Energía nuclear: qué es, cómo funciona, ventajas y peligros
Energía nuclear: descubre qué es, cómo funciona, ventajas, riesgos y futuro de fisión y fusión; energía, residuos y seguridad explicados claramente.
La energía nuclear es el uso controlado de la energía nuclear. La energía nuclear puede liberarse mediante reacciones nucleares en una máquina llamada reactor nuclear. Esta energía hierve el agua para que una máquina de vapor produzca electricidad, que luego puede utilizarse para alimentar máquinas y hogares. En 2007, el 14% de la electricidad mundial procedía de la energía nuclear. Las centrales nucleares también producen residuos radiactivos que pueden ser perjudiciales si no se almacenan adecuadamente.
También se estudia desde mediados del siglo XX el uso de la energía de fusión, que produce mucha más energía y no produce residuos radiactivos. Los reactores de fusión nuclear aún no existen y siguen desarrollándose.
Cómo funciona la fisión nuclear
En las centrales de fisión, el proceso básico es la división (fisión) de núcleos atómicos, normalmente de isótopos como el uranio-235 o el plutonio-239. Cuando un neutrón choca contra un núcleo fisionable, éste se divide en fragmentos más pequeños y libera energía en forma de calor, además de varios neutrones libres. Esos neutrones pueden inducir más fisiones en una reacción en cadena controlada.
Los reactores mantienen esa reacción en cadena mediante elementos de combustible (pastillas de uranio en barras), barras de control que absorben neutrones para regular la velocidad de la reacción, y un moderador (en algunos diseños) que ralentiza neutrones para aumentar la probabilidad de fisión. El calor generado se extrae con un refrigerante (agua, gas o metal líquido) que suele convertir agua en vapor; ese vapor mueve turbinas acopladas a generadores eléctricos.
Tipos de reactores
- Reactores de agua presurizada (PWR): el agua actúa como refrigerante y moderador y se mantiene a alta presión para evitar que hierva en el núcleo.
- Reactores de agua en ebullición (BWR): el agua hierve directamente en el núcleo y el vapor producido mueve las turbinas.
- Reactores de neutrones rápidos: no usan moderador y pueden aprovechar mejor ciertos combustibles y producir menos residuos a largo plazo.
- Pequeños reactores modulares (SMR): diseños más compactos y escalables, pensados para reducir costes y tiempos de construcción.
Ventajas
- Bajas emisiones de CO2 durante la operación: la generación eléctrica por fisión produce muy pocas emisiones directas de gases de efecto invernadero.
- Alta densidad energética: una pequeña cantidad de combustible nuclear libera mucha más energía que combustibles fósiles.
- Fiabilidad y capacidad: las plantas nucleares suelen operar con factores de carga altos (generación continua y estable), lo que las hace útiles para suministro base.
- Uso del terreno: requieren menos superficie que muchas fuentes renovables para la misma potencia instalada.
Peligros y desventajas
La energía nuclear también conlleva riesgos y desventajas importantes:
- Accidentes: fallos técnicos, errores humanos o desastres naturales pueden provocar liberaciones radiactivas (ejemplos conocidos: Three Mile Island, Chernóbil y Fukushima), con consecuencias sanitarias, ambientales y sociales a corto y largo plazo.
- Residuos radiactivos: el combustible gastado contiene materiales muy radiactivos y con vidas medias largas que requieren almacenamiento seguro durante décadas o siglos.
- Proliferación nuclear: la tecnología y el material nuclear pueden utilizarse para fines militares si no existe control y vigilancia estrictos.
- Costes y tiempos de construcción: las plantas nucleares son caras y tardan muchos años en construirse; los costes financieros y regulatorios son significativos.
Gestión de residuos y seguridad
La gestión de residuos incluye varias etapas: almacenamiento en piscinas de combustible gastado para disipar calor, transferencia a contenedores secos, y soluciones a largo plazo como el almacenamiento geológico profundo. Algunos países practican el reprocesamiento para recuperar materiales utilizable y reducir la radiotoxicidad, aunque ese proceso también plantea desafíos de seguridad y proliferación.
La seguridad nuclear se apoya en múltiples barreras físicas, sistemas redundantes de protección, controles estrictos, formación del personal y supervisión internacional (por ejemplo, la Agencia Internacional de Energía Atómica, IAEA). Los diseños modernos incorporan sistemas pasivos que funcionan sin energía externa para mejorar la seguridad.
Energía de fusión: promesa y desafíos
La fusión nuclear consiste en unir núcleos ligeros (como deuterio y tritio) para liberar energía. Sus ventajas teóricas incluyen mayor energía por reacción, combustible abundante (deuterio del agua) y menos residuos radiactivos de larga vida que la fisión. Sin embargo, lograr y mantener las condiciones extremas necesarias (altas temperaturas y confinamiento) ha sido muy difícil.
Proyectos como ITER y diversos esfuerzos internacionales y privados buscan demostrar la viabilidad comercial de la fusión. A día de hoy, la fusión sigue en fase experimental: se han conseguido plasmas calientes pero no una planta comercial con ganancia neta de energía sostenida.
Perspectiva actual y papel en la transición energética
La energía nuclear puede contribuir a la descarbonización del sistema eléctrico por su generación estable y baja en emisiones directas. No obstante, su papel depende de decisiones políticas, inversión, aceptación social y soluciones al tratamiento de residuos y seguridad. En muchos países se estudia una combinación de renovables, eficiencia energética y, en algunos casos, nuevas tecnologías nucleares (SMR, reactores de cuarta generación) para afrontar la crisis climática.
Conclusión: La energía nuclear ofrece claros beneficios en términos de intensidad energética y bajas emisiones, pero plantea retos técnicos, económicos y de seguridad importantes. Su futuro dependerá de la capacidad para mejorar la seguridad, gestionar residuos, evitar la proliferación y reducir costes, así como de cómo se integre con otras fuentes limpias en la transición hacia sistemas energéticos sostenibles.
La central de Cattenom, en las afueras de Metz, es la mayor central nuclear de Francia, desde 2011. En los días húmedos, gran parte del vapor de agua se condensa.
Historia
Enrico Fermi fabricó el primer reactor nuclear en 1941. Durante la Segunda Guerra Mundial se construyeron muchos reactores en Estados Unidos durante el Proyecto Manhattan. En 1954 se puso en marcha la primera central nuclear en Obninsk, cerca de Moscú. La mayoría de las centrales nucleares de Estados Unidos se construyeron durante las décadas de 1960 y 1970. Los reactores nucleares también alimentan algunos grandes barcos y submarinos militares.
Producción de energía
Los reactores nucleares utilizan un proceso llamado fisión nuclear, que utiliza átomos como el uranio o el plutonio (en particular el isótopo Uranio 235) y los divide con partículas llamadas neutrones. Esto convierte parte de la masa en energía, según la ecuación de Einstein E=mc2. Los elementos fisionables se colocan en barras denominadas "barras de combustible". Las barras de combustible se sumergen en agua y la energía liberada en la reacción de fisión calienta el agua, que se convierte en vapor.
El vapor hace girar entonces una turbina, que genera electricidad. A continuación, el vapor se condensa en enormes torres de refrigeración, se convierte de nuevo en agua y se envía de nuevo al reactor.
La reacción puede controlarse colocando "barras de control" entre las barras de combustible. Las barras de control suelen estar hechas de boro, que absorbe los neutrones y detiene la reacción.
Una fusión nuclear puede ocurrir cuando la reacción no está controlada y empieza a generar gases radiactivos peligrosos (como el criptón). Contrariamente a la creencia popular, los reactores nucleares no pueden explotar como una bomba nuclear, pero es un peligro cuando los materiales radiactivos se escapan.
Accidentes
Se han producido algunos accidentes nucleares graves. Se ha elaborado una escala para medir la peligrosidad de los accidentes. Se denomina Escala Internacional de Sucesos Nucleares. La escala tiene 8 niveles (0-7), y el 7 es el peor.
- La catástrofe de Chernóbil, ocurrida en 1986; clasificada en el nivel 7.
- La catástrofe nuclear de Fukushima, ocurrió en 2011 como consecuencia de un terremoto, de nivel 7.
- Accidente de Mayak; ocurrió en 1957. La cantidad de radiación liberada y el peligro general fueron mayores que los de Chernóbil. Sin embargo, la zona afectada fue menor. Por estas razones, el accidente sólo está clasificado como de nivel 6.
- El incendio de Windscale en 1957 y el accidente de Three Mile Island en 1979, en el nivel 5.
- Accidente nuclear de Tokaimura en el nivel 4
Entre los percances de los submarinos de propulsión nuclear figuran el accidente del reactor del submarino soviético K-19 (1961), el accidente del reactor del submarino soviético K-27 (1968) y el accidente del reactor del submarino soviético K-431 (1985).
Durante la emergencia de la central nuclear de Fukushima Daiichi en Japón en 2011, tres reactores nucleares resultaron dañados por explosiones.
Economía
La economía de la energía nuclear es un reto y, tras la catástrofe nuclear de Fukushima de 2011, es probable que los costes suban para las centrales nucleares actualmente en funcionamiento y para las nuevas, debido a los mayores requisitos de gestión del combustible gastado in situ y a las elevadas amenazas de base de diseño.
Debates
Existe un debate sobre el uso de la energía nuclear. Los partidarios, como la Asociación Nuclear Mundial y el OIEA, sostienen que la energía nuclear es una fuente de energía sostenible que reduce las emisiones de carbono. Además, no contribuye al smog ni a la lluvia ácida. Se cree que se han salvado miles de vidas al utilizar la energía nuclear en lugar de combustibles más peligrosos como el carbón, el petróleo y el gas.
Los opositores antinucleares, como Greenpeace International y el Servicio de Información y Recursos Nucleares, creen que la energía nuclear supone una amenaza para las personas y el medio ambiente.
La energía nuclear genera materiales de desecho radiactivos, tanto como productos de fisión (átomos rotos) como por la inducción de radiactividad en los materiales existentes.
Desarrollos recientes
En 2007, las centrales nucleares produjeron unos 2.600 TWh de electricidad y proporcionaron el 14% de la electricidad utilizada en el mundo, lo que supuso un descenso del 2% respecto a 2006. El 9 de mayo de 2010, había 438 reactores nucleares (372 GW) en funcionamiento en todo el mundo. El pico se alcanzó en 2002, cuando había 444 reactores nucleares en funcionamiento.
Las emergencias nucleares en la central nuclear japonesa de Fukushima Daiichi y en otras instalaciones nucleares plantean dudas sobre el futuro de la energía nuclear. Según Platts, "la crisis de las centrales nucleares japonesas de Fukushima ha llevado a los principales países consumidores de energía a revisar la seguridad de sus reactores existentes y a poner en duda la velocidad y la escala de las ampliaciones previstas en todo el mundo". Tras la catástrofe nuclear de Fukushima, la Agencia Internacional de la Energía redujo a la mitad su estimación de la capacidad de generación nuclear adicional que se construirá hasta 2035.
Cabezales de recipientes de agua a presión
Páginas relacionadas
- Seguridad energética
- Accidentes nucleares
- Política de energía nuclear
- La energía de fusión
- Energía sostenible
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es la energía nuclear?
R: La energía nuclear es el uso controlado de la energía nuclear para generar electricidad.
P: ¿Cómo funciona un reactor nuclear?
R: Un reactor nuclear utiliza las reacciones nucleares para liberar energía que luego hace hervir el agua y alimenta una máquina de vapor, produciendo electricidad.
P: ¿Qué porcentaje de la electricidad mundial procedía de la energía nuclear en 2007?
R: En 2007, el 14% de la electricidad mundial procedía de la energía nuclear.
P: ¿Cuáles son algunos de los riesgos potenciales asociados al uso de la energía nuclear?
R: Las centrales nucleares producen residuos radiactivos que podrían ser perjudiciales si no se almacenan adecuadamente.
P: ¿Qué tipo de fuente de energía alternativa se ha estudiado desde mediados del siglo XX?
R: La gente lleva estudiando la energía de fusión desde mediados del siglo XX como fuente de energía alternativa.
P: ¿En qué se diferencia la energía de fusión de la energía nuclear tradicional?
R: La energía de fusión produce mucha más energía que la energía nuclear tradicional y no produce ningún residuo radiactivo.
P: ¿Existen ya reactores de fusión?
R: Los reactores de fusión aún no existen y todavía se están desarrollando.
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