Energía nuclear: qué es, fusión y fisión, usos y riesgos
Energía nuclear: descubre qué es, cómo funcionan fusión y fisión, sus usos energéticos y militares, y los riesgos y medidas de seguridad actuales.
La energía nuclear es la que mantiene unido el núcleo de los átomos. Los átomos son los bloques más simples que componen la materia. Cada átomo tiene en su centro un núcleo muy pequeño. Normalmente, la energía nuclear está oculta en el interior de los átomos. Sin embargo, algunos átomos son radiactivos y emiten parte de su energía nuclear en forma de radiación. La radiación se desprende del núcleo de los isótopos inestables de las sustancias radiactivas. Esta energía liberada puede convertirse en calor y, a su vez, en otras formas de energía aprovechables.
Fisión y fusión nuclear
La energía nuclear también puede liberarse de otras dos formas: la fusión nuclear y la fisión nuclear. La fusión nuclear es la combinación de dos átomos ligeros en uno más pesado; durante el proceso, una pequeña fracción de masa se transforma en energía según la relación E=mc². La fusión es la fuente de calor del sol y de otras estrellas. La fisión nuclear, en cambio, es la división de un átomo pesado (por ejemplo, uranio-235 o plutonio-239) en fragmentos más ligeros; ese proceso libera neutrones y una gran cantidad de energía térmica.
En la fisión controlada (centrales nucleares) se mantiene una cadena de reacción que se regula con materiales que absorben neutrones (barras de control) y con moderadores que ralentizan neutrones para sostener la reacción a un ritmo seguro. En la fisión no controlada (armas nucleares) la reacción en cadena ocurre en fracciones de segundo, liberando energía destructiva.
Cómo funcionan las centrales nucleares
En la mayoría de las centrales que producen electricidad por fisión, el calor generado por la ruptura de núcleos se usa para calentar agua y producir vapor. El vapor mueve turbinas conectadas a generadores que producen electricidad. Componentes clave incluyen:
- Combustible nuclear: pastillas de uranio o mezcla que contienen el material fisible.
- Refrigerante: fluido que extrae el calor del núcleo (agua, gas o metal líquido).
- Moderador: material que ralentiza los neutrones (agua ligera, agua pesada, grafito).
- Sistema de contención: estructuras y barreras diseñadas para evitar la liberación de material radiactivo.
Subproductos y residuos radiactivos
La energía nuclear genera una serie de subproductos radiactivos, como el tritio, el cesio, el criptón, el neptunio y formas de yodo. También aparece el plutonio como producto en reactores que usan uranio. Estos isótopos tienen distintas vidas medias y propiedades, lo que condiciona su manejo.
- Residuos de baja y media actividad: equipo contaminado, ropa y materiales de mantenimiento que requieren almacenamiento y compactación.
- Residuos de alta actividad: combustible gastado y subproductos altamente radiactivos que generan calor; requieren enfriamiento inicial en piscinas y soluciones de almacenamiento a largo plazo.
Las opciones de gestión incluyen el almacenamiento temporal en piscinas o contenedores secos, el reprocesamiento para extraer materiales útiles, la vitrificación (inmovilización en vidrio) y el almacenamiento geológico profundo en repositorios diseñados para contener la radiactividad durante miles de años.
Usos de la energía nuclear
Además de la generación de electricidad, la energía nuclear y los isótopos radiactivos se usan en:
- Medicina: diagnóstico (por ejemplo, tecnecio-99m) y tratamiento (yodo-131, radioterapia con fuentes externas).
- Industria: irradiación para esterilizar equipos médicos, medir espesores, trazadores en procesos industriales.
- Agricultura: control de plagas y mejora de semillas mediante irradiación.
- Investigación científica y aplicaciones espaciales: fuentes compactas de energía (RTG) para sondas y estaciones remotas.
- Desalinización y procesos industriales que requieren calor de alta temperatura (en desarrollo).
Riesgos, seguridad y accidentes
La producción y el uso de la energía nuclear han sido temas controvertidos. Los riesgos principales incluyen liberación de radiación por accidentes, manejo y almacenamiento de residuos de larga duración, y exposición ocupacional. Entre los accidentes más conocidos están Chernóbil y Fukushima, que demostraron importantes fallos de diseño, operación o preparación frente a eventos extremos.
Desde entonces se han puesto en marcha medidas de mitigación para garantizar que no se repitan accidentes de energía nuclear como los de Chernóbil y Fukushima. Estas medidas incluyen:
- Diseños con contenciones robustas y sistemas de seguridad pasiva que funcionan sin alimentación eléctrica externa.
- Mejores normas sísmicas y de protección frente a inundaciones y otros eventos naturales.
- Planes de emergencia y evacuación más completos y simulacros frecuentes.
- Supervisión y verificación internacional (por ejemplo, a través de organismos como el Organismo Internacional de Energía Atómica).
- Mejor formación del personal y cultura de seguridad en las instalaciones.
Las dosis de radiación y las concentraciones de actividad se miden en unidades como el sievert (efecto biológico) y el becquerel (actividad), y existen límites regulatorios para proteger a trabajadores y al público.
Proliferación y control
Tanto la fisión como la fusión pueden asociarse a actividades militares: la fisión es la base de las armas nucleares y la separación de materiales fisibles (uranio altamente enriquecido, plutonio) plantea riesgos de proliferación. Por ello existen tratados internacionales (como el Tratado de No Proliferación Nuclear) y mecanismos de salvaguardia para verificar que el material nuclear se emplee con fines pacíficos. Es importante que los países dejen de utilizar la energía nuclear para fabricar peligrosas armas de destrucción masiva y que participen en sistemas de control y transparencia.
Impacto ambiental y debate público
La energía nuclear produce bajas emisiones de gases de efecto invernadero durante la operación, por lo que se presenta como alternativa a los combustibles fósiles desde la perspectiva climática. Sin embargo, persisten preocupaciones sobre el manejo de residuos, el impacto de posibles accidentes y la seguridad a largo plazo. La aceptación social varía según historia, confianza en las autoridades y experiencias pasadas.
Perspectivas futuras
La investigación en energía nuclear sigue activa en varias direcciones:
- Fusión controlada: proyectos experimentales y pilotos (por ejemplo, iniciativas internacionales) buscan lograr reactores de fusión que produzcan más energía de la que consumen. Si se logra de forma práctica y segura, la fusión ofrecería una fuente con escasos residuos de larga vida.
- Reactores avanzados y SMR (Small Modular Reactors): diseños más compactos y modulares con mejoras de seguridad y costes potencialmente menores.
- Ciclos de combustible avanzados: uso de combustibles y tecnologías (como el combustible de torio o el reprocesamiento mejorado) que reduzcan residuos y aumenten la eficiencia del aprovechamiento del material fisible.
En resumen, la energía nuclear es una fuente potente de energía basada en procesos del núcleo atómico, con aplicaciones beneficiosas en electricidad, medicina e industria; pero con desafíos importantes en seguridad, gestión de residuos y no proliferación. La política energética debe equilibrar la demanda creciente de energía, la protección del medio ambiente y la reducción de riesgos, apoyándose en regulaciones estrictas, tecnología segura y transparencia pública.
Demostración del ciclo del combustible nuclear.
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Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es la energía nuclear?
R: La energía nuclear es una forma de energía que se libera en reacciones nucleares, como la fisión o la fusión.
P: ¿Cómo se produce la energía nuclear?
R: La energía nuclear puede producirse mediante el proceso de fisión o de fusión. En la fisión, los átomos se separan para liberar energía, mientras que en la fusión dos átomos se combinan para crear un átomo mayor y liberar energía.
P: ¿Cuáles son algunos ejemplos de reacciones nucleares?
R: Algunos ejemplos de reacciones nucleares son la fisión del uranio-235 para producir calor y electricidad; la fusión del hidrógeno-2 para producir helio-4 y liberar grandes cantidades de energía; y la desintegración radiactiva, en la que un núcleo inestable emite radiación al desintegrarse en una forma más estable.
P: ¿Cuáles son los beneficios de utilizar la energía nuclear?
R: La principal ventaja del uso de la energía nuclear es que produce grandes cantidades de electricidad con muy poca contaminación en comparación con otras fuentes como el carbón o el petróleo. También tiene potencial de sostenibilidad a largo plazo, ya que el combustible utilizado en estos reactores puede reciclarse con el tiempo. Además, no emite gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono, que contribuye al calentamiento global.
P: ¿Existen riesgos asociados al uso de la energía nuclear?
R: Sí, existen varios riesgos asociados al uso de la energía nuclear, como la posibilidad de que se produzcan accidentes en la central debido a errores humanos o fallos mecánicos que podrían provocar fugas de radiación y contaminación; problemas de eliminación de residuos debido a la larga vida media de ciertos materiales utilizados en estas centrales; y problemas de proliferación si los países utilizan esta tecnología con fines militares en lugar de pacíficos.
P: ¿Hay alguna forma de reducir estos riesgos?
R: Sí, aplicando medidas de seguridad como programas de formación rigurosos para el personal que trabaja en estas centrales; desarrollando mejores sistemas de contención para el material radiactivo; mejorando los planes de respuesta de emergencia en caso de que se produzca un accidente; y asegurándose de que todos los países cumplen la normativa internacional cuando utilizan esta tecnología únicamente con fines pacíficos.
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