ENERGIA NUCLEAR

Una de las fuentes de energía más modernas y que sin lugar a dudas ha levantado más polémica, es sin duda la energía nuclear. La energía nuclear, tiene sus puntos positivos y negativos, pero ya lo veremos más adelante.
Introducción:
Se puede obtener energía nuclear de dos formas diferentes, mediante FUSIÓN, y mediante FISIÓN. La primera está en investigación, y se obtiene en laboratorios, ya que se emplea más energía en la obtención que la obtenida mediante este proceso, y por ello, todavía no es viable. La fisión es la que se emplea actualmente en las centrales nucleares.
Ahora, un poco de historia. Todo comenzó cuando Albert Einstein descubrió su famosa fórmula E=MC², donde E es la Energía liberada, M la diferencia de masa o incremento, y C es la velocidad de la luz. Esta ecuación significa que la masa se puede transformar en Energía y al revés, la energía en masa. Según esta fórmula, cuando en un proceso se pierde masa, esta no desaparece sin más, se transforma en energía, según la fórmula anterior. Según dicha fórmula, una pequeña cantidad de masa, libera gran cantidad de energía, pues la velocidad de la luz al cuadrado es: 90.000.000.000.000.000, que al multiplicarlo por la masa, resulta una energía grande en comparación con la masa transformada. Por ejemplo, si se transforma un miligramo de masa en energía, tenemos que la Energía liberada es: E = 0.000001Kg*90.000.000.000.000.000= 90.000.000.000 julios = 90 giga julios.
Para hacerse una idea de la energía desprendida, supongamos que tenemos un reactor nuclear que es capaz de transformar un miligramo de masa en energía en una hora, y que se aprovecha toda la energía. Pues bien, la potencia sería W=E / T, donde E es la Energía y T el tiempo. Una hora son 3.600 segundos, luego W=90.000.000.000 / 3600 = 25.000.000 Watios = 25 megawatios. Una casa convencional, consume unos 3,3 kilowatios·hora. Si tenemos esto en cuenta, tenemos que con esa energía podríamos satisfacer a 7.576 hogares (téngase en cuenta que hay televisión, horno, frigorífico, estufa, ., aunque si consideramos que no llegan a la máxima potencia, pues casi nunca se llega a 3300 watios/hora, y que por la noche apenas consumen energía, se podría satisfacer a más del doble de hogares). En las centrales nucleares, hay muchos cilindros de Uranio, y con ello se consigue una gran cantidad de energía, ya que se consigue una potencia de unos 900 megawatios, siendo la energía suministrada por las centrales nucleares, la tercera parte de la energía total suministrada por todas las distintas centrales (hidráulicas, solares, eólicas,.) en España.
La primera aplicación práctica fue la bomba atómica, en la cual se liberó una energía de 12 kilotones (energía equivalente a 12.000 toneladas de explosivo TNT), destruyendo una ciudad entera. Esta es una forma de liberación de energía de forma incontrolada. En las centrales nucleares, el proceso está controlado, de forma que la energía no sea gigantesca, ya que destruiría el reactor, y se transformaría en una bomba atómica.
 

Tipos de energía nuclear:
Como hemos dicho antes, hay dos formas de obtener energía en un proceso nuclear:
    FISIÓN:
Es el utilizado actualmente en las centrales nucleares. Cuando un átomo pesado (como por ejemplo el Uranio o el Plutonio) se divide o rompe en dos átomos más ligeros, la suma de las masas de estos últimos átomos obtenidos, más la de los neutrones desprendidos es menor que la masa del átomo original, luego se verifica la fórmula de Albert Einstein E=MC², con lo que se desprende Energía. Para romper un átomo, se emplea un neutrón (ya que es neutro eléctricamente, y no es desviado de su trayectoria), que se lanza contra el átomo a romper, por ejemplo, Uranio. Al chocar el neutrón, el átomo de Uranio-235 se convierte en Uranio-236 durante un brevísimo espacio de tiempo, pues tiene un neutrón más que es el que ha chocado con él, siendo este último átomo sumamente inestable, dividiéndose en dos átomos diferentes y más ligeros que el Uranio-236 (por ejemplo Kriptón y Bario; o Xenon y Estroncio), desprendiendo 2 ó 3 neutrones (los neutrones desprendidos, dependen de los átomos obtenidos, nosotros tomamos como ejemplo 3 neutrones, pero puede que solo se desprendan 2. En caso de obtener Bario y Kriptón, se desprenden 3 neutrones; mientras que si se obtiene Xenon y estroncio, solo se liberan 2 neutrones), y liberando energía. Estos 3 neutrones, vuelven a chocar con otros 3 átomos de Uranio-235, liberando en total 9 neutrones, energía y otros dos átomos más ligeros, y así sucesivamente, generando de esta forma una reacción en cadena. Como se puede comprobar, en cada reacción sucesiva, se rompen 3^n-1 átomos, donde n es 1º, 2º, 3º, 4º, ., reacción. De esta forma, donde más energía se libera es al final, ya que se rompen gran cantidad de átomos, según la relación 3^n-1, liberándose gran cantidad de energía. 
    En las centrales nucleares, el proceso que se controla es el final, ya que en ellas, se genera energía de forma lenta, pues de lo contrario el reactor se convertiría en una bomba atómica, debido a que la mayor parte de la energía se libera al final, como hemos expuesto anteriormente. El proceso básico es el siguiente:     Las barras de Uranio enriquecido al 4% con Uranio-235, (recordamos que el Uranio natural es el U-238, y el que es fisionable es el     U-235, que es un 0.71% del Uranio que se encuentra en la naturaleza, de ahí que solo un pequeño porcentaje del Uranio se aproveche y se requieran grandes cantidades de este para obtener una cantidad significativa de U-235. El U-238 no es fisionable, ya que es un átomo estable, y al romperlo, no habría diferencia de masa, y no se obtendría energía, cosa que con el U-235 sí se obtiene, al ser inestable.) se introducen en el reactor, y comienza un proceso de fisión. En el proceso, se desprende energía en forma de calor. Este calor, calienta unas tuberías de agua, y esta se convierte en vapor, que pasa por unas turbinas, haciéndolas girar. Estas a su vez, giran un generador eléctrico de una determinada potencia, generando así electricidad, al igual que con una dínamo de bicicleta, solo que estas turbinas y el generador, son muy grandes. Lógicamente, no se aprovecha toda la energía obtenida en la fisión, y se pierde parte de ella en calor, resistencia de los conductores, vaporización del agua, etc. Los neutrones son controlados para que no explote el reactor mediante unas barras de control (generalmente, de Carburo de Boro), que al introducirse, absorben neutrones, y se disminuye el número de fisiones, con lo cual, dependiendo de cuántas barras de control se introduzcan, se generará más o menos energía. Normalmente, se introducen las barras de tal forma, que solo se produzca un neutrón por reacción de fisión, controlando de esta forma el proceso de fisión. Si todas las barras de control son introducidas, se absorben todos los neutrones, con lo cual se pararía el reactor. El reactor se refrigera, para que no se caliente demasiado, y funda las protecciones, convirtiéndose en una bomba atómica, incluso cuando este esté parado, ya que la radiación hace que el reactor permanezca caliente. En el siguiente esquema, se muestra cómo trabaja una central nuclear, según lo explicado anteriormente: 
 Como curiosidad, en la fotografía de a continuación, aparece el plano de una central nuclear, que verifica el esquema anterior. Como se puede observar, una planta nuclear tiene más elementos de los que parece.
Para más información sobre Centrales nucleares, pincha sobre los siguientes enlaces o links:            Todo lo que quieras saber sobre la industria nuclear con multitud de links           Consejo de seguridad nuclear
           Instituto de Educación Secundaria "Gonzalo de Berceo" de Alfaro (La Rioja)
           Glosario básico de términos nucleares (en inglés)
  Más adelante, hablaremos de los peligros que representa actualmente la Fisión Nuclear (radiación, residuos, etc.), así como de los sistemas de seguridad mínimos que debe tener una central nuclear.     FUSIÓN:

 
La fusión nuclear, está actualmente en líneas de investigación, debido a que todavía hoy no es un proceso viable, ya que se invierte más energía en el proceso para que se produzca la fusión, que la energía obtenida mediante este método.
La fusión, es un proceso natural en estrellas, produciéndose reacciones nucleares por fusión debido a la elevadísima temperatura de estas estrellas, que están compuestas principalmente por Hidrógeno y Helio. El hidrógeno, en condiciones normales de temperatura, se repele entre sí cuando intentas unirlo (fusionarlo) a otro átomo de hidrógeno, debido a su repulsión electrostática. Para vencer esta repulsión electrostática, el átomo de hidrógeno debe chocar violentamente contra otro átomo de hidrógeno, fusionándose, y dando lugar a Helio, que no es fusionable. La diferencia de masa entre el átomo obtenido y el original es mayor que en la fisión, liberándose así una gran cantidad de energía (muchísimo mayores que en la fisión). Estos choques violentos, se consiguen con una elevada temperatura, que excita los átomos de hidrógeno, y se mueven muy rápidamente, chocando unos contra otros.
La primera reacción de fusión realizada por el ser humano, tuvo origen militar, con una bomba termonuclear (o también llamada bomba-H o de Hidrógeno), que para obtener la temperatura adecuada (casi la del Sol, unos 20 millones de grados centígrados), se utilizó una bomba atómica. Esta bomba termonuclear libera grandes cantidades de energía. Las bombas termonucleares actuales, alcanzan los 60 megatones (equivalente a 60 millones de toneladas de explosivo TNT), lo cual puede arrasar todo lo que haya en un radio de 40 ó 50 Kilómetros a la redonda, eso si incluir la radiación electromagnética y la onda expansiva, así como la lluvia ácida.