Energía Nuclear: Fundamentos, Reactores, Ventajas e Inconvenientes

1. Radiación Natural

La radiación natural consiste en la emisión espontánea, por parte de algunas sustancias existentes en la naturaleza, de radiaciones capaces de atravesar cuerpos opacos a la luz, impresionar placas fotográficas, ionizar el aire, etc. Hay tres tipos:

• Radiación Alfa (α): Constituida por núcleos de helio, es poco penetrante. Es absorbida por una hoja de papel o la piel del cuerpo humano, por lo que es difícil que penetre en el organismo.
• Radiación Beta (β): Constituida por electrones, es más penetrante que la alfa. Para detenerla es necesaria una lámina metálica o una plancha de madera.
• Radiación Gamma (γ): No tiene materia, es electromagnética y de gran poder de penetración. Recorre centenares de metros en el aire y, para detenerla, se necesita una lámina de plomo o una pared de hormigón.

2. Energía Nuclear

En la mayor parte de las radiaciones nucleares, la masa de los reactivos es mayor que la de los productos de reacción. Hay una pérdida de masa debido a que, en el transcurso de la reacción, una cantidad de materia se convierte en energía. Ecuación de Einstein: ΔE = Δm·c²

3. Reacción de Fusión Nuclear

Llamada termonuclear debido a la elevada temperatura a la que tiene lugar, une núcleos ligeros para producir unos más complejos, yendo acompañado de una emisión de energía mayor de las que se desprenden en las reacciones de fisión. Se verifican en el Sol y en estrellas compuestas de hidrógeno.

4. Partes de un Reactor Nuclear

• Combustible: Barras, esferas, etc., protegido por vainas metálicas.
• Moderador: Agua, agua pesada, grafito, berilio, para disminuir la energía de los neutrones de 1 MeV a 0,03 eV y poder así fisionar un núcleo.
• Fuente de neutrones: Emite un chorro de neutrones para iniciar la reacción en cadena.
• Barras de control: Regulan el factor de multiplicación. Son barras móviles de boro y cadmio que se pueden introducir más o menos en el núcleo, actuando como modificador.
• Refrigerante: Suele ser agua, agua pesada, gas o metal líquido. Sirve para extraer el calor del reactor hacia la zona de refrigeración y producción de electricidad.
• Reflector: Para evitar la fuga de neutrones.
• Blindaje: Para frenar las reacciones del combustible.

5. Funcionamiento de una Central Nuclear

Se introduce combustible en el reactor, donde se produce una reacción de fisión que calienta el líquido refrigerante. Este va a parar al generador de vapor, donde se calienta agua y se convierte en vapor, que hace girar unas turbinas. El giro de las turbinas hace girar el generador y produce electricidad que va a parar a la Red de Alta y Extra Alta Tensión (RAET). El vapor se enfría en una torre de refrigeración, donde, con agua de ríos, lagos, etc., se enfría el vapor mediante un condensador, y el agua que enfría el vapor vuelve a la naturaleza.

6. Ventajas e Inconvenientes de la Energía Nuclear

Ventajas

• Enormes posibilidades energéticas: Con muy poca cantidad de combustible se puede generar mucha energía (1 g de Uranio → 3 toneladas de Carbón).
• No gasta oxígeno.
• No contamina (durante su funcionamiento normal).
• Energía regular y de larga duración.

Inconvenientes

• Pérdidas de calor en las transformaciones.
• Elevados costes en las instalaciones, medidas de seguridad, eliminación de residuos y desmantelaciones.
• Riesgos de accidentes catastróficos.
• Generación de residuos radiactivos de larga duración.

7. Residuos Radiactivos

Son aquellos materiales que contienen radioisótopos en proporción superior a la admitida por la ley. Provienen de centrales nucleares, centros de investigación y algunos aparatos clínicos. Pueden ser sólidos, líquidos y gaseosos. Los gaseosos de las centrales se les elimina la radioactividad y las partículas sólidas, y se envían directamente a la atmósfera. Los residuos sólidos de alta radiactividad se almacenan primero en la central en piscinas de hormigón llenas de agua y luego van a las fábricas de reprocesamiento, en las que se recupera el combustible que no se ha consumido, y el resto se transporta a cementerios radiactivos, donde se meten en recipientes resistentes a la corrosión. El desmantelamiento de una central tiene un coste cuantioso.

8. Energía Nuclear de Fusión

Se parte de un almacenamiento de plasma mediante la acción de potentísimos campos magnéticos, comprimiéndolo después para elevar la temperatura y conseguir la densidad necesaria para que tenga lugar la fusión nuclear. Actualmente, la investigación se orienta hacia el método de confinamiento inercial; el láser tiene un papel importante. No es un método rentable porque es mayor la energía consumida que la obtenida, y es la energía del futuro.

Tiene dos ventajas:

• Utiliza como materia prima isótopos de hidrógeno.
• Es una energía limpia.

Desventajas:

• Utilización de importantes cantidades de tritio.
• Producción de neutrones energéticos.