La energía nuclear se utiliza actualmente para producir electricidad, sin embargo, para que esto ocurra debe ser liberada mediante fusión o fisión nuclear.
En este artículo hablamos de la fisión nuclear, qué es, para qué se usa, cómo se controla y otros detalles interesantes.
Energía nuclear
Cuando se habla a energía nuclear se está haciendo referencia a aquella que se libera de manera artificial o espontanea en las reacciones nucleares.
En otras palabras, la energía nuclear es la energía en el núcleo atómico, o sea la parte central de un átomo.
Fisión nuclear
La fisión nuclear es un proceso mediante el cual un núcleo pesado se fisiona o descompone en núcleos ligeros.
Pero no solo se forman nuevos núcleos, también se libera la energía que mantenía unidas las cargas, tal como lo explicó Einstein en la teoría de la relatividad: E=mc².
Los elementos de la ecuación anterior corresponden a:
- E: energía obtenida
- m: masa
- c: 299.792.458 m/s2 (velocidad de la luz)
La fisión se produce mediante el bombardeo del núcleo con partículas subatómicas.
En el proceso se libera una cantidad de energía y dos o tres neutrones más, los cuales a su vez pueden dividir otros átomos y generar una reacción en cadena.
Diferencia con la fusión nuclear
En la fusión nuclear se unen dos núcleos ligeros para formar uno más pesado, pero en la fisión es al revés, un núcleo pesado se descompone en por lo menos 2 núcleos más ligeros.
Sustancias fisiles
Las sustancias fisiles son aquellas que pueden dividirse y generar reacciones.
El único fisil natural es el uranio 235, sin embargo, existen sustancias fisiles artificiales como el uranio 233 y el plutonio 239.
Las condiciones que deben cumplirse para que se realice la fisión son:
- Producir uranio 235, es decir, separarlo de otros isotopos
- Producir neutrones y controlar su velocidad
Fisión del uranio
El uranio tiene como número atómico 92 y como masa atómica 282, lo que indica que posee 92 protones, 92 electrones orbitales y 146 neutrones.
Cuando un neutrón golpea un núcleo de uranio, este se fisiona en dos núcleos de masa atómica media y libera una gran cantidad de energía.
Cómo se controla la fisión nuclear
Un reactor nuclear es un dispositivo que produce energía térmica mediante reacciones nucleares de fisión.
En su versión más básica,un reactor cuenta con un núcleo y unas barras de control para precisamente controlar la fisión.
En el núcleo se almacena el combustible nuclear, formado por una sustancia que varía según el tipo de reactor.
Aunque el núcleo siempre contiene alguna cantidad de uranio 235.
El combustible nuclear, a su vez, es almacenado o encapsulado en unas vainas metálicas perfectamente soldadas para evitar que se produzca alguna fuga de material radiactivo.
En el conjunto formado por las vainas, se encuentran introducidas las barras de control.
Las barras están construidas en un material que pueda absorber neutrones, siendo los más comunes el cadmio y el boro.
Estas barras de control son las responsables de mantener la reacción en cadena al ritmo deseado y evitar que se produzca alguna reacción espontanea.
Funcionamiento de las barras de control
Las barras pueden funcionar de forma manual pero normalmente estás activadas por sistemas automáticos, que mantienen constantemente la criticidad del reactor.
Si el algún momento el número de fisiones aumenta mucho, una serie de circuitos de control obliga a las barras a introducirse totalmente en el núcleo, para absorber un número muy elevado de neutrones.
Con esto cesa la reacción en cadena y se apaga el reactor.
Usos de la fisión nuclear
El principal uso de las reacciones de fisión nuclear se da en las centrales nucleares donde se le libera de forma controlada para producir energía eléctrica.
Específicamente, en estas centrales, la energía calorífica que se desprende de las reacciones se utiliza para crear vapor de agua que se transporta a un sistema de turbinas.
En consecuencia, servirá para generar electricidad que puede ser vertida a la red eléctrica.
No obstante, no todos sus usos son positivos, pues bien es conocido que incluso la fisión nuclear se puede emplear para fines tan destructivos como la creación de bombas atómicas y otras armas nucleares.
Esto ocurre cuando la reacción en cadena no es controlada y la energía es liberada instantáneamente y de forma violenta.
Posibilidades de la fisión nuclear
El coste de producción de energía eléctrica a partir de fusión nuclear es muy elevado,pero hay una tendencia hacia la disminución del mismo.
Lo anterior es gracias a los procesos tecnológicos y a la construcción de reactores nucleares más grandes.
Por otra parte, las crisis petroleras que se producen en diferentes momentos, pueden suponer el salto para la energía de fisión nuclear y otras formas de energía alternativa.
Si hablamos de los usos actuales, están la propulsión naval que aumenta considerablemente la velocidad de las unidades, llevar energía a zonas alejadas y de difícil acceso como las tierras árticas y antárticas.
En cuanto a los usos futuros, los expertos investigan cómo usarla con fines submarinos como la extracción de sustancias alimenticias o minerales de yacimientos marinos.
Otro campo en el que se investiga es su uso en la desalinización del agua de mar mediante la destilación, utilizando el calor residual de los reactores nucleares.
Existen, además, proyectos para lanzar al espacio cohetes de propulsión nuclear, más pesados que los de combustibles químicos y concebidos para viajes espaciales más largos.
Peligros de la fisión nuclear
La fisión nuclear es un proceso sumamente peligroso para el ser humano y el planeta en general, debido a que si se sale de control puede ocurrir una explosión que acabe con una gran cantidad de vidas.
Asimismo, cada vez es mayor la amenaza por parte de algunos de los países desarrollados de utilizar armas nucleares que pueden ser tan poderosas como para acabar con toda la civilización.
Aunque esto no llegara a ocurrir, las labores que se llevan a cabo en un reactor nuclear son muy riesgosas y de producirse una fuga de algún elemento contaminante las consecuencias serían devastadoras.
