Reactor nuclear: qué es, cómo funciona, usos, historia y riesgos

Reactor nuclear: descubre qué es, cómo funciona, su historia, usos, beneficios y riesgos; energía, seguridad y residuos explicados de forma clara.

Un reactor nuclear es una máquina que utiliza la fisión para generar calor. Existen diferentes diseños que utilizan distintos combustibles. La mayoría de las veces, el uranio-235 o el plutonio-239 son los principales componentes de estos combustibles.

La mayoría de los reactores nucleares se utilizan para producir electricidad. En las centrales nucleares, el calor de las reacciones de fisión en el reactor transforma el agua en vapor. El vapor se utiliza entonces para alimentar turbinas eléctricas que producen electricidad. Al igual que en otras máquinas de vapor, las turbinas toman la energía del movimiento del vapor.

Algunos reactores se utilizan para otros fines. Algunos reactores fabrican neutrones para la investigación científica y otros fabrican isótopos radiactivos. Algunas universidades tienen pequeños reactores nucleares para enseñar a los estudiantes cómo funcionan los reactores.

El primer reactor nuclear fue construido en 1942 por un equipo de científicos dirigido por Enrico Fermi. Formaba parte del Proyecto Manhattan, que necesitaba el combustible del reactor para fabricar la bomba atómica. El primer reactor nuclear que produjo electricidad fue un pequeño reactor experimental construido en Idaho en 1951. Producía suficiente electricidad para cuatro bombillas.

Los reactores nucleares son caros de construir debido a los numerosos elementos de seguridad que deben tener. También existe el problema de la enorme cantidad de residuos radiactivos de los reactores. Sin embargo, producen electricidad de forma barata y no contaminan el aire. Se han producido graves accidentes en varios reactores nucleares: Windscale (Reino Unido) 1957, Mayak (URSS) 1957, Three Mile Island (Estados Unidos) 1979, Chernóbil (URSS) 1986 y Fukushima (Japón) 2011. La preocupación por la seguridad ha limitado el crecimiento de la energía nuclear. Hay unos 437 reactores en todo el mundo que proporcionan alrededor del 5% de la electricidad mundial.

Cómo funciona un reactor nuclear

En un reactor se controla una reacción en cadena de fisión nuclear. Las partes principales son:

• Combustible: pastillas o barras de uranio o plutonio donde ocurre la fisión.
• Moderator: material (como agua ligera, agua pesada o grafito) que reduce la velocidad de los neutrones para mantener la reacción controlada.
• Barras de control: hechas de materiales que absorben neutrones; se insertan o extraen para ralentizar o acelerar la reacción.
• Refrigerante (coolant): fluido que extrae el calor del núcleo y lo transporta al generador de vapor o directamente a las turbinas.
• Contención: estructura robusta y hermética que rodea el reactor para evitar la liberación de materiales radiactivos.

El calor generado por la fisión convierte el agua en vapor (u otro fluido de trabajo), que mueve las turbinas eléctricas. El control se logra modulando la geometría y la absorción de neutrones mediante las barras de control y cambios en el flujo del refrigerante.

Tipos de reactores

Existen varios diseños según el moderador, el refrigerante y el ciclo de combustible. Entre los más comunes están:

• PWR (reactor de agua a presión): usa agua a alta presión como moderador y refrigerante; es el tipo más extendido.
• BWR (reactor de agua en ebullición): el agua hierve directamente en el núcleo y el vapor va a las turbinas.
• PHWR/CANDU: usan agua pesada como moderador y permiten el uso de uranio natural.
• Reactores refrigerados por gas: emplean CO2 o helio como refrigerante y grafito como moderador.
• Reactores rápidos (fast reactors): no usan moderador y pueden aprovechar mejor el combustible, incluso «criar» más plutonio (reactores reproductores).
• SMR (reactores modulares pequeños): diseños más compactos y modulares con componentes prefabricados, pensados para menor coste inicial y mayor flexibilidad.

Usos del reactor nuclear

• Generación de electricidad: el uso más habitual en centrales nucleares.
• Propulsión naval: submarinos y portaaviones usan reactores para proporcionar gran autonomía sin necesidad de reabastecer combustibles fósiles.
• Investigación y producción de isótopos: reactores de investigación suministran neutrones e isotopos para medicina (diagnóstico y terapia), industria y ciencia.
• Desalinización y calefacción distrital: calor de bajo coste para producir agua potable o calefacción urbana en algunas aplicaciones.

Breve historia y hitos

El primer reactor (Chicago Pile-1) fue obra de Enrico Fermi en 1942; su objetivo inicial fue demostrar la posibilidad de una reacción en cadena controlada. Tras la Segunda Guerra Mundial se adaptaron diseños civiles y militares. En 1951 se puso en marcha el EBR-I en Idaho, que produjo las primeras luces eléctricas impulsadas por un reactor. Durante las décadas siguientes la energía nuclear creció rápidamente, pero varios accidentes importantes (como los citados anteriormente) marcaron la percepción pública y las políticas públicas.

Riesgos, accidentes y medidas de seguridad

Los principales riesgos asociados a los reactores son:

• Fusión del núcleo (meltdown): pérdida de refrigeración que puede llevar a daños severos del combustible y liberación de radionúclidos.
• Emisión de radiactividad: por fallos en sistemas de contención o procedimientos humanos/organizativos.
• Proliferación: el material y la tecnología nuclear pueden desviarse hacia fines militares si no se controlan adecuadamente.
• Residuos radiactivos: gestión a largo plazo de combustible gastado y desechos de alta actividad.

Para minimizar riesgos se aplican principios como la defensa en profundidad: múltiples barreras físicas, sistemas redundantes y procedimientos de seguridad, controles regulatorios estrictos, formación del personal y planes de emergencia. Los diseños modernos incorporan sistemas de seguridad pasivos —que actúan sin necesitar energía externa— para reducir la probabilidad de fallos graves.

Gestión de residuos

El combustible gastado contiene materiales muy radiactivos y calor residual. Las prácticas habituales son:

• Enfriamiento inicial en piscinas de almacenamiento en la propia planta.
• Transferencia a contenedores secos (dry casks) para almacenamiento intermedio.
• Almacenamiento geológico profundo como solución a largo plazo (proyectos en varios países, por ejemplo el proyecto Onkalo en Finlandia).
• Reprocesamiento para recuperar uranio y plutonio (práctica usada en algunos países), que reduce el volumen y puede reciclar combustible, aunque genera corrientes separadas de residuos y cuestiones de proliferación.

Ventajas y desventajas

Ventajas: alta densidad energética, bajas emisiones de gases de efecto invernadero durante la operación, suministro continuo (no intermitente) en comparación con algunas renovables.

Desventajas: coste de construcción elevado, gestión de residuos de larga vida, riesgos de accidentes y preocupaciones de seguridad y proliferación.

Situación actual y perspectivas

La contribución de la energía nuclear al mix eléctrico varía por país. Aunque el crecimiento global estuvo limitado por la percepción pública después de accidentes importantes, en los últimos años ha habido renovado interés en la energía nuclear como herramienta para descarbonizar el sector eléctrico. Las tecnologías emergentes incluyen reactores modulares pequeños (SMR), reactores de cuarta generación y proyectos de fusión como investigación a largo plazo. La viabilidad económica, la aceptación social y las decisiones políticas serán claves para su desarrollo futuro.

Si quieres, puedo ampliar algún apartado técnico (por ejemplo explicar en detalle cómo funcionan las barras de control o las diferencias entre PWR y BWR), añadir datos estadísticos actualizados por país o incluir un glosario de términos.

Preguntas y respuestas

P: ¿Qué es un reactor nuclear?

P: ¿Cómo produce electricidad un reactor nuclear?

P: ¿Para qué otros fines sirven algunos reactores?

P: ¿Quién construyó el primer reactor nuclear?

P: ¿Cuándo se utilizó el primer reactor nuclear para producir electricidad?

P: ¿Por qué son caros de construir?

P: ¿Qué problemas plantea su utilización?

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