El campo de la energía nuclear es vasto y complejo, abarcando una amplia gama de conceptos técnicos y aplicaciones. Este articulo ofrece un pequeño glosario de conceptor básicos con definiciones claras y concisas de términos clave relacionados con la energía nuclear.
Desde los procesos fundamentales de fisión y fusión hasta los conceptos asociados con la seguridad, la gestión de residuos y las aplicaciones prácticas, cada término está explicado para ofrecer una base sólida de conocimiento.
¿Qué es la energía nuclear?
La energía nuclear es una forma de obtener electricidad aprovechando la energía almacenada en los núcleos de los átomos. En las centrales nucleares, se realiza un proceso llamado fisión nuclear, en el cual los núcleos de átomos como el uranio se dividen en partes más pequeñas. Este proceso libera una gran cantidad de calor, que se usa para calentar agua y producir vapor para accionar una turbina conectada a un generador. De esta forma, se convienrte la energía de los átomos en electricidad.
Además de generar electricidad, la energía nuclear tiene otros usos importantes. Por ejemplo, se utiliza en medicina para realizar diagnósticos y tratamientos, en investigación científica para estudiar materiales y en la industria para irradiar alimentos y controlar la calidad de materiales. Por otro lado, también se usa en la propulsión de submarinos y portaaviones e incluso para la creación de bombas con un gran poder destructivo.
Reacciones nucleares: fisión y fusión
Para poder aprovechar la energía nuclear presente en el núcleo de los átomos se puede hacer de dos formas: partiendo el núcleo de un átomo o fusionando el núcleo de dos átomos. En el primer caso lo llamamos fisión nuclear y en el segundo fusión nuclear.
Cuando se produce una de estas dos reacciones físicas 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.
Técnica 1: Fisión nuclear
La fisión nuclear es una forma de obtener la energía contenida de un átomo mediante la división del núcleo atómico en diferentes partículas más pequeñas. Este tipo de reacciones generan una gran cantidad de energía calorífica que posteriormente se puede aprovechar de diferentes formas.
Una de las características importantes de la fisión nuclear es que se genera bombardeando un átomo inestable con un neutrón. Una vez que el núcleo se ha fisionado, además de partículas uno o dos neutrones más quedan libres que pueden chocar contra otros átomos generando una reacción en cadena.
Las partículas resultantes se consideran combustible gastado que debe sustituirse cuando la proporción sea demasiado alta e impide que los neutrones libres encuentren átomos para fisionar.
Actualmente la fisión nuclear es el tipo de reacción nuclear que se utiliza en todos los tipos de reactores nucleares de potencia. La mayor parte de estos reactores son reactores de agua ligera.
Técnica 2: Fusión nuclear
La fusión nuclear es el proceso inverso, es decir, la fusión del núcleo de dos átomos. Para obtener la fusión, hay que someter los núcleos de los átomos a unas condiciones de presión y temperatura muy elevadas. Mediante este tipo de reacción también se obtiene una gran cantidad de energía.
Sin embargo, técnicamente todavía no se ha conseguido fabricar reactores nucleares de potencia viables para la producción de electricidad.
Esta técnica presenta múltiples ventajas comparada con la fisión:
- Es más sostenible para el medio ambiente
- Mejor rendimiento
- Sería una fuente de energía renovable.
Un ejemplo de energía nuclear de fusión es la energía que produce el Sol. En el núcleo de la estrella de nuestro Sistema Solar se generan reacciones de fusión nuclear.
Otros conceptos y definiciones
- Átomo: La unidad básica de la materia, compuesta por un núcleo (protones y neutrones) y una nube de electrones.
- Neutrón: Partícula subatómica sin carga eléctrica, presente en el núcleo de los átomos, que juega un papel crucial en las reacciones nucleares.
- Isótopo: Variantes de un elemento químico que tienen el mismo número de protones pero un número diferente de neutrones.
- Radioactividad: Emisión espontánea de radiación por núcleos inestables de átomos. Puede incluir partículas alfa, beta y rayos gamma, y es un fenómeno clave en la fisión y fusión nucleares.
Reactores nucleares: Dispositivos que inician y controlan la reacción de fisión para generar calor, que se convierte en electricidad.- Reactores de agua presurizada (PWR): Tipo de reactor que utiliza agua a alta presión para evitar que hierva, transfiriendo calor a un sistema de vapor separado.
- Reactores de agua en ebullición (BWR): Tipo de reactor en el que el agua hierve en el núcleo para generar vapor directamente, que se usa para mover una turbina.
- Combustible nuclear: Material utilizado en reactores nucleares para generar energía mediante fisión. Los combustibles comunes incluyen uranio-235 y plutonio-239. Estos materiales liberan energía al dividirse en núcleos más ligeros.
- Material fisionable: Material que puede sostener una reacción en cadena de fisión, como uranio-235 o plutonio-239.
- Cadena de reacción: Serie de reacciones nucleares en las que los neutrones liberados inducen la fisión de otros núcleos.
- Barras de combustible: Componentes en un reactor nuclear que contienen material fisionable y se utilizan para mantener la reacción de fisión.
- Moderador: Material que reduce la velocidad de los neutrones para facilitar la fisión continua en un reactor nuclear.
- Refrigerante: Sustancia que circula a través del reactor para absorber y transferir el calor generado por la fisión.
- Residuos radiactivos: Materiales que contienen isótopos radiactivos y requieren manejo y almacenamiento seguro debido a su radiactividad.
- Central nuclear: Instalación que utiliza reactores nucleares para generar electricidad mediante el proceso de fisión nuclear. Consta de uno o varios reactores, sistemas de generación de vapor y equipos de conversión de energía.
- Edificio de contención: Estructura diseñada para confinar los productos de la fisión y prevenir la liberación de materiales radiactivos al medio ambiente.
- Desmantelamiento: Proceso de desactivación y eliminación segura de una planta nuclear al final de su vida útil.
- Accidente nuclear: Incidente en una planta nuclear que resulta en una liberación inesperada de materiales radiactivos al medio ambiente, potencialmente con consecuencias graves para la salud humana y el medio ambiente. Ejemplos incluyen Chernobyl y Fukushima.
- Medicina nuclear: Rama de la medicina que utiliza isótopos radiactivos para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades. Los procedimientos incluyen imágenes por tomografía de emisión de positrones (PET) y terapia con radionucleidos.
- Bomba atómica: Arma nuclear que utiliza la fisión de átomos pesados, como el uranio o el plutonio, para liberar una enorme cantidad de energía explosiva. La primera bomba atómica fue lanzada en Hiroshima en 1945.
- Bomba de hidrógeno: Arma nuclear que utiliza la fusión de átomos ligeros, como el deuterio y el tritio, para liberar una energía mucho mayor que la de una bomba atómica. También conocida como bomba termonuclear.