Energía Nuclear

La energía nuclear, también conocida como energía atómica, es aquella que se obtiene a partir de la energía potencial del núcleo de un átomo (generalmente uranio). Este tipo de energía es altamente eficiente, ya que cuando un átomo se descompone, libera una inmensa cantidad de energía en forma de calor que puede ser aprovechada para generar energía eléctrica.

En el campo de la física se define la energía nuclear como el producto de desintegrar un átomo para liberar la energía potencial que mantiene unidas las partículas atómicas a su núcleo. Este proceso se lleva a cabo en centrales nucleares que cuentan con reactores nucleares, los cuales producen electricidad a partir del vapor de agua que se produce como resultado del aumento de la temperatura que sufre el agua contenida dentro de los reactores.

Gracias a los avances de la tecnología y los progresos en el campo de la ciencia y la física, actualmente es posible obtener beneficios de la energía atómica, algo que parecería imposible hace un siglo atrás. Hoy en día, casi un tercio de toda la energía eléctrica consumida en todo el continente europeo depende de las centrales nucleares, aprovechando así su alta eficiencia y mínimo impacto ambiental.

Más allá de la producción energética de electricidad, la energía nuclear ha sido aprovechada por el ser humano para otros fines que van desde la ciencia hasta los usos militares. No obstante, el mayor beneficio que ha traído al mundo el uso de la energía nuclear ha sido su aprovechamiento para generar energía limpia y constante de forma segura.

Ejemplos de energía nuclear

La energía nuclear se hace presente cada vez más en las cosas que nos rodean, por eso vamos a explicar algunos ejemplos de energía nuclear.

Las centrales nucleares de energía


Hemos dicho que las centrales nucleares son el principal ejemplo de cómo ha sido usada la energía nuclear por el hombre para su beneficio. En estas instalaciones se realiza la fisión nuclear de núcleos de algunos elementos fisionables (susceptibles a desintegrarse) para liberar su energía en forma de calor. Este calor se aprovecha generar energía eléctrica que luego se suministra a la red eléctrica. Las centrales nucleares logran captar hasta un 96% de la energía liberada en el proceso, por lo que es uno de los sistemas más eficientes de la actualidad en cuanto a producción energética.

El colisionador de hadrones del CERN


El colisionador de hadrones ubicado en las instalaciones del CERN es uno de los grandes proyectos científicos que ha hecho posible el estudio de la mecánica cuántica y la física moderna. En este acelerador de partículas se realizan experimentos que involucran la energía atómica de forma segura y además, hace posible obtener resultados confiables que han hecho posible muchos avances en el campo de la ciencia.

Los submarinos nucleares


Los submarinos nucleares son submarinos que operan gracias a un reactor nuclear. Este tipo de submarinos puede funcionar y propulsarse de manera continua por hasta 25 años debido a su casi inagotable fuente de energía. Este rango de eficiencia ha sido posible gracias a la energía nuclear, lo que demuestra como el uso de esta tecnología ha significado un gran avance para el hombre.

Las bombas atómicas

Little boy, Peso: 4400 kg; Explosivo: Uranio235; Peso del explosivo: 64kg.
Lanzada sobre Hiroshima

Otro ejemplo del uso de la energía nuclear reside en las bombas atómicas. Este tipo de arsenal militar fue utilizado durante la segunda guerra mundial con efectos devastadores. En el interior de una bomba atómica se genera una reacción nuclear que libera una inmensa cantidad de energía destructiva.

Las baterías nucleares


Las baterías nucleares son reactores nucleares de menor tamaño que funcionan aprovechando la energía nuclear de forma continua. Este tipo de artefactos se utiliza en equipos como satélites, estaciones científicas y lugares a los que no se tiene acceso con facilidad. Las baterías nucleares pueden brindar energía eléctrica por un período de tiempo bastante prolongado, en algunos casos logrando superar los 20 años.

Cómo se produce la energía nuclear

La energía nuclear se produce usualmente a través de un proceso conocido como fisión nuclear. Este proceso se lleva a cabo dentro de los reactores nucleares con el fin de obtener energía eléctrica. Los átomos son las partículas más pequeñas que componen la materia, y estos a su vez están conformados por un núcleo, neutrones, protones y electrones, los cuales se encuentran unidos por una fuerza atómica sumamente alta que evita que éstos se separen.

Interior de una Central Nuclear.

No obstante, el proceso de fisión nuclear consiste en separar el núcleo un átomo del resto de sus partículas, dando como resultado la liberación de toda su energía potencial. Inmediatamente, toda esta energía liberada en forma de calor se aprovecha para poner en funcionamiento una turbina conectada a un alternador, el cual al entrar en funcionamiento genera energía eléctrica.

Cómo funciona

La energía nuclear utilizada en las centrales nucleares funciona bajo los siguientes principios:

  • liberación de energía nuclear: Dentro de un reactor nuclear se realiza el proceso de fisión del núcleo de un átomo fisionable (usualmente uranio) para que éste genere una reacción en cadena que libera energía en forma de calor.
  • Conversión del calor en energía cinética: El calor liberado de este proceso se utiliza para convertir el agua en vapor dentro del reactor. Posteriormente, este vapor es conducido a presión hasta una turbina que entra en movimiento gracias al flujo de vapor que pasa a través de ella.
  • Conversión de la energía cinética en energía eléctrica: La turbina en movimiento se encuentra conecta por un eje a un generador eléctrico (electroimán), el cual es capaz de generar energía eléctrica de la misma manera en la que funcionan las centrales eléctricas convencionales.
  • Cuidado de los residuos nucleares: Los residuos generados por la fisión nuclear son almacenados dentro de contenedores especiales que los aíslan del medio exterior. Esto permite que los residuos nucleares cesen su radioactividad durante el tiempo que sea necesario de forma segura.

Tipos

La energía nuclear tal y como la conocemos se manifiesta en dos tipos distintos.

Energía de fisión nuclear


La fisión nuclear es un proceso que permite obtener energía nuclear por medio de la fisión o separación del núcleo de un átomo fisionable para liberar radiación. En este proceso se realiza bombardeando un átomo inestable con un neutrón. Posteriormente, el núcleo se fisiona y libera dos neutrones que impactan contra otros átomos, lo que hace que estos a su vez se vuelvan a fisionar.

Esto da como resultado una reacción en cadena que permite liberar una gran cantidad de energía. La fisión nuclear es el proceso que utilizan los reactores nucleares para obtener energía eléctrica a partir de la energía nuclear.

Energía de fusión nuclear


Conocida también como reacción termonuclear, es el proceso resultante de forzar el núcleo de dos átomos ligeros a fusionarse por medio de condiciones físicas extremas que lo hagan posible. Al realizar una fusión nuclear se ibera energía, algo que se puede observar, por ejemplo, en cómo produce energía el Sol. No obstante, actualmente no se llevar a cabo la fusión nuclear de forma artificial de forma viable, por lo que su uso para generar energía eléctrica limpia y amigable con el medio ambiente no es posible.

Usos

La energía nuclear actualmente tiene usos limitados debido a lo difícil y costoso que resulta aprovecharla, no obstante, existen varias aplicaciones de la energía atómica muy importantes que deben tenerse en cuenta:

Torres de transmisión.
  1. En la producción de energía eléctrica por medio de las centrales nucleares, las cuales son instalaciones capaces de aprovechar la energía liberada de la fisión nuclear dentro de los reactores nucleares para generar electricidad.
  2. Para generar calefacción algunas centrales nucleares suministran calefacción a sus instalaciones aprovechando la energía térmica que se libera de la fisión nuclear.
  3. Tiene múltiples usos militares entre los que destacan el medio de propulsión o locomoción de submarinos, buques, vehículos y aviones.
  4. Otro uso militar de la energía nuclear se encuentra en las bombas nucleares.
  5. Se utiliza para construir baterías de larga duración que se utilizan en satélites, estaciones espaciales, sondas espaciales y todo tipo de aparatos tecnológicos a los que no se puede tener acceso de forma frecuente.

Ventajas y desventajas

La energía solar trae consigo muchas ventajas que vale la pena destacar, sin embargo, junto con ella vienen una serie de limitaciones en forma de desventajas que también se deben conocer. A continuación explicamos cuáles son.

Ventajas

  • La energía nuclear hace posible obtener energía eléctrica sin necesidad de utilizar combustibles fósiles.
  • Las centrales nucleares son instalaciones de alta eficiencia, ya que logran aprovechar casi la totalidad de la energía liberada de cada fisión nuclear.
  • Además de la energía eléctrica, permite obtener energía térmica.
  • Las centrales nucleares funcionan de manera continua durante todo el año, por lo que brinda una fuente de energía continua, algo que no es garantizado por otras fuentes de energía como la eólica, la mareomotriz, etc.
  • A pesar de no ser un tipo de energía renovable, las centrales nucleares necesitan cantidades mínimas de Uranio para generar electricidad durante todo el año.

Desventajas

  • La inversión inicial para los equipos que aprovechan la energía nuclear es sumamente alta.
  • No todos los países tienen acceso a la energía nuclear debido al desarrollo tecnológico necesario para poder aprovecharla.
  • A pesar de ser poco probable, los accidentes nucleares pueden tener consecuencias devastadoras para la sociedad y la vida en el planeta tierra.
  • Algunos desechos producidos por las centrales nucleares pueden ser radioactivos por más de un siglo, por lo que el cuidado y aislamiento de este tipo de materiales es importante para evitar riesgos en el medio ambiente.

Fórmula matemática

La energía nuclear obtenida por medio de fisión nuclear se suele calcular a partir de la famosa fórmula propuesta por Albert Einstein como resultado de sus estudios en el campo de la física.

\[E= m * c*^{2}\]

En esta ecuación:

  • E = Energía calorífica obtenida de la fisión nuclear (en J).
  • m = masa consumida por la fisión (en Kg).
  • c = Constante de la velocidad de la luz (3 * 103).