¿Qué es la energía nuclear y cómo funciona la energía nuclear?

Desde el comienzo de la revolución industrial, la demanda de energía se ha acelerado cada año que pasa. Hoy en día, la mayor parte de esta demanda energética se satisface con el uso de combustibles fósiles. Los devastadores eventos en Chernobyl, Fukushima y Three Mile Island han diluido parte del entusiasmo que una vez rodeó la energía nuclear. Debido a los costos vertiginosos y los efectos negativos sobre el medio ambiente instigados por los combustibles fósiles, los expertos están trabajando día y noche para minimizar la dependencia excesiva de ellos. Si bien las fuentes renovables de energía, como la eólica, la solar y la hidroeléctrica, han demostrado ser alternativas ideales, todavía están lejos de satisfacer las necesidades humanas. La energía nuclear, por otro lado, tiene todas las tecnologías necesarias para ser utilizada a gran escala. A pesar de esto, todavía existe un alto grado de temor e ideas erróneas en torno a la energía nuclear.

Por definición, la energía nuclear es energía contenida en el núcleo de un átomo. La energía se puede aprovechar mediante dos tipos de reacciones; fisión y fusión. Los átomos son pequeñas partículas en las moléculas que constituyen sólidos, líquidos y gases. El átomo en sí está compuesto de 3 partículas conocidas como neutrones, protones y electrones. Un átomo consta de un núcleo (núcleo) que contiene protones y neutrones. Los protones albergan una carga eléctrica positiva, mientras que los electrones albergan una carga eléctrica negativa. Los neutrones, por otro lado, no tienen carga eléctrica. Los enlaces que unen el núcleo contienen una gran cantidad de energía. Cuando estos enlaces se rompen, se libera la energía nuclear. El proceso de ruptura de estos enlaces para liberar energía se conoce como fisión nuclear. La energía se puede recolectar para generar electricidad.

En el proceso de fisión nuclear, los átomos se dividen. La división de los átomos libera una gran cantidad de energía. Todas las centrales nucleares del mundo utilizan la fisión nuclear para producir energía, y la mayoría de las centrales nucleares utilizan átomos de uranio como fuente de combustible. En el curso de la fisión nuclear, un neutrón choca con un átomo de uranio provocando su división. El resultado es una mayor cantidad de energía en forma de radiación y calor. Cuando un átomo de uranio se divide, también se liberan muchos neutrones. Los neutrones liberados chocan con otros átomos de uranio y el ciclo continúa. Este proceso se conoce como reacción nuclear en cadena. Esta reacción está muy controlada en el reactor de la central nuclear para generar la cantidad de calor necesaria.

La fusión nuclear es otra forma de liberar energía nuclear. En la fusión nuclear, los átomos se sincronizan o se mezclan para lograr un átomo más grande. Esto representa la fuente de energía en el sol y las estrellas. Aunque la fusión nuclear se puede utilizar para generar energía, todavía se está investigando como una fuente viable de calor y electricidad. Sin embargo, la posibilidad de que sea una fuente ideal de energía para uso comercial no está clara. Esto se debe a los desafíos de controlar una reacción de fusión.

¿Cómo funciona la energía nuclear?

La electricidad a través de la energía nuclear se produce de la misma forma que lo hacemos quemando carbón, petróleo o gas natural. Cuando se quema, el calor formado produce vapor. El vapor luego hace girar turbinas. Las turbinas hacen girar generadores que producen electricidad. La diferencia entre las plantas que usan carbón y las plantas que usan uranio como combustible es que aquí no quemamos nada. De hecho, aquí se colocan haces de varillas de uranio de elemento radiactivo en el reactor.

Las barras de uranio no son más que pequeñas bolitas de cerámica verticales que se empaquetan en largos tubos verticales. El proceso de fisión nuclear tiene lugar dentro del reactor y hace que los átomos individuales se dividan al dispararles neutrones. Los núcleos de uranio se dividen y liberan energía en forma de calor. Los neutrones liberados luego dividieron más núcleos de uranio.

Como hemos visto, el uranio es el combustible utilizado en la producción de energía nuclear. El uranio está clasificado como un recurso energético no renovable, aunque es un metal bien conocido que se extrae de rocas en todo el mundo.

Todo el proceso de generación de energía nuclear comienza con la división de los átomos. Los átomos de uranio, que vienen en forma de gránulos recubiertos de cerámica, se incorporan al núcleo del reactor. El resultado es una reacción en cadena en el núcleo, que conduce a la división de los átomos. Naturalmente, el uranio es un elemento inestable. Entonces, al hacer que se divida, se transforma para convertirse en un elemento estable. Este proceso da como resultado la producción de radiación y calor.

• Absorción de neutrones flotantes libres

Durante el proceso de fisión nuclear, los neutrones se liberan y flotan libremente dentro del núcleo. Los neutrones flotantes libres se absorben mediante barras de control. El elemento metaloide trivalente llamado Baron que se libera en el agua de enfriamiento también ayuda en la absorción de estos neutrones flotantes libres. Esto ayuda a controlar la radiación y mantener el reactor seguro y fresco.

La radiación y el calor generados durante el proceso de fisión comienzan a calentar el agua. El agua es, esencialmente, el refrigerante que rodea al reactor. El agua circundante realiza 2 funciones; evita el sobrecalentamiento del reactor y transporta el vapor y el calor que se utilizarán para hacer girar las turbinas.

El agua que sirve como refrigerante fluye constantemente alrededor y a través del reactor. Se instalan dos tuberías diferentes para transportar esta agua dentro y fuera de la cámara presurizada. La primera tubería (tubería primaria) es la encargada de suministrar agua fresca y fría al tanque. La segunda tubería (tubería secundaria) transporta el agua caliente y el vapor para hacer girar las turbinas. En el momento en que las tuberías secundarias han transportado el agua desde la cámara, lo que mitiga la ebullición del agua, el agua calentada puede hervir y evaporarse en vapor y hacer girar las turbinas. Los dos conjuntos de tuberías están diseñados de tal manera que no pueden entrar en contacto entre sí. Esto es para asegurar que la temperatura en la cámara se mantenga equilibrada y para regular la producción de calor y vapor por parte del reactor.

Usos de la Energía Nuclear

La mayoría de la gente piensa que la energía nuclear solo se utiliza con fines destructivos. Pero tiene muchos más usos positivos que negativos.

1. Generación de electricidad

La producción de energía nuclear tiene mucho en común con otras centrales eléctricas. La diferencia es que la energía nuclear se utiliza en la producción de vapor que se dirige a turbinas giratorias que activan un generador para producir electricidad.

2. Utilizado en la agricultura

Los avances en las tecnologías de energía nuclear han ayudado en la producción de semillas resistentes a enfermedades e insectos. Esto ha llevado a mejorar los rendimientos de los cultivos. La radiación nuclear ha ayudado durante mucho tiempo a la conservación de alimentos como frutas y verduras. La tecnología nuclear también ha ayudado a los científicos en el análisis del tipo de suelo, y esta información ha ayudado a aumentar la calidad del suelo.

3. prueba de medicina nuclear

La tecnología nuclear se utiliza especialmente en la exploración de isótopos (exploración de radioisótopos). La exploración de radioisótopos utiliza una pequeña cantidad de radiactividad para generar imágenes en cámaras especiales. La dosis radiactiva normalmente se administra inyectándola en la vena del paciente a través de la mano o el brazo.

Además, las radiaciones nucleares se utilizan en el tratamiento del cáncer, proceso conocido como radioterapia. Las células afectadas se exterminan sometiéndolas a radiación.

4. Fabricación de bomba atómica

Los últimos años han sido testigos de la proliferación de bombas nucleares. Estas bombas son capaces de destruir una ciudad entera generando ondas de choque, radiación y calor como resultado de la fisión. Sin embargo, la bomba atómica se ha utilizado solo dos veces en la guerra; los atentados de Hiroshima y Nagasaki que provocaron miles de muertos y la destrucción masiva de propiedades e infraestructuras.

5. Identificación de recursos hídricos

El agua es esencial para la vida, sin embargo, en la mayor parte del mundo, hay poco suministro o escasez de agua dulce. Las técnicas de hidrología isotópica ayudan a los científicos a rastrear y medir con precisión el grado de los recursos hídricos subterráneos. Estas tecnologías innovadoras ofrecen herramientas analíticas vitales para la gestión y conservación eficientes de los suministros de agua actuales y la detección de fuentes de agua nuevas y renovables. Estas herramientas también ofrecen respuestas vitales a las preguntas que giran en torno al origen, la edad y la distribución del agua subterránea. Además, ayudan a determinar las interconexiones entre las aguas superficiales y subterráneas. Los resultados permiten una planificación informada y una gestión eficiente de los recursos hídricos.

Aunque la energía nuclear representa el 15 % de la electricidad generada a nivel mundial, presenta una serie de ventajas que incluyen energía limpia, grandes cantidades, grandes reservas, confiabilidad, bajo costo operativo, bajo desperdicio y una alternativa más económica. El costo inicial de una planta de energía nuclear puede ser extremadamente alto y puede tardar años en completarse, pero la población estará segura de contar con electricidad confiable y barata durante décadas.

Referencias: ucsusa.org

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