlaces genera una enorme cantidad de energía que se puede aprovechar de varias formas: electricidad, armas nucleares, propulsión de vehículos…
A menudo, cuando nos referimos a la energía atómica o nuclear nos referimos a la energía obtenida con este origen.
El nombre de energía nuclear se utiliza debido a que la mayor parte de la energía de un átomo reside en su núcleo.
Existen dos tipos de reacciones nucleares que liberan energía:
En las reacciones de fisión se rompe un átomo muy grande (con muchos protones y neutrones). Los átomos de uranio son ideales porque son muy grandes e inestables.
En las reacciones de fusión el objetivo es unir dos átomos muy pequeños (por ejemplo, de hidrógeno). Estas reacciones también liberan una gran cantidad de energía. Son más difíciles de conseguir pero ofrecen muchas ventajas.
Funcionamiento de una central nuclear
Las centrales atómicas (o centrales nucleares) se encargan de obtener la energía atómica del núcleo de los átomos para generar electricidad.
Todas las centrales atómicas disponen de un reactor nuclear. El reactor nuclear es el encargado de generar las reacciones de fisión de los átomos.
¿Qué son las reacciones de fisión? Son reacciones que dividen el núcleo de un átomo.
Estas reacciones atómicas generan una gran cantidad de energía térmica. Gracias a esta gran cantidad de energía se utiliza para generar vapor - o aumentar la presión del agua, dependiendo del tipo de reactor - para accionar una turbina.
La turbina va conectada a un alternador que es el encargado de generar electricidad.
Durante el proceso la energía sufre las siguientes transformaciones:
Partimos de un átomo con una gran cantidad de energía nuclear contenida en él.
Obtención de energía calorífica (mediante la fisión nuclear).
Obtención de energía cinética (al accionar las turbinas).
Obtención de energía eléctrica (mediante el alternador).
Existen muchos tipos de centrales nucleares para el aprovechamiento de la energía atómica pero conceptualmente todas funcionan mediante un proceso similar: reacción nuclear para obtener calor, accionar una turbina y transformar la energía mecánica en electricidad.
Los reactores nucleares más habituales son:
Los reactores de agua a presión (PWR)
Los reactores de agua en ebullición (BWR).
Hasta el momento, todas las centrales nucleares de potencia del mundo son de fisión.
Reactores atómicos de investigación
Un reactor de investigación es un reactor nuclear que se utiliza con fines científicos. Estos reactores son la clave para el desarrollo y la evolución de la tecnología nuclear.
Los reactores de investigación tienen menos potencia que los reactores nucleares utilizados para otros fines. Un reactor típico de una planta nuclear tiene una capacidad térmica de 3000 MW ( megavatios ), mientras que los reactores de investigación tienen una capacidad de entre 10 kilovatios y 10 megavatios.
En comparación con los reactores convencionales, los reactores de investigación son:
Más simples.
Funcionan a temperaturas más bajas.
Necesitan menos combustible y, por lo tanto, generan menos combustible gastado.
El combustible utilizado en este tipo de reactores suele ser uranio más enriquecido, normalmente hasta un 20% de uranio-235. Algunos reactores utilizan un 93% de uranio-235.
La gran relación de volumen y potencia en el núcleo requiere técnicas especiales en su diseño. Al igual que con otros reactores, el núcleo necesita enfriamiento. Generalmente se refrigeran mediante convección natural o forzada con agua.
También se utiliza un moderador de neutrones para ralentizar los neutrones y controlar las reacciones atómicas en cadena que se producen.
Combustible nuclear
Para desencadenar las reacciones atómicas, no todos los átomos son aptos técnicamente.
Combustible para los reactores de fisión: uranio y plutonio
En el caso de las reacciones de fisión nuclear se necesitan átomos muy grandes (con muchos protones y neutrones) porque son muy inestables. Los átomos de uranio y plutonio cumplen con estas condiciones.
Los átomos de uranio y plutonio pueden tener distintas configuraciones. Estas configuraciones dependen del número de neutrones que tienen en el núcleo. Cada una de estas configuraciones es un isótopo distinto del mismo átomo.
El uranio se puede obtener de forma natural. El uranio natural se encuentra con una composición de isótopos de uranio algunos de ellos (pocos) muy inestables. Para mejorar el rendimiento se somete el uranio natural a un proceso de enriquecimiento para obtener una mayor proporción de neutrones que lo convierta en menos estable.
Combustible para los reactores de fusión: deuterio y tritio.
Por otro lado, en la fusión nuclear se necesitan átomos muy pequeños para que sea más sencillo formar los enlaces de fuerza que les van a unir.
El átomo ideal es el más pequeño de todos: el hidrógeno, que solo tiene un protón.
Al igual que el uranio, el hidrógeno tiene varios isótopos. Los que son más aptos para las reacciones de fusión atómica son el deuterio y el tritio.
Actualmente, no hay ninguna central nuclear que utilice la fusión nuclear por motivos técnicos. Sin embargo, en Francia se está construyendo un reactor nuclear de investigación para lograrlo: es el proyecto ITER.
Ventajas e inconvenientes de la energía atómica
El uso de la energía atómica implica ventajas e inconvenientes.
Ventajas
La energía atómica permite obtener una gran cantidad de energía con poco combustible.
No depende de los combustibles fósiles. Esto significa que no emite gases de efecto invernadero y no contribuye al calentamiento global. Por lo tanto, no afecta negativamente al cambio climático.
Inconvenientes
El combustible gastado continúa siendo radioactivo y es muy difícil de gestionar.
La radiactividad de los residuos nucleares perdura durante decenas de años.
Existe la posibilidad de accidentes nucleares. A pesar de que los sistemas de seguridad de las centrales atómicas son muy avanzados, siempre existe la posibilidad de sufrir algún accidente nuclear. Los desastres nucleares son poco frecuentes pero muy dañinos como lo fueron los accidentes nucleares de Chernobyl y Fukushima.