La fusión nuclear, está actualmente en líneas de investigación, debido a que todavía hoy no es un proceso viable, ya que se invierte más energía en el proceso






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fecha de publicación18.07.2015
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Energia nuclear

fusion

La fusión nuclear, está actualmente en líneas de investigación, debido a que todavía hoy no es un proceso viable, ya que se invierte más energía en el proceso para que se produzca la fusión, que la energía obtenida mediante este método.
La fusión, es un proceso natural en estrellas, produciéndose reacciones nucleares por fusión debido a la elevadísima temperatura de estas estrellas, que están compuestas principalmente por Hidrógeno y Helio. El hidrógeno, en condiciones normales de temperatura, se repele entre sí cuando intentas unirlo (fusionarlo) a otro átomo de hidrógeno, debido a su repulsión electrostática. Para vencer esta repulsión electrostática, el átomo de hidrógeno debe chocar violentamente contra otro átomo de hidrógeno, fusionándose, y dando lugar a Helio, que no es fusionable. La diferencia de masa entre el átomo obtenido y el original es mayor que en la fisión, liberándose así una gran cantidad de energía (muchísimo mayores que en la fisión). Estos choques violentos, se consiguen con una elevada temperatura, que excita los átomos de hidrógeno, y se mueven muy rápidamente, chocando unos contra otros.

Fision

Es el utilizado actualmente en las centrales nucleares. Cuando un átomo pesado (como por ejemplo el Uranio o el Plutonio) se divide o rompe en dos átomos más ligeros, la suma de las masas de estos últimos átomos obtenidos, más la de los neutrones desprendidos es menor que la masa del átomo original, luego se verifica la fórmula de Albert Einstein , con lo que se desprende Energía. Para romper un átomo, se emplea un neutrón (ya que es neutro eléctricamente, y no es desviado de su trayectoria), que se lanza contra el átomo a romper, por ejemplo, Uranio. Al chocar el neutrón, el átomo de Uranio-235 se convierte en Uranio-236 durante un brevísimo espacio de tiempo, pues tiene un neutrón más que es el que ha chocado con él, siendo este último átomo sumamente inestable, dividiéndose en dos átomos diferentes y más ligeros que el Uranio-236 (por ejemplo Kriptón y Bario; o Xenon y Estroncio), desprendiendo 2 ó 3 neutrones (los neutrones desprendidos, dependen de los átomos obtenidos, nosotros tomamos como ejemplo 3 neutrones, pero puede que solo se desprendan 2. En caso de obtener Bario y Kriptón, se desprenden 3 neutrones; mientras que si se obtiene Xenon y estroncio, solo se liberan 2 neutrones), y liberando energía.Estos 3 neutrones, vuelven a chocar con otros 3 átomos de Uranio-235, liberando en total 9 neutrones, energía y otros dos átomos más ligeros, y así sucesivamente, generando de esta forma una reacción en cadena

Como se puede comprobar, en cada reacción sucesiva, se rompen 3n-1 átomos, donde n es 1º, 2º, 3º, 4º, ., reacción. De esta forma, donde más energía se libera es al final, ya que se rompen gran cantidad de átomos, según la relación 3n-1, liberándose gran cantidad de energía.

fisi>n Nuclear del ~tomo de Uranio-235, liber~ndose 2 neutrones, Xenon, Estroncio y Energ-a


En las centrales nucleares, el proceso que se controla es el final, ya que en ellas, se genera energía de forma lenta, pues de lo contrario el reactor se convertiría en una bombaatómica,debido a que la mayor parte de la energía se libera al final, como hemos expuesto anteriormente.

Producción de electricidad en la central nuclear

Una central nuclear tiene cuatro partes: 

  1. El reactor en el que se produce la fisión

  2. El generador de vapor en el que el calor producido por la fisión se usa para hacer hervir agua

  3. La turbina que produce electricidad con la energía contenida en el vapor

  4. El condensador en el cual se enfría el vapor, convirtiéndolo en agua líquida.

La reacción nuclear tiene lugar en el reactor, en el están las agrupaciones de varillas de combustible intercaladas con unas decenas de barras de control que están hechas de un material que absorbe los neutrones. Introduciendo estas barras de control más o menos se controla el ritmo de la fisión nuclear ajustándolo a las necesidades de generación de electricidad.

En las centrales nucleares habituales hay un circuito primario de agua en el que esta se calienta por la fisión del uranio. Este circuito forma un sistema cerrado en el que el agua circula bajo presión, para que permanezca líquida a pesar de que la temperatura que alcanza es de unos 293ºC.

Con el agua del circuito primario se calienta otro circuito de agua, llamado secundario. El agua de este circuito secundario se transforma en vapor a presión que es conducido a una turbina. El giro de la turbina mueve a un generador que es el que produce la corriente eléctrica.

Finalmente, el agua es enfriada en torres de enfriamiento, o por otros procedimientos.




figura 7-5> Esquema del funcionamiento de una central nuclear

Medidas de seguridad

En las centrales nucleares habituales el núcleo del reactor está colocado dentro de una vasija gigantesca de acero diseñada para que si ocurre un accidente no salga radiación al ambiente. Esta vasija junto con el generador de vapor están colocados en un edificio construido con grandes medidas de seguridad con paredes de hormigón armado de uno a dos metros de espesor diseñadas para soportar terremotos, huracanes y hasta colisiones de aviones que chocaran contra él.

Repercusiones ambientales de la energía nuclear

Una de las ventajas que los defensores de la energía nuclear le encuentran es que es mucho menos contaminante que los combustibles fósiles. Comparativamente las centrales nucleares emiten muy pocos contaminantes a la atmósfera.

Los que se oponen a la energía nuclear argumentan que el hecho de que el carbón y, en menor medida el petróleo y el gas, sean sucios no es un dato a favor de las centrales nucleares. Que lo que hay que lograr es que se disminuyan las emisiones procedentes de las centrales que usan carbón y otros combustibles fósiles, lo que tecnológicamente es posible, aunque encarece la producción de electricidad.

Problemas de contaminación radiactiva

En una central nuclear que funciona correctamente la liberación de radiactividad es mínima y perfectamente tolerable ya que entra en los márgenes de radiación natural que habitualmente hay en la biosfera. El problema ha surgido cuando han ocurrido accidentes en algunas de las más de 400 centrales nucleares que hay en funcionamiento. Una planta nuclear típica no puede explotar como si fuera una bomba atómica, pero cuando por un accidente se producen grandes temperaturas en el reactor, el metal que envuelve al uranio se funde y se escapan radiaciones. También puede escapar, por accidente, el agua del circuito primario, que está contenida en el reactor y es radiactiva, a la atmósfera. 

Almacenamiento de los residuos

Con los adelantos tecnológicos y la experiencia en el uso de las centrales nucleares, la seguridad es cada vez mayor, pero un problema de muy difícil solución permanece: el almacenamiento a largo plazo de los residuos radiactivos que se generan en las centrales, bien sea en el funcionamiento habitual o en el desmantelamiento, cuando la central ya ha cumplido su ciclo de vida y debe ser cerrada.

Ventajas e incomvenientes

Un tercio de la energia generada en Europa proviene de la energía nuclear, esto supone que se emiten 700 millones de toneladas de CO2 y otros contaminantes generados a partir de la quema de combustibles fósiles.

Actualmente se consumen más combustibles fósiles de los que se producen de modo que en un futuro no muy lejano se agotarian estos recursos. Una de las grandes ventajas del uso de la energía nuclear és la relación entre la cantidad de combustible utilizado y la energía obtenida. Esto se traduce, también, en un ahorro en transportes, residuos, etc.

Al ser una alternativa a los combustibles fósiles como el carbón o el petróleo, evitaríamos el problema del llamado calentamiento global, el qual, se cree que tiene una influéncia más que importante con el cambio climático del planeta. Mejoraría la calidad

del aire que respiramos con lo que ello implicaria en el descenso de enfermedades y calidad de vida.

Sobre éste último punto conviene destacar que lo que realmente tiene una influéncia importante con el calentamiento global son las emisiones provocadas por el transporte por carretera y que las que generan la generación de energía por combustibles fósiles són relativamente muy pocas. Aún así, una de las aplicaciones de la energía nuclear (aunque muy poco utilizada) és convertirla en energía mecánica para el transporte.

Actualmente la generación de energía eléctrica se realiza mediante reacciones de fisión nuclear, pero si la energía de fusión fuera practicable, ofrecería las siguientes ventajas:

  • Obtendríamos una fuente de combustible inagotable.

  • Evitariamos accidentes en el reactor por las reacciones en cadena que se producen en las fisiones.

  • Los residuos generados són mucho menos radiactivos.

Inconvenientes de la energía nuclear

Uno de los principales inconvenientes és la generación de residuos nucleares y la dificultad para gestionarlos ya que tardan muchísimos años en perder su radiactividad y peligrosidad.

Apenas incide favorablemente en el cambio climático porqué la principal fuente de emisiones es el transporte por carretera.

En los principales países de producción de energía nuclear para mantener constante el número de reactores operativos deberían construirse 80 nuevos reactores en los próximos diez años.

Si bien económicamente es rentable desde el punto de vista del combustible consumido respecto a la energía obtenida no lo és tanto si se analizan los costes de la construcción y puesta en marcha de una planta nuclear teniendo en cuenta que, por ejemplo en España, la vida útil de las plantas nucleares és de 40 años.

Inconvenientes de seguridad incrementados ahora con el terrorismo internacional. Además de la proliferación de energía nuclear que obligaría a recurrir al plutonio como combustible.

Aunque los sistemas de seguridad son muy avanzados, las reacciones nucleares por fisión generan unas reacciones en cadena que si los sitemas de control fallasen provocarían una explosión radiactiva.

Por otra parte, la energía nuclear de fusión és inviable debido a la dificultad para calentar el gas a temperaturas tan altas y para mantener un número suficiente de núcleos durante un tiempo suficiente para obtener una energía liberada superior a la necesaria para calentar y retener el gas resulta altamente costoso.

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