La energía nuclear - IES Carlos Bousoño

La energía nuclear
Entendemos por energía nuclear la que se libera como consecuencia de las reacciones
que se producen en algunos núcleos atómicos y que se denominan reacciones nucleares.
Esta energía puede obtenerse básicamente por dos procedimientos, denominados fisión
y fusión.
• En las reacciones de fisión se produce la desintegración de un núcleo pesado
en dos más ligeros mediante bombardeo de las partículas.
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En las reacciones de fusión, por el contrario, dos núcleos ligeros se funden
para formar un núcleo más pesado. Éste es el proceso que tiene lugar en el
Sol y en las demás estrellas del cosmos.
En ambos procesos se produce una disminución neta de masa que se transforma
directamente en energía, según la ecuación de Einstein:
E = m c2
donde
E = energía desprendida (J)
m = masa desintegrada (kg)
c = velocidad de la luz (3.108 m.s-1)
La energía que se obtiene de estos procesos es enorme. Basta señalar que la pérdida
de masa que experimenta un gramo de uranio al ser sometido a un proceso de fisión
nuclear libera una cantidad de energía equivalente a la combustión de tres toneladas
de carbón.
Energía nuclear de fisión
Cuando un núcleo de uranio es bombardeado con neutrones, se escinde en otros más
pequeños y libera nuevas partículas. Éstas, a su vez, colisionan con otros núcleos y
provocan una reacción en cadena en un espacio de tiempo muy breve, en el que se
libera una enorme cantidad de energía.
Para poder aprovecharla, es necesario reducir la velocidad de reacción mediante el
uso de sustancias capaces de absorber los neutrones que liberan en el proceso. Estas
sustancias se denominan moderadores y pueden ser grafito, agua a presión o agua
pesada. De este modo se controla la cantidad de energía liberada y puede utilizarse
sin riesgo.
La materia prima empleada en estos procesos es el uranio natural. Éste se
encuentra en la corteza terrestre en forma de óxido de uranio, formando un mineral
denominado pechblenda, y también diseminado en las rocas volcánicas y en los
terrenos sedimentarios. A veces su concentración es tan baja que no resulta rentable
su explotación como mineral.
También suele utilizarse uranio enriquecido y óxidos de uranio y de plutonio. Este
último se obtiene de forma artificial.
Las instalaciones destinadas a la producción de energía eléctrica a partir de la
energía nuclear se denominan centrales nucleares.
Centrales nucleares
Los elementos característicos de una central nuclear son el reactor y el combustible.
El reactor es la parte de la instalación donde se producen las reacciones nucleares.
Consiste en una vasija metálica que se encuentra en el interior de un edificio de
contención provisto de gruesos muros de hormigón.
El combustible empleado, como ya se ha indicado, suele ser uranio natural, uranio
enriquecido y mezclas de óxidos de uranio y de plutonio. Se prepara en forma de
pastillas de 1 cm de diámetro y 1 cm de altura. Estas pastillas se introducen en
vainas metálicas perfectamente soldadas para impedir la fuga de material radiactivo.
El conjunto recibe el nombre de núcleo activo del reactor.
Para iniciar la reacción, se bombardea el núcleo activo del reactor con una fuente de
neutrones.
Para controlarla la vasija que contiene el combustible se encuentra sumergida en un
moderador.
Además, el reactor dispone de unas barras de control formadas por materiales
capaces de absorber los fácilmente los neutrones emitidos.
Existen diversos tipos de reactores nucleares, entre los que destacan los de agua
a presión (PWR) y los de agua en ebullición (BWR).
En España existen en la actualidad nueve centrales nucleares, todas ellas del tipo
PWR, con una potencia total de 7400 MW. Esto representa el 18% de la producción
total de energía eléctrica del país.
La seguridad en las centrales nucleares
Los materiales radiactivos como el uranio emiten una serie de radiaciones que
pueden resultar perjudiciales para el ser humano y los demás seres vivos. Entre ellas
destacan las radiaciones alfa (α), las beta (β), las gamma (γ), los rayos X y los
neutrones.
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Las radiaciones alfa (α), están formadas por núcleos de helio. Tienen carga
positiva y se desplazan a baja velocidad: 20 000 km/s. Basta una simple
hoja de papel para eliminarlas.
Las radiaciones beta (β), están formadas por electrones. Tiene carga
negativa y se desplazan a mayor velocidad: 200 000 km/s. Para detenerlas
se emplea una delgada lámina de metal.
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Los rayos X son de carácter electromagnético y se desplazan a la velocidad
de la luz, es decir, a 300 000 km/s. Para absorberlos se necesita una capa de
plomo.
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Las radiaciones gamma (γ) son similares a los rayos X pero de mayor
poder de penetración, por lo que se necesita un mayor espesor de la capa de
plomo para neutralizarlas.
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Los neutrones que se emiten en las reacciones en cadena son las radiaciones
más penetrables, por lo que se requiere un grueso muro de hormigón para
absorberlas.
Para evitar el peligro que supone la energía nuclear en general y las radiaciones en
particular, las centrales están dotadas de varios sistemas de seguridad que entran en
funcionamiento automáticamente en caso de incidente. Así mismo los organismos
competentes llevan a cabo revisiones periódicas para garantizar el buen
funcionamiento de las instalaciones.