Energía
Nuclear
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Una de las fuentes de energía más modernas y que sin lugar a dudas ha levantado más polémica, es sin duda la energía nuclear. La energía nuclear, tiene sus puntos positivos y negativos, pero ya lo veremos más adelante.
Se puede obtener energía nuclear de dos formas diferentes, mediante FUSIÓN, y mediante FISIÓN. La primera está en investigación, y se obtiene en laboratorios, ya que se emplea más energía en la obtención que la obtenida mediante este proceso, y por ello, todavía no es viable. La fisión es la que se emplea actualmente en las centrales nucleares.
Ahora, un poco de historia. Todo comenzó cuando Albert Einstein descubrió su famosa fórmula E=MC2, donde E es la Energía liberada, M la diferencia de masa o incremento, y C es la velocidad de la luz. Esta ecuación significa que la masa se puede transformar en Energía y al revés, la energía en masa. Según esta fórmula, cuando en un proceso se pierde masa, esta no desaparece sin más, se transforma en energía, según la fórmula anterior. Según dicha fórmula, una pequeña cantidad de masa, libera gran cantidad de energía, pues la velocidad de la luz al cuadrado es: 90.000.000.000.000.000, que al multiplicarlo por la masa, resulta una energía grande en comparación con la masa transformada. Por ejemplo, si se transforma un miligramo de masa en energía, tenemos que la Energía liberada es: E = 0.000001Kg*90.000.000.000.000.000= 90.000.000.000 julios = 90 giga julios.
Para hacerse una idea de la energía desprendida, supongamos que tenemos un reactor nuclear que es capaz de transformar un miligramo de masa en energía en una hora, y que se aprovecha toda la energía. Pues bien, la potencia sería W=E / T, donde E es la Energía y T el tiempo. Una hora son 3.600 segundos, luego W=90.000.000.000 / 3600 = 25.000.000 Watios = 25 megawatios. Una casa convencional, consume unos 3,3 kilowatios·hora. Si tenemos esto en cuenta, tenemos que con esa energía podríamos satisfacer a 7.576 hogares (téngase en cuenta que hay televisión, horno, frigorífico, estufa, ., aunque si consideramos que no llegan a la máxima potencia, pues casi nunca se llega a 3300 watios/hora, y que por la noche apenas consumen energía, se podría satisfacer a más del doble de hogares). En las centrales nucleares, hay muchos cilindros de Uranio, y con ello se consigue una gran cantidad de energía, ya que se consigue una potencia de unos 900 megawatios, siendo la energía suministrada por las centrales nucleares, la tercera parte de la energía total suministrada por todas las distintas centrales (hidráulicas, solares, eólicas,.) en España.
La primera aplicación práctica fue la bomba atómica,
en la cual se liberó una energía de 12 kilotones (energía
equivalente a 12.000 toneladas de explosivo TNT), destruyendo una ciudad
entera. Esta es una forma de liberación de energía de forma
incontrolada. En las centrales nucleares, el proceso está controlado,
de forma que la energía no sea gigantesca, ya que destruiría
el reactor, y se transformaría en una bomba atómica.
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En la década de los 70, hubo una gran crisis energética
originada por la escasez del petróleo. Esto promovió la construcción
de las primeras centrales nucleares del mundo, teniendo por combustible
el Uranio, evitando así, tener que depender del petróleo,
y de los países exportadores, dado que con las reservas de Uranio,
se puede seguir produciendo energía mediante este, durante cientos
de años. Actualmente, existen aproximadamente 450 reactores nucleares
en el mundo, que generan aproximadamente el 16% del total de la energía
mundial generada. España construyó su primera central nuclear
en 1.968 (C.N. José Cabrera) con una potencia de 160 MegaWatios.
Actualmente, España cuenta con nueve reactores nucleares, distribuidos
en siete centrales nucleares españolas.
Como hemos dicho antes, hay dos formas de obtener energía en un proceso nuclear:
Instituto de Educación Secundaria "Gonzalo de Berceo" de Alfaro (La Rioja)
Glosario básico de términos nucleares (en inglés)
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.
La primera reacción de fusión realizada por el ser humano, tuvo origen militar, con una bomba termonuclear (o también llamada bomba-H o de Hidrógeno), que para obtener la temperatura adecuada (casi la del Sol, unos 20 millones de grados centígrados), se utilizó una bomba atómica. Esta bomba termonuclear libera grandes cantidades de energía. Las bombas termonucleares actuales, alcanzan los 60 megatones (equivalente a 60 millones de toneladas de explosivo TNT), lo cual puede arrasar todo lo que haya en un radio de 40 ó 50 Kilómetros a la redonda, eso si incluir la radiación electromagnética y la onda expansiva, así como la lluvia ácida.Para más información sobre las armas nucleares, pincha sobre alguno de los siguientes hipervínculos o links:
Actualmente, la industria nuclear de fisión, presenta varios peligros, que por ahora no tienen una rápida solución. Estos peligros, podrían llegar a tener una gran repercusión en el medio ambiente y en los seres vivos si son liberados a la atmósfera, o vertidos sobre el medio ambiente, llegando incluso a producir la muerte, y condenar a las generaciones venideras con mutaciones... Por ello, a las centrales nucleares se les exige unas grandes medidas de seguridad, que puedan evitar estos incidentes, aunque a veces, pueden llegar a ser insuficientes (Chernobil), debido a que se intenta ahorrar dinero en la construcción, y solo se pone una seguridad mínima.
Los peligros más importantes, son entre otros, la radiación y el constante riesgo de una posible explosión nuclear, aunque este último es muy improbable con los actuales sistemas de seguridad de las centrales nucleares. Nos centraremos principalmente en la radiación, por ser el más representativo, debido a que las explosiones son muy improbables.
La radiactividad, es la propiedad en virtud de la cual algunos elementos que se encuentran en la naturaleza, como el Uranio, se transforman, por emisión de partículas alfa (núcleos de Helio), beta (electrones), gamma (fotones), en otros elementos nuevos, que pueden ser o no, a su vez, radiactivos. La radiactividad es por tanto, un fenómeno natural al que el hombre ha estado siempre expuesto, aunque también están las radiaciones artificiales. Así pues, diferenciamos dos casos; radiación natural y radiación artificial:
RADIACIÓN NATURAL:
Siempre ha existido, ya que procede de las materias existentes en todo el universo, y puede ser radiación visible (como por ejemplo la luz), o invisible (por ejemplo los rayos ultravioleta). Esta radiación, procede de las radiaciones cósmicas del espacio exterior (Sol y estrellas), pues ellos son gigantescos reactores nucleares, aunque lejanos; también proceden estas radiaciones de los elementos naturales radiactivos (uranio, torio, radio) que existen de forma natural en el aire, agua, alimentos, o el propio cuerpo humano (potasio, carbono-14). Esta radiación natural, es del orden del 88% de la radiación total recibida por el ser humano, clasificándose de la siguiente manera:RADIACIÓN ARTIFICIAL:- Radiación cósmica : 15 %
- Radiación de alimentos, bebidas, etc.,.: 17 %
- Radiación de elementos naturales : 56 %
Provienen de fuentes creadas por el hombre. Los televisores o los aparatos utilizador para hacer radiografías médicas son las fuentes más comunes de las que recibimos radiación artificial. La generada en las centrales nucleares, pertenece a este grupo. El incremento de radiación que recibe una persona en un año como consecuencia del funcionamiento normal de una central nuclear, es de 1 milirem al año (1 REM = radiación de rayos gamma existenteen el aire por centímetro cúbico de aire), cantidad que es 100 veces más pequeño que la radiación natural que recibimos en España. La radiación artificial total recibida por el ser humano es del orden del 12% de todas las radiaciones recibidas. Se clasifica de la siguiente manera:Como es bien sabido, la radiación de los elementos trae serias consecuencias en los seres vivos, si sobrepasan los límites anuales re radiación normal. La consecuencia más importante es la mutación en los seres vivos, ya que afecta a las generaciones tanto presentes, como futuras, y sus efectos irían desde la falta de miembros corporales y malformaciones en fetos, esterilidad, ..., hasta la muerte. Por tanto, es importante que los residuos de las centrales nucleares, que son radiactivos, cumplan unas medidas de seguridad, para que no surjan posibles accidentes de fugas de radiación.- Televisores y aparatos domésticos: 0.2 %
- Centrales nucleares : 0.1 %
- Radiografías médicas : 11.7 %
Debido a este importante factor de riesgo, las centrales nucleares, deben
tener una serie de protecciones para prevenir un posible desastre, que
tuviera fugas radiactivas al exterior. La seguridad
y protección radiológica
que ofrecen las centrales nucleares, son:
| - Varilla de combustible: | Tubos con aleación de Circonio en cuyo interior se encuentra el Uranio. |
| - Vasija del reactor : | Recipiente cilíndrico de acero al carbono, recubierto interiormente de acero inoxidable, de 12.5 centímetros de espesor, con 18.5 metros de altura y 4.77 metros de diámetro. En su interior, se encuentra el núcleo del reactor, donde se obtiene el vapor que mueve la turbina. |
| - Edificio del reactor : | Es una estructura de hormigón armado de 1 metro de espesor y 55 metros de altura (12 de ellos, bajo tierra). Está diseñado para soportar las condiciones del mayor accidente posible. |
En caso de emergencia, se activarían los
siguientes Sistemas de emergencia. Se activan al romperse la tubería
de refrigeración, y es un sistema autónomo automático,
y se compone de:
| - Inyección del Refrigerante a alta presión : | Inyecta refrigerante al interior de la vasija, justo encima del combustible. |
| - Rociado del núcleo | |
| - Inyección de refrigerante a baja presión : | Inyectan refrigerante a la vasija, inundando el núcleo. |
| - Sistema automático de alivio de presión : | Impide la presurización de la vasija por encima de los valores operacionales. |
| - Condensador de aislamiento : | Enfría el vapor existente en la vasija. |
| - Inserción de las barras de control : | Al insertarlas, se para totalmente el reactor. |
En el siguiente esquema, se muestran las barreras de contención
de una central nuclear. Se puede observar de igual manera los sistemas
de seguridad con los que cuentan las centrales nucleares.
Además de estos sistemas de emergencia,
las centrales nucleares, también cuentan con detectores de incendios,
fugas de radiación, y extintores adicionales.
Como hemos visto, las centrales nucleares, cuentan
con grandes medidas de seguridad, pero la cosa no termina aquí,
ya que estas centrales generan unos residuos radiactivos muy perjudiciales
para los seres vivos, y el medio ambiente, por lo que deben ser tratados
adecuadamente.
Se clasifican de la siguiente forma:
- Alta actividad:
Proceden de los elementos de combustible gastados, que se extraen del reactor, y se almacenan temporalmente en una piscina de agua, situada dentro de la central nuclear, y construida de hormigón, con paredes de acero inoxidable, de tal forma que no se escape la radiación. Una vez que la piscina se llena (que puede tardar décadas), los residuos se sacan de la piscina, y se almacenan bajo tierra, profundamente, en minas excavadas, con formaciones salinas para mantenerlo aislado de la humedad, y metidos en bidones blindados con material anticorrosivo. Este es el lugar definitivo, donde se guardarán durante cientos o incluso miles de años.- Media actividad:
Son generados por radionucleidos liberados en el proceso de fisión en cantidades muy pequeñas, muy inferiores a las consideradas peligrosas para la seguridad y protección de las personas.- Baja actividad:
Los residuos son solidificados dentro de bidones de acero, utilizando cemento, alquitrán o resinas.
Generalmente, son las ropas y herramientas que se utilizan en el mantenimiento de la central nuclear.Como se puede comprobar, las medidas de seguridad para prevenir posibles fugas radiactivas, son muy altas, evitando así, que se produzca un accidente radiactivo. La radiación liberada, es por tanto muy baja, prácticamente nula.
Se prensan, y se mezclan con hormigón, de forma que formen un bloque sólido, son introducidos en bidones de acero. Después, estos bidones, al igual que los de media actividad, son trasladados al Centro de almacenamiento de El Cabril, en la provincia de Córdoba, en el caso de España.
Ventajas de la Energía Nuclear:
La energía nuclear, genera un tercio de la energía eléctrica
que se produce en la Unión Europea, evitando así, la emisión
de 700 millones de toneladas de CO2 por año a la atmósfera.
Esta cifra equivale a que todos los coches que circulan por Europa, unos
200 millones, se retiren de las calles. A escala mundial, en 1.996, se
evitó la emisión de 2,33 billones de toneladas de
CO2 a la atmósfera, gracias a la energía nuclear.
Por otra parte, también se evitan otras emisiones de elementos
contaminantes que se generan en el uso de combustibles fósiles.
Tomemos como ejemplo, la central nuclear española Santa María
de Garoña, que ha evitado que se descargue a la atmósfera
90 millones de toneladas de CO2, 312.000 toneladas de NOx,
650.000 toneladas de SO2, así como 170.000 toneladas
de cenizas, que contienen a su vez más de 5.200 toneladas de arsénico,
cadmio, mercurio y plomo.
Los vertidos de las centrales nucleares al exterior,
se pueden clasificar como mínimos, y proceden, en forma gaseosa
de la chimenea de la central, pero se expulsan grandes cantidades de aire,
y poca de radiactividad; y en forma líquida, a través del
canal de descarga.
Por su bajo poder contaminante, las centrales nucleares, frenan la
lluvia ácida, y la acumulación de residuos tóxicos
en el medio ambiente. Como dato: una central nuclear no puede verter a
la atmósfera más de 3 curios/año, según la
normativa vigente (1 CURIO
= 37.000 millones de desintegraciones por segundo = radiactividad de 1
gramo de Radio).
Además, se reducen el consumo de las reservas
de combustibles fósiles, generando con muy poca cantidad de combustible
(Uranio) muchísima mayor energía, evitando así gastos
en transportes, residuos, etc.
CONSUMOS Y RESIDUOS DE URANIO, CARBÓN Y FUEL-OIL
PARA UNA CENTRAL TIPO 1.000 MW
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| Consumo medio por Kw/hora |
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| Consumo Anual |
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| Transporte anual | 66 barcos de 35.000 toneladas o 23.000 vagones de 100 toneladas | 5 petroleros de 300.000 toneladas + oleoductos |
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| CO2, millones de toneladas |
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| SO2, toneladas |
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| NO2, toneladas |
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| Cenizas de filtros, toneladas |
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| Escorias, toneladas |
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| Cenizas volantes, toneladas |
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| Radiación: gases, Curios/año |
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| Radiación: líquido, Curios/año |
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| Radiación: sólidos |
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493 m3, (media y baja) |
Fuente de la tabla: Nucleonor
NASAAgradecimientos:Cursillo de física por ordenador
Apuntes de Física para C.O.U o 2º Bachillerato
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Colegio La Salle-El Pilar de Alfaro (La Rioja)
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José Antonio Montón Marqués
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Roberto García PérezÚltima actualización: 22-12-2.000
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