Energía nuclear

energía nuclear

La energía nuclear, también llamada energía atómica, es la energía que se libera en cantidades importantes en procesos que afectan a los núcleos atómicos, a los núcleos densos de los átomos. La energía nuclear proviene de la energía de enlace que se almacena en el centro de un átomo y lo mantiene unido, donde para liberar la energía, el átomo debe dividirse en átomos más pequeños, en un proceso que se llama fisión.

Básicamente, en la fisión nuclear, los átomos se dividen y libera energía. Todas las plantas de energía nuclear utilizan la fisión nuclear y la mayoría de las plantas de energía nuclear utilizan átomos de uranio. En el proceso de la fisión nuclear, un neutrón choca con un átomo de uranio, dividiéndolo y liberando una gran cantidad de energía transformada en calor y radiación. La fisión es un método que controlado por dispositivos llamados reactores, pero existe otro método llamado fusión nuclear.

Si bien, en la fisión nuclear el núcleo de un átomo se divide en dos núcleos más ligeros de masa aproximadamente igual, liberando gran cantidad de energía, formando así productos radioactivos y emitiendo varios neutrones. La fusión nuclear, por otro lado, es el proceso mediante el cual las reacciones nucleares entre elementos ligeros forman elementos más pesados. En los casos en que los núcleos que interactúan pertenecen a elementos con números atómicos bajos, se liberan cantidades sustanciales de energía.

Historia

La historia de la energía nuclear comienza realmente en 1895, cuando  Wilhelm Roentgen  descubrió los rayos X. Al experimentar con un tubo de rayos catódicos, Roentgen notó que las placas fotográficas ubicadas cerca se iluminaban cuando el dispositivo estaba encendido, incluso cuando estaba cubierto de papel negro, lo que lo llevó a concluir que el tubo catódico estaba emitiendo un rayo invisible, algo que no había sido observado antes.

Al año siguiente, en Francia, un hombre llamado Becquerel descubrió que las sales de uranio  podían producir radiación penetrante por sí mismas, sin necesidad de excitación por una fuente de energía externa. Marie y Pierre Curie también estudiaron el fenómeno, lo que los llevó a aislar dos elementos nuevos, el polonio y el radio. En 1898, su investigación los llevó a acuñar la palabra: “radioactividad”

Mientras el científico Ernest Rutherford estudiaba la radiactividad en Inglaterra, descubrió dos nuevos tipos de radiación, que diferían de los rayos X, y que llamó radiación alfa y beta. Rutherford, por su lado, hizo uno de los descubrimientos más fundamentales para el futuro de la energía nuclear. Para 1909, descubrió que la mayor parte de la masa de un átomo estaba contenida en su núcleo.

La idea de la energía nuclear comenzó en la década de 1930, cuando el físico Enrico Fermi demostró por primera vez que los neutrones podían dividir los átomos. Fermi lideró un equipo que en 1942 logró la primera reacción nuclear en cadena, bajo un estadio de la Universidad de Chicago.

Esto fue seguido por una serie de hitos en la década de 1950: la primera electricidad producida a partir de energía atómica; la primera central nuclear; y la primera planta de energía nuclear comercial. Estos eventos finalmente condujeron al descubrimiento de fuerzas nucleares dentro de los átomos y su eventual aprovechamiento dentro de bombas atómicas y reactores de energía nuclear.

Características

  • La energía nuclear proviene del uranio, un recurso no renovable que debe extraerse.
  • Las plantas de energía nuclear utilizan grandes cantidades de agua para la producción de vapor y para la refrigeración. Algunas plantas de energía nuclear extraen grandes cantidades de agua de un lago o río, lo que podría afectar a los peces y otras formas de vida acuática.
  • La energía nuclear se está utilizando en más de 30 países de todo el mundo e incluso alimenta a los rovers de Marte.
  • Las plantas de energía nuclear utilizan la "fisión nuclear" (el proceso de dividir un átomo en dos). La “fusión nuclear” (el proceso de combinar átomos en uno) tiene el potencial de ser más segura, pero aún no se ha desarrollado para operar dentro de una gran central eléctrica.
  • La electricidad generada por la energía nuclear no es tan susceptible a las fluctuaciones en los precios del carbón y del gas.
  • Las plantas de energía nuclear están diseñadas para funcionar las 24 horas del día, los 7 días de la semana porque requieren menos mantenimiento y pueden funcionar durante períodos más largos antes de repostar (normalmente cada 1,5 o 2 años).
  • Las plantas de energía nuclear no emiten gases de efecto invernadero mientras generan electricidad.
  • La característica clave, y por lo tanto, la razón por la que recibe la designación “nuclear”, es que se produce al alterar un tipo de materia nuclear en otro. Si el núcleo de un átomo se transforma en otra cosa, o se divide en muchos otros tipos, la energía resultante es "nuclear".

Usos

  • Medicina

Algunos de los subproductos que se crean durante la fisión nuclear en los reactores son importantes para las áreas de la medicina. La tecnología nuclear se aplica a diversas ramas de la medicina como oncología, cardiología y neurología. Los profesionales médicos utilizan técnicas de diagnóstico como radiofármacos, escáneres o radioisótopos, y aplican tratamientos que incluyen rayos X así como radiaciones de elementos radiactivos o equipos productores de radiación.

Más allá del diagnóstico y el tratamiento de enfermedades, la tecnología nuclear se utiliza para esterilizar equipos médicos, conocer procesos biológicos con el uso de trazadores o estudiar las propiedades de las células tumorales, entre otros usos.

  • Hidrología y medio ambiente

La hidrología isotópica es una técnica nuclear que utiliza isótopos estables y radiactivos para seguir los movimientos del agua en el ciclo hidrológico. Las técnicas isotópicas proporcionan importantes herramientas analíticas en la gestión y control de los suministros de agua existentes y en la identificación de fuentes de agua nuevas, renovables y explotables.

Así los climatólogos pueden reunir datos más confiables sobre la evolución del clima y determinar el impacto de eventos futuros. También se han aplicado con éxito técnicas nucleares para solucionar diversos problemas de contaminación como los provocados por el dióxido de azufre, las descargas de gas a nivel del suelo, en los derrames de petróleo, en los residuos agrícolas, en la contaminación del agua y en la contaminación generada por las ciudades.

  • Alimentos y agricultura

En el campo de los alimentos, la irradiación directa de los alimentos reduce las pérdidas después de la cosecha y mejora la calidad de los alimentos al aumentar su período de conservación. Esta técnica consume una cantidad menor de energía que los métodos convencionales, de esta manera puede reemplazar absolutamente el uso de aditivos y fumigantes.

En el campo de la agricultura se aplican técnicas de radioisótopos y radiación para mejorar la calidad de los alimentos induciendo mutaciones en plantas y semillas para obtener las variedades de cultivo deseadas sin tener que esperar el largo proceso de mutación natural. La tecnología nuclear también es muy útil en el control de plagas, aumentando la producción de alimentos y reduciendo la cantidad de fertilizantes necesarios.

  • Exploración espacial

Una de las principales aplicaciones de las baterías nucleares es la navegación espacial. Implica alimentar la instrumentación de los satélites terrestres y las sondas planetarias con generadores más potentes para que puedan llegar a los planetas cercanos y enviar información a la Tierra.

Gran parte de lo que sabemos sobre el espacio profundo ha sido posible gracias a los sistemas de energía de radioisótopos. Estas pequeñas fuentes de energía nuclear se utilizan para impulsar naves espaciales en los entornos extremos del espacio profundo. Se ha demostrado que son seguros, confiables y no requieren mantenimiento durante décadas de exploración espacial, incluidas misiones para estudiar Júpiter, Saturno, Marte y Plutón.

  • Armas nucleares

Otra cosa que se viene a la mente cuando se piensa en la energía nuclear son las armas, como la bomba atómica o de hidrógeno. Utilizando tanto la fisión nuclear como la fusión, estas bombas crean una gran explosión, pudiendo llegar a demoler grandes localidades en segundos. La explosión también crea niveles tóxicos de radiación para quienes sobreviven a la explosión inicial.

  • Industria

En el mundo actual de las telecomunicaciones de alta tecnología, existe una gran demanda de cubiertas de polímero ligeras, duraderas y versátiles, por ejemplo para cables. La exposición de polímeros a bajos niveles de radiación entrega precisamente ese tipo de producto a la industria electrónica.

Otra aplicación importante de las técnicas nucleares es la medición fina de productos industriales, como el grosor del papel. La estanqueidad de las soldaduras en gasoductos u oleoductos también se puede verificar mediante la aplicación de radiografía gamma, una técnica nuclear que no se diferencia tanto de los rayos X.

Pros y contras

Entre las ventajas de la energía nuclear están:

  • La energía nuclear tiene el menor efecto sobre la naturaleza, ya que no descarga ningún gas como el metano y el dióxido de carbono, que son los principales "gases de efecto invernadero". No hay un impacto desfavorable en el agua, la tierra o cualquier territorio debido a la utilización de la energía nuclear, excepto en los momentos en que se utiliza el transporte.
  • Si se excluyen los costos iniciales de construcción, la generación de energía nuclear es relativamente barata, lo que permite a muchas personas acceder a la electricidad que necesitan para su vida diaria. En comparación con las fuentes de energía que requieren combustibles fósiles, la energía nuclear cuesta mucho menos.
  • Si bien algunas fuentes de energía dependen de las condiciones climáticas, como la energía solar y eólica, la energía nuclear no tiene tales limitaciones. No importa si el viento no sopla o si el día está nublado. Las plantas de energía nuclear esencialmente no se ven afectadas por factores climáticos externos y generan una producción de energía predecible y constante.
  • La relación de producción de combustible a potencia de la energía nuclear es increíblemente alta. Tiene la capacidad de satisfacer las necesidades industriales y de la ciudad con un solo reactor.
  • La producción estable de energía creada por las centrales nucleares significa que idealmente se puede utilizar junto con otras formas de energía renovable. Por ejemplo, cuando sopla el viento, las plantas nucleares pueden ajustar la producción de energía para que sea menor.

Entre las desventajas de la energía nuclear están:

  • Entre los mayores problemas de impacto ambiental de deben a la relación con el uranio. El proceso de extracción y refinación de uranio no ha sido limpio. En realidad, el transporte de combustible nuclear hacia y desde las plantas implica un  peligro de contaminación.
  • Las plantas de energía nuclear generan una gran cantidad de desechos radiactivos de baja actividad como partes y suministros transmitidos. Con el tiempo, el combustible nuclear usado se desintegra a niveles radiactivos seguros, sin embargo, esto lleva una cantidad incontable de años.
  • A pesar de todas las medidas de seguridad implantadas en estas centrales nucleares, diferentes factores provocaron que se colapsaran provocando efectos devastadores para el medio ambiente y para los habitantes de la zona que debieron abandonar las zonas afectadas. Los desechos radiactivos producidos pueden tener efectos graves para la salud de las personas y del medio ambiente.
  • La energía nuclear tiene un poder inmenso. Hoy, la energía nuclear se usa para fabricar armas. Si estas armas caen en las manos equivocadas, ese podría ser el fin de este mundo. Las plantas de energía nuclear son un objetivo primordial para las actividades terroristas. Un poco de laxitud en la seguridad puede ser brutal para la humanidad.
  • A diferencia de otros tipos de energía, la energía nuclear no es renovable. La energía nuclear requiere uranio para producir energía y no es un recurso inagotable. Actualmente, hay un suministro abundante de uranio, pero algún día comenzará a disminuir, especialmente si se construyen más plantas de energía nuclear, lo que requiere la necesidad de más uranio.

Los temores a los desechos nucleares y los derrumbes deben equilibrarse con las amenazas y realidades del calentamiento global. La tecnología moderna de energía nuclear es una solución neutra en carbono para la creciente demanda mundial de electricidad. La energía nuclear es una industria en crecimiento que ofrece opciones energéticas eficientes a empresas y familias de todo el mundo. Con los esfuerzos continuos para hacer avanzar las tecnologías, la energía nuclear podrá ser más segura y eficiente que nunca.

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