Energía Nuclear

La energía nuclear

¿Qué es la energía nuclear?

En la actualidad, más de 400 centrales nucleares de todo el mundo producen 400 GW (gigavatios) de electricidad, ¡suficiente para abastecer a 400 millones de hogares durante todo el año!

Central nuclear: Explicación y diagrama

Antes de aprender cómo funciona una central nuclear, recapitulemos el concepto de desintegración radiactiva.

Todos los elementos tienen el mismo número de protones cargados positivamente y de electrones cargados negativamente. Pero pueden tener distinto número de neutrones.

A veces, estos isótopos son inestables. Estos átomos se desintegran liberando productos de fisión (un paquete de partículas subatómicas) y una ráfaga de radiación ionizante para transformarse en un elemento más pequeño y estable.

Los isótopos que sufren más de un paso de des integración son los más útiles para generar energía nuclear.

Centrales de fisión

Una central nuclear (también conocida como reactor nuclear) es una serie de máquinas que controlan la fisión nuclear para producir electricidad. La mayoría de las centrales utilizan uranio como combustible, en concreto, el isótopo uranio-235.

Como alternativa, se utiliza un isótopo del plutonio (plutonio-239).

Los átomos del combustible nuclear se ven obligados a romperse. Al romperse, los átomos liberan productos de fisión. Éstos inducen a los átomos cercanos a dividirse, iniciando una reacción en cadena.

Al separarse, los átomos liberan energía en forma de calor:

• El calor se utiliza para convertir el agua en vapor.

• El vapor acciona las turbinas (conversión de calor → energía cinética).

• El movimiento de las turbinas acciona un generador (conversión de energía cinética → energía eléctrica)

Para evitar que las reacciones en cadena se descontrolen, las centrales nucleares contienenbarras de control de boro . Estas barras absorben neutrones, impidiendo que dividan más átomos de uranio. Al elevar las barras se acelera el ritmo de desintegración, mientras que al bajarlas se ralentiza.

Técnicas de extracción del uranio

¿Cómo se extrae el uranio de la corteza terrestre?

• Minería a cielo abierto: la perforación y la voladura crean un gran agujero en el suelo, dejando el mineral al descubierto. A continuación, el mineral se extrae utilizando técnicas de voladura y excavación.

• Mineríasubterránea: los minerales subterráneos se extraen mediante voladuras, perforación neumática, picos y palas. Esta técnica minera expone a los trabajadores al nocivo gas radón.

• Lixiviación in situ: se utilizan productos químicos para separar el uranio de la roca circundante. Los productos químicos son principalmente ácido sulfúrico o bicarbonato sódico. La lixiviación in situ es el método predominante de extracción de uranio.

Reactores de torio

Se han sugerido reactores nucleares basados en torio como alternativa a los reactores basados en uranio. Serían reactores de sales fundidas, en los que el torio quedaría como combustible líquido; más seguros que los reactores basados en uranio. Los reactores de torio generarían menos residuos radiactivos. Además, el torio es aproximadamente tres veces más abundante que el uranio.

Sin embargo, los reactores de sales fundidas son difíciles y muy caros de desarrollar. Faltan décadas para que exista un reactor comercial de torio.

Complicaciones de la densidad de la energía nuclear

Antes hemos aprendido que los combustibles nucleares tienen una enorme densidad energética, muy superior a la de cualquier otro combustible.

Si hay tanta energía en el combustible nuclear, ¿por qué no tenemos más electricidad de la que podríamos necesitar? Bueno, hay que tener en cuenta algunos factores:

• Enriquecimiento: sólo una pequeña fracción del material extraído se utiliza en las centrales eléctricas

• Consumo de combustible: en las centrales tradicionales sólo se extrae el 6% de la energía del combustible

• Eficiencia térmica: las centrales nucleares sólo pueden convertir el 33% del calor en electricidad

A pesar de estas reducciones de la densidad energética efectiva, la fisión nuclear sigue siendo una herramienta eficaz y útil para generar electricidad.

Centrales de fusión

La fusiónnuclear se produce cuando los núcleos de dos elementos ligeros son forzados a unirse para formar un núcleo de un elemento más pesado. La fusión nuclear tiene lugar en el Sol, y proporciona tanta energía que puede calentar la Tierra a millones de kilómetros de distancia.

Se calcula que las reacciones de fusión producen cuatro veces más energía que las de fisión, ¡sin residuos radiactivos! Así pues, las centrales de fusión podrían ser revolucionarias, pero los científicos están luchando por desarrollar la tecnología adecuada. La fusión nuclear requiere temperaturas de más de 100.000.000ºC, difíciles de crear en la Tierra.

Los investigadores se están centrando en las reacciones de fusión del hidrógeno, utilizando los isótopos pesados deuterio y tritio. Cuando se combinan, producen núcleos de helio. El proceso libera grandes cantidades de energía y se produce a temperaturas más bajas que otros elementos.

Reactores toroidales

Algunas centrales de fusión experimentales utilizan una máquina llamada tokamak. Este confina un plasma mediante un campo magnético, creando una forma de rosquilla llamada toroide.

Las bobinas magnéticas generan un intenso "campo toroidal". En el centro del toroide, otro imán crea un " campo poloidal". Estos campos magnéticos actúan conjuntamente, confinando las partículas en el plasma y creando las condiciones necesarias para la fusión nuclear.

Fusión láser

Durante la fusión por láser, el deuterio y el tritio se añaden a una cámara de explosión y se comprimen a altas densidades mediante un intenso rayo láser. La alta densidad y el calor de la compresión proporcionan las condiciones necesarias para la fusión nuclear.

Una desventaja de las técnicas de fusión láser es que los láseres son relativamente ineficaces para convertir la energía eléctrica en energía luminosa. Además, parte de la luz láser se refleja o se dispersa.

Países que utilizan la energía nuclear

Más de 30 países utilizan la energía nuclear para generar electricidad. ¿Quiénes son los diez mayores productores?

La energía nuclear en el Reino Unido

El Reino Unido alberga seis centrales nucleares operativas:

• Dungeness B, Kent
• Hartlepool, Condado de Durham
• Heysham 1, Lancashire
• Heysham 2, Lancashire
• Sizewell B, Suffolk
• Torness, Lothian Oriental

En 2021, la energía nuclear generó el 14,8% de la electricidad del país.

Ventajas de la energía nuclear

¿Qué ventajas tiene la energía nuclear frente a los combustibles fósiles?

Desventajas de la energía nuclear

Es importante reconocer que ningún recurso energético es perfecto. Entonces, ¿cuáles son las desventajas de la energía nuclear?

Espero que este artículo te haya explicado la energía nuclear. Recuerda que se trata de electricidad generada mediante reacciones nucleares. La energía nuclear produce grandes cantidades de electricidad sin emisiones de carbono ni contaminantes, pero crea residuos radiactivos que deben almacenarse con cuidado.

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