Energía nuclear

La energía nuclear es la energía que se obtiene al manipular la estructura interna de los átomos, útil habitualmente para producir electricidad aunque también se puede aplicar en otros sectores como en aplicaciones médicas, medioambientales o bélicas. Se puede obtener de dos formas: por fusión nucleary por fisión nuclear. En la fusión nuclear, la energía se libera cuando los átomos se combinan o se fusionan entre sí para formar un átomo más grande; así es como el Sol produce energía y actualmente este procedimiento no es practicable a pesar de estar en proceso de desarrollo. En la fisión nuclear, los átomos se separan para formar átomos más pequeños, liberando energía; las centrales nucleares utilizan esta técnica para producir electricidad. Cuando se produce una de estas dos reacciones físicas los átomos experimentan una ligera pérdida de masa, que se convierte en una gran cantidad de energía calorífica como descubrió el científico Albert Einstein con su famosa ecuación E=mc2.

La energía nuclear es una fuente energética que garantiza abastecimiento eléctrico, frena las emisiones contaminantes, reduce la dependencia energética exterior y produce electricidad de forma constante con precios estables y predecibles.

 

Historia. En la segunda mitad de la década de los sesenta, Estados Unidos lanzó el primer programa nuclear destinado a la generación de electricidad, aunque cuatro años antes, el Reino Unido inauguró Calder Hall, la primera central nuclear del mundo. Poco después, otros países industrializados siguieron el ejemplo llevando a cabo sus propios programas de construcción y explotación de centrales nucleares. El fuerte crecimiento de la demanda eléctrica y sus prometedoras expectativas económicas fueron el motor del desarrollo de esta fuente energética.

A principios de los años setenta la crisis energética del petróleo proporcionó el impulso definitivo a la energía nuclear dentro de los planes energéticos de muchos países industrializados como Alemania, Canadá, Italia y Japón. Destaca la fuerte apuesta por el desarrollo de la energía nuclear que realizó Francia, abandonando los reactores de grafito-gas por la tecnología nuclear. A su vez, otros países como México, Brasil, Taiwán y Corea se prepararon para iniciar sus programas nucleares.

Centrales nucleares

El principal uso que se le da actualmente a la energía nuclear es el de la generación de energía eléctrica. Una Centralo Planta Nuclear es la instalación industrial encargada del proceso, caracterizada por el empleo de combustible nuclear. Al dispositivo donde se produce una reacción nuclear controlada se le llama Reactor Nuclear aunque en los medios usualmente se considera como sinónimo.

El funcionamiento de una central nuclear es idéntico al de una central térmica que funcione con carbón, petróleo o gas excepto en la forma de proporcionar calor al agua para convertirla en vapor. En el caso de los reactores nucleares este calor se obtiene mediante las reacciones de fisión de los átomos del combustible. Prácticamente todas las centrales nucleares en producción utilizan la fisión nuclear. A nivel mundial el 90% de los reactores destinados a la producción de energía eléctrica son de agua ligera.

Los programas nucleares de los diferentes países, así como todas las instalaciones nucleares, se encuentran bajo la supervisión y control del Organismo Internacional de Energía Atómica con sede en Viena (www.iaea.org).

Funcionamiento de una central nuclear. El principio básico de una central es la obtención de energía calorífica mediante la fisión del núcleo de los átomos del combustible. Esta energía calorífica en forma de vapor de agua, se convierte en energía mecánica en una turbina y, finalmente, la energía mecánica se convierte en energía eléctrica mediante un generador.

Imagen tomada de: http://energia-nuclear.net/como_funciona_la_energia_nuclear.html

 

Reactor nuclear. Es el encargado de provocar, controlar y mantener en cadena las fisiones atómicas que generarán una gran cantidad de calor con lo que se calienta agua para convertirla en vapor a alta presión y temperatura utilizado para accionar las turbinas de la central. En este momento parte de la energía calorífica del vapor se transforma en energía cinética. La turbina que está conectada a un generador eléctrico transformará la energía cinética en energía eléctrica. El vapor de agua que sale de la turbina, entra en un tanque (depósito de condensación) que se enfría al contacto con tuberías de agua fría convirtiendo el vapor de agua a líquido y mediante una bomba se redirige nuevamente al reactor nuclear para volver a repetir el ciclo.

 

Imagen tomada de: http://energia-nuclear.net/como_funciona_la_energia_nuclear.html

 

Las centrales nucleares siempre están instaladas cerca de una fuente abundante de agua fría (mar, río, lago) para aprovechar esta agua en el depósito de condensación.

Los reactores nucleares se pueden clasificar como:

 

a) Reactores térmicos: aquellos que funcionan retrasando (moderando) los neutrones más rápidos o incrementando la proporción de átomos fisibles. Para esto se necesita un moderador que puede ser agua ligera, agua pesada o grafito.

b) Reactores rápidos son los que no necesitan moderar la velocidad de los electrones y utilizan neutrones rápidos.

 

Un reactor nuclear necesita disponer de combustible suficiente (material fisible) en óptimas condiciones para mantener una reacción en cadena, permitiendo controlar la parada y la puesta del reactor. Un reactor se compone por combustible (masa crítica), refrigerante, elementos de control, materiales estructurales y, en el caso de que se trate de un reactor nuclear térmico, el moderador.

En 2008 las centrales nucleares generaron el 17% de la producción eléctrica mundial. Actualmente (2014) en el mundo hay 441 centrales nucleares.

La capacidad de generación nuclear crecerá en todo el mundo, en el horizonte 2035 se considera que crecerá en general desde los 375 GWe de finales de 2010 hasta los 540 GWe si la demanda es baja y 746 GWe si es alta. El consumo anual de combustible de una central nuclear estándar es de unas 30 toneladas de uranio.

Residuos nucleares

Los residuos nucleares son uno de los principales problemas relacionados con la energía nuclear. Si estos residuos no se tratan debidamente, resultan altamente peligrosos para la población y el medio ambiente. Desde este punto de vista las centrales siempre han estado sujetas a un estricto control reglamentario institucional difícil de igualar por otras actividades industriales. El marco reglamentario contempla desde la construcción de la planta, la producción, la protección de los trabajadores de la central y del público en general hasta el desmantelamiento de la misma al final de su vida útil (Residuos de vida corta: con radionucleidos cuya vida media es inferior o igual a 30 años; Residuos de vida larga con radionucleidos y emisores alfa de vida larga cuya concentración es superior a los 30 años).

Gestión transporte y almacenamiento de residuos: se refiere al conjunto de actividades que conducen a su reutilización, su desaparición o su neutralización y evacuación a lugares adecuados, garantizando la seguridad a largo plazo.

Los estanques se trasladan a un Centro de Almacenamiento de residuos nucleares. La investigación sobre almacenamientos definitivos se desarrolla en numerosos países, algunos de los cuales, como Finlandia y EE.UU., han dado pasos muy importantes para su construcción y puesta en servicio. Una de las soluciones que más se aceptan entre expertos es el Almacenamiento Geológico Profundo (AGP), generalmente en minas excavadas en formaciones geológicas estables. Todos los almacenamientos de residuos nucleares, en la actualidad, están vigilados y controlados rigurosamente.

 

Centro de almacenamiento de El Cabril(España)
Imagen tomada de: https://www.foronuclear.org/descubre-la-energia-nuclear/energia-nuclear-en-espana/centro-de-almacenamiento-de-el-cabril/

 

Clasificación de residuos nucleares.

No todos los países emplean la misma clasificación por lo que  la Comisión Europea ha recomendado unificar criterios, para lo cual propone la siguiente clasificación, en vigor desde el 1 de enero de 2002:

 

• Residuos nucleares de transición. Residuos, principalmente de origen médico, se desintegran durante el período de almacenamiento temporal, gestionarse a continuación como residuos no radiactivos, siempre que se respeten los valores de des-clasificación.
  
  

• Residuos nucleares de baja y media actividad. Baja concentración en radionucleidos generando energía térmica suficientemente baja durante su evacuación. Tratamiento: separar los elementos radioactivos que contienen en estos subproductos y los residuos resultantes se depositan en receptáculos de acero solidificándolos con alquitrán, resinas o cemento. Baja actividad: herramientas, ropas y material diverso utilizado para el mantenimiento de una central. Media actividad: radionucleidos producidos en el proceso de fisión nuclear.
  
  

• Residuos nucleares de alta actividad: concentración de radionucleidos tal que debe tenerse en cuenta la generación térmica durante su almacenamiento y evacuación. Se generan principalmente del tratamiento y acondicionamiento del combustible gastado. Tratamiento: el combustible gastado, se extrae del reactor para almacenarse temporalmente en un estanque de agua construida de hormigón y paredes de acero inoxidable dentro de la central para crear una barrera a las radiaciones y evitar escapes hasta definir una localización definitiva.
  
  
  

Para saber más sobre:

Gestión, transporte y almacenamiento de residuos nucleares:
http://energia-nuclear.net/residuos_nucleares/
gestion_transporte_almacenamiento.html

Ventajas e inconvenientes de la energía nuclear

Aunque la mayoría de las organizaciones relacionadas con la energía nuclear ya están posicionadas a favor o en contra del uso de esta energía, se intenta hacer un análisis objetivo:

Ventajas

1. Con poca cantidad se obtienen grandes cantidades de energía. Ahorro en materia prima, transportes, extracción y manipulación del combustible.
   
   
2. Actualmente se consumen más combustibles fósiles de los que se producen; estos recursos se agotarán o el precio subirá tanto que serán inaccesibles para la mayoría de la población.
   
   
3. La producción de energía eléctrica es continua. Una central nuclear genera energía eléctrica durante un 90% de las horas del año, lo que reduce la volatilidad en los precios; favorece a la planificación eléctrica (no hay tanta dependencia de aspectos naturales); soluciona el gran inconveniente de las energías renovables en que las horas de sol o de viento no siempre coinciden con las horas de más demanda energética.
   
   
4. se reduce el problema del calentamiento global.

 

Inconvenientes

1. El consumo de los combustibles fósiles para generar energía eléctrica es muy bajo, siendo el que se reduciría; (la mayor  parte proviene del transporte, de su uso en automóviles de gasoil, gasolina… etc. y, el uso de la energía nuclear para convertirla en energía mecánica es muy bajo.
   
   
2. El principal inconveniente (más peligroso) es la seguridad -su uso recae sobre la responsabilidad de las personas-; las personas pueden tomar decisiones equivocadas o irresponsables (ej. Chernobyl, Fukushima).
   
   
3. El uso que se le puede dar en la industria militar (Hiroshima y Nagasaki).
   
   
4. A nivel civil, la generación de residuos nucleares y la dificultad para gestionarlos.
   
   
5. Los reactores nucleares caducan por lo que deberán construirse constantemente nuevos reactores.
   
   
6. La inversión de una planta nuclear es muy elevada y hay que recuperarla en muy poco tiempo por su vida limitada, subiendo el costo de la energía eléctrica generada.
   
   
7. Las centrales nucleares son objetivo para las organizaciones terroristas.
   
   
8. Genera dependencia del exterior. Pocos países tienen minas de uranio y no todos disponen de tecnología nuclear, por lo que dependerían del extranjero.
   
   
9. Los reactores nucleares actuales funcionan por fisión. Estas reacciones se producen en cadena, si los sistemas de control fallasen se producirían más y más reacciones hasta provocar una explosión radiactiva prácticamente imposible de contener.

 

Aunque hay países que tras Fukushima (accidente nuclear ocurrido en 2011) han frenado su desarrollo nuclear, otros están construyendo y planificando nuevos reactores como es el caso de China, India, Corea del Sur o Rusia; incluso Japón, ha aprobado la construcción de dos nuevos reactores nucleares.

Para saber más sobre:
Radioactividad
https://www.foronuclear.org/descubre-la-energia-nuclear/preguntas-y-respuestas/sobre-proteccion-radiologica-y-radiacion/que-es-la-radiactividad/

Fusión nuclear
http://www.inin.gob.mx/temasdeinteres/fusionnuclear.cfm