Fisión nuclear

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La fisión nuclear es un proceso que permite la liberación de gran cantidad de energía. Se produce en reactores nucleares que poseen estrictas medidas de seguridad. A continuación podrás conocer todas las ventajas y desventajas que tiene la fisión nuclear como fuente de energía...y mucho más.

La fisión nuclear es una forma de obtener energía aprovechando la producida por reacciones nucleares.

ENERGÍA NUCLEAR

Como su nombre lo indica, es la energía contenida en el núcleo del átomo, que mantiene unidas a las partículas que lo componen: protones y neutrones.

La fsión nuclear comienza cuando un neutrón impacta en un núcleo pesado.

Fuera del núcleo, los electrones giran en zonas de probabilidad determinadas, de acuerdo al átomo al que pertenecen.

Los electrones intervienen en las reacciones químicas, como la formación de sales, la combustión, etc. Mientras que las partículas pertenecientes al núcleo del átomo son aquellas que participan en las reacciones nucleares.

Los procesos en los que son modificados los núcleos atómicos se denominan reacciones nucleares.

Hay dos formas de liberar la energía contenida en los núcleos atómicos: fusión y fisión nuclear. Esa energía puede ser transformada en electricidad, para su posterior distribución.

La fusión nuclear consiste en la combinación de pequeños núcleos en otros de mayor tamaño.

Energía de enlace nuclear: es aquella que interviene cuando se forma un núcleo, a partir de cuando se forma un núcleo, a partir de las partículas que lo forman. Se mide en MeV, mega electrón voltios.

1 MeV = 1.000.000 eV = 1,6 · 10¹³ J

EQUIVALENCIA ENTRE MASA Y ENERGÍA

En las reacciones nucleares, pequeñas cantidades de masa generan energía en enormes medidas. Esto se demuestra por la expresión E = m · c² que pertenece a la Teoría de la Relatividad, desarrollada por Albert Einstein. Veamos que significa esa fórmula:

Esta diferencia de masa es la que se convierte en energía liberada.

velocidad de propagación de la luz ( c ): su valor es de 3 • 10⁸ m/s².

Dado el alto valor que tiene la velocidad de la luz y que además se encuentra elevado al cuadrado en la fórmula, se puede deducir que pequeñas porciones de masa pueden generar gran cantidad de energía.

La energía desprendida es igual al producto del defecto de masa por la velocidad de propagación de la luz en el vacío, al cuadrado.

defecto de masa (m): es la diferencia entre la masa de un átomo y la suma de las masas de sus partículas subatómicas.

FISIÓN NUCLEAR

Es producto de la división de un núcleo pesado (número másico >200) que se divide en núcleos más pequeños con masa intermedia y libera dos o tres neutrones.

Para que pueda llevarse a cabo, se deben bombardear con neutrones a los núcleos pesados.

Ejemplo: Fisión de un núcleo de uranio-235.

Al bombardear al núcleo de uranio-235 con neutrones a escasa velocidad (la misma a la que se mueven las moléculas del aire), ocurre la fisión nuclear de dicho elemento. Los productos de este proceso pueden dar como resultado cerca de treinta elementos distintos. Como puede ser el caso de Sr (estroncio) y Xe (xenón).

Dentro de todos los elementos pesados que se encuentran en la naturaleza, el uranio-235 y el isótopo artificial plutonio-239 son los que más aplicaciones tienen en cuanto a fisión nuclear se refiere.

Uranio-235

La particularidad del uranio-235 es que en el proceso de fisión de dicho elemento, se producen más neutrones que los utilizados al inicio, dando como resultado una reacción en cadena, debido a que los neutrones emitidos producen nuevas reacciones. Por ello es necesario supervisarlas, porque estas se podrían volver incontrolables.

Para que se produzca una reacción en cadena es necesaria una masa crítica, que es la mínima indispensable para que se genere dicha situación.

Plutonio-239

Es un isótopo artificial, que produce dos o tres neutrones al ser fisionado y puede colocarse, del mismo modo que el uranio-235, en los reactores nucleares para generar energía. Ha sido utilizado en una de las bombas atómicas utilizadas en la Segunda Guerra Mundial, la que destruyó Nagasaki en 1945.

APLICACIONES

Hallazgos científicos como el que realizó Einstein, que permitió determinar la cantidad de energía que se podía producir modificando núcleos atómicos, pueden ser usados para el progreso y desarrollo de la humanidad o con fines bélicos. En este caso ha tenido ambas aplicaciones.

Bomba atómica

La bomba atómica se diseñó con un detallado cálculo de su masa crítica, que le permitió liberar gran cantidad de energía.

Para accionar la masa crítica es necesario un explosivo como el TNT, que permite que se unan las partes fisionables y se produzca la reacción en cadena.

REACTORES NUCLEARES

En los reactores se produce la fisión nuclear de elementos que posibilitan dicho proceso, obteniéndose energía calorífica. Allí se obtienen y controlan las reacciones nucleares. La energía generada calienta agua, que se convierte en vapor y acciona las turbinas que transforman la energía en eléctrica, mediante un generador de electricidad.

Luego de esta parte del proceso, el vapor de agua aún tiene elevadas temperaturas, por ello es necesario disminuir esos valores para su posterior reutilización. Para lograr ese fin se realiza el procedimiento de condensación del gas, que da como resultado la obtención de agua líquida. Esto es posible colocando el vapor de agua en un depósito que posee tuberías con agua fría, que cumplen la función de refrigerar.

Una vez que se obtuvo el agua en estado líquido, una bomba la transporta para comenzar nuevamente todo el ciclo.

Las reacciones controladas en las plantas nucleares, producen la energía necesaria satisfacer parte de las necesidades energéticas de muchas zonas del mundo.

Los reactores nucleares pueden ser:

• Reactores de agua ligera.
• Reactores de agua pesada.
• Reactores de cría.

REACTORES DE AGUA LIGERA

Es importante destacar que los neutrones lentos pueden dividir a los núcleos pesados más rápido que los que tienen altas velocidades. Los neutrones que se generan luego del inicio de la reacción son rápidos, por lo que hay que controlar su velocidad para que el proceso se pueda seguir desarrollando eficazmente. Para ello se utilizan moderadores.

Moderadores

Los moderadores son sustancias que disminuyen la velocidad de los neutrones y tienen las siguientes características:

• No tóxicos.
• Económicos.
• No reactivos.
• Fluidos, ya que funcionan como refrigerantes.

El agua es la sustancia que más se ajusta a estas características. Aquellos reactores que utilizan agua como moderador son denominados reactores de agua ligera.

El elemento fisionable que se utiliza generalmente en estos reactores es el uranio-235. Como la reacción producida es exotérmica (genera mucho calor), esta energía puede ser utilizada para producir vapor de agua que genera electricidad mediante los dispositivos adecuados.

Las centrales nucleares de agua liviana se construyen cerca de ríos y lagos para obtener el agua necesaria para su funcionamiento.

REACTORES DE AGUA PESADA

A diferencia de los reactores anteriormente citados, éstos utilizan agua pesada para moderar la velocidad de reacción.

Agua pesada (D₂ O): Es de apariencia similar al agua común, pero es más densa. La diferencia es que tiene en su composición dos átomos de deuterio y uno de oxígeno. El deuterio es un isótopo estable del hidrógeno, ²H, que contiene un protón y un neutrón. Es importante recordar que el hidrógeno únicamente tiene un protón.

Al utilizar D₂ O el reactor es más eficiente ya que no se necesita enriquecer el uranio para logran una concentración determinada, como sí ocurre con los de agua ligera. Sin embargo, el agua pesada es más costosa porque se obtiene por procesos químicos.

REACTORES DE CRÍA

Por lo general también utilizan uranio, pero producen más material fisionable del que ingresa. Esto es posible con la emisión de neutrones a gran velocidad que impactan con los átomos del material que se coloca en el reactor. Este puede contener uranio-238, uranio-235 y también plutonio-239.

Construir este tipo de reactores es muy costoso, por lo cual existen muy pocos en el mundo.

FISIÓN O FUSIÓN NUCLEAR PARA GENERAR ELECTRICIDAD?

La mayoría de las centrales nucleares que hay en el mundo trabajan con fisión nuclear, esto es porque aún no se ha determinado la forma de producir energía eléctrica mediante la fusión nuclear.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DE ENERGÍA NUCLEAR

A favor, se puede destacar que contamina menos a la atmósfera que los combustibles fósiles. Con respecto a las desventajas, se encuentra el problema de la contaminación radioactiva, ya que por más mínima que sea, es emitida al ambiente. En caso de ocurrir accidentes, producto de errores humanos o de desastres naturales, como los terremotos, la contaminación radiactiva que puede llegar a generarse es muy grave.

ACCIDENTES

Chernobyl

La destrucción de la ciudad de Chernobyl ha sido total y aún hoy se registran altos niveles de radiación.

Ocurrió en la ciudad de Prypiat, Ucrania, en el año 1986, un reactor que estaba refrigerado por agua y moderado por grafito explotó generando un caos. Esta situación fue notificada al pueblo con demora, impidiendo una evacuación inmediata. El motivo fue una falla de seguridad, errores humanos que dieron como resultado una de las mayores tragedias del mundo que afectó a 8 millones de personas.

Fukushima

En el año 2011, un terremoto y un tsunami provocaron un accidente en la planta nuclear de Fukushima. Las emisiones radioactivas no sólo contaminaron la atmósfera, sino también el océano. Los daños a la población y al ecosistema en general tuvieron gran alcance, detectándose ya en el año 2012, mutaciones en seres vivos.

Estos dos casos han conmocionado al mundo, surgiendo la necesidad de extremar aún más las medidas de precaución en cuanto al manejo de energía nuclear se refiere.

Además, luego de la Segunda Guerra Mundial y la destrucción a causa de las bombas atómicas que exterminaron a más de 220.000 personas, durante y por las consecuencias de la radiactividad que emiten, se requirió un control de la producción de armas nucleares. El Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) controla que la energía atómica sea utilizada para la paz y bienestar de la sociedad y que no sea utilizada con fines bélicos.