Energía Nuclear

Energía Nuclear

La energía nuclear es la energía en el núcleo de un átomo. Los átomos son las partículas más pequeñas en que se puede dividir un material. En el núcleo de cada átomo hay dos tipos de partículas (neutrones y protones) que se mantienen unidas. La energía nuclear es la energía que mantiene unidos neutrones y protones.

La energía nuclear se puede utilizar para producir electricidad. Pero primero la energía debe ser liberada. Ésta energía se puede obtener de dos formas: fusión nuclear y fisión nuclear. En la fusión nuclear, la energía se libera cuando los átomos se combinan o se fusionan entre sí para formar un átomo más grande. Así es como el Sol produce energía. En la fisión nuclear, los átomos se separan para formar átomos más pequeños, liberando energía. Las centrales nucleares utilizan la fisión nuclear para producir electricidad.

Cuando se produce una de estas dos reacciones físicas (la fisión nuclear o la fusión nuclear) los átomos experimentan una ligera pérdida de masa. Esta masa que se pierde se convierte en una gran cantidad de energía calorífica como descubrió el Albert Einstein con su famosa ecuación E=mc2.

Como Funciona La Energía Nuclear 

Los reactores del mundo son de fisión, no de fusión (La fusión es todavía experimental). 

Se basa en un principio atómico en que la cantidad de electrones y protones deben ser iguales en un átomo, si no el átomo sería inestable y se descompondría en fragmentos como el Carbono 14 o el Radón. 

Cuando se le agrega un proton a un átomo de uranio (Que tiene un gran numero de protones y electrones) se inestabiliza y se parte, lanzando mas protones, los cuales impactan con otros átomos, los cuales se parten, lanzan protones... y se hace la reacción en cadena. 

Si la reacción se deja continuar, como en una bomba atómica, el calor y la energía se disipan en una explosión. En cambio, en un reactor hay Barras de protección que funcionan como "Red de protección" para los protones, así no golpean a otros átomos. el calor producido en la reacción controlada se usa para calentar agua, la cual mueve turbinas de vapor, las cuales generan la electricidad.

Historia De La Energía Nuclear

La Energía Nuclear, desde sus inicios, ha concitado el interés y la atención de la humanidad. Para la mayoría de las personas existe una triste asociación entre energía nuclear y la bomba atómica, lo que ha generado temor, desconfianza y sobre todo desconocimiento sobre el amplio espectro de las aplicaciones pacíficas de este tipo de energía.

Muchos científicos a lo largo de la historia permitieron el desarrollo del conocimiento, la experimentación y las aplicaciones prácticas de la energía nuclear. Ya a finales de siglo XIX se habían iniciado una serie de investigaciones que sentarían las bases de esta ciencia, tales el descubrimiento de los rayos X, el descubrimiento del electrón y el descubrimiento del fenómeno de la radiactividad, realizado por Becquerel en forma accidental, sin dejar de mencionar el arduo trabajo desarrollado por el matrimonio de Marie y Piere Curie, respecto del estudio de las sustancias radiactivas y el descubrimiento de los elementos Polonio y Radio.

Fue en 1939, cuando Lisa Meitner y Otto Hahn descubrieron que mediante un neutrón se podía dividir un núcleo atómico de Uranio, liberando una gran cantidad de energía en el proceso, fenómeno que hoy en día conocemos como la fisión nuclear. Este descubrimiento permitió que en 1942 Enrico Fermi obtuviera la primera reacción nuclear controlada, en el primer reactor nuclear que se construyó para estos fines: “La Pila Atómica de Fermi”.

Recién a finales de 1950 comienza la utilización práctica de esta energía, mediante el uso de reactores nucleares para producir energía eléctrica. Los inicios del desarrollo nuclear chileno se remontan a esta década. Es así como, en 1954 se crea el Grupo de Física Nuclear en el Departamento de Física de la Universidad de Chile, donde se adquirió un acelerador de partículas, que tuvo utilidad para la investigación y la formación de recursos humanos hasta bien entrado el siglo XX. Posteriormente, el 14 de septiembre de 1955, el Dr. Eduardo Cruz Coke Lassabe presentó al Senado de la República un Proyecto de Ley referente a las nuevas energías que Chile podría disponer en un futuro cercano.

La Fusión Nuclear

Artículos principales: Fusión nuclear, Ciclo CNO y Cadena protón-protón.
En física nuclear, fusión nuclear es el proceso por el cual varios núcleos atómicos de carga similar se unen y forman un núcleo más pesado. Simultáneamente se libera o absorbe una cantidad enorme de energía, que permite a la materia entrar en un estado plasmático. La fusión de dos núcleos de menor masa que el hierro (en este elemento y en el níquel ocurre la mayor energía de enlace nuclear por nucleón) libera energía en general. Por el contrario, la fusión de núcleos más pesados que el hierro absorbe energía. 

En el proceso inverso, la fisión nuclear, estos fenómenos suceden en sentidos opuestos. Hasta el principio del s.XX no se entendió la forma en que se generaba energía en el interior de las estrellas para contrarrestar el colapso gravitatorio de estas. 

No existía reacción química con la potencia suficiente y la fisión tampoco era capaz. En 1938 Hans Bethe logró explicarlo mediante reacciones de fusión, con el ciclo CNO, para estrellas muy pesadas. Posteriormente se descubrió el ciclo protón-protón para estrellas de menor masa, como el Sol.

Fisión

Distribución típica de las masas de los productos de fisión. La gráfica representa el caso del uranio 235.

Fermi, tras el descubrimiento del neutrón, realizó una serie de experimentos en los que bombardeaba distintos núcleos con estas nuevas partículas. En estos experimentos observó que cuando utilizaba neutrones de energías bajas, en ocasiones el neutrón era absorbido emitiéndose fotones.

Para averiguar el comportamiento de esta reacción repitió el experimento sistemáticamente en todos los elementos de la tabla periódica. Así descubrió nuevos elementos radiactivos, pero al llegar al uranio obtuvo resultados distintos. Lise Meitner, Otto Hahn y Fritz Strassmann consiguieron explicar el nuevo fenómeno al suponer que el núcleo de uranio al capturar el neutrón se escindía en dos partes de masas aproximadamente iguales. De hecho detectaron bario, de masa aproximadamente la mitad que la del uranio. Posteriormente se averiguó que esa escisión (o fisión) no se daba en todos los isotopos del uranio, sino solo en el 235U. Y más tarde aún, se supo que esa escisión podía dar lugar a muchísimos elementos distintos, cuya distribución de aparición es muy típica (similar a la doble joroba de un camello).

Fusión

Proceso de fusión entre un núcleo de deuterio y uno de tritio. Es la opción más adecuada para ser llevada a cabo en un reactor nuclear de fusión.
Así como la fisión es un fenómeno que aparece en la corteza terrestre de forma natural (si bien con una frecuencia pequeña), la fusión es absolutamente artificial en nuestro entorno. Sin embargo, esta energía posee ventajas con respecto a la fisión. Por un lado el combustible es abundante y fácil de conseguir, y por otro, sus productos son elementos estables y ligeros.

En la fusión, al contrario que en la fisión donde se dividen los núcleos, la reacción consiste en la unión de dos o más núcleos ligeros. Esta unión da lugar a un núcleo más pesado que los usados inicialmente y a neutrones. La fusión se consiguió antes incluso de comprender completamente las condiciones que se necesitaban, limitándose a conseguir condiciones extremas de presión y temperatura usando una bomba de fisión. Pero no es hasta que Lawson define unos criterios de tiempo, densidad y temperatura mínimos 6 cuando se comienza a comprender el funcionamiento de la fusión.