Energía nuclear

Te explicamos qué es la energía nuclear y cómo se obtiene. Además, para qué sirve, ventajas, desventajas y algunos ejemplos.

¿Qué es la energía nuclear?

La energía nuclear o energía atómica es la resultante de las reacciones que ocurren en los núcleos atómicos o entre ellos, es decir, es la energía liberada en las reacciones nucleares. Estas reacciones pueden ocurrir de manera espontánea o artificial.

Las reacciones nucleares son procesos de combinación o fragmentación de los núcleos de los átomos y partículas subatómicas. Los núcleos atómicos pueden combinarse o fragmentarse, de manera que liberan o absorben grandes cantidades de energía en el proceso. Cuando los núcleos se fragmentan, el proceso se conoce como fisión nuclear, y cuando se combinan se denomina fusión nuclear.

La fisión nuclear ocurre cuando un núcleo atómico pesado es fragmentado en varios núcleos de menor peso, pudiendo también producir neutrones libres, fotones y fragmentos del núcleo. La fusión nuclear ocurre cuando varios núcleos atómicos con cargas similares se combinan para formar un nuevo núcleo de mayor peso. Estas reacciones ocurren en los núcleos de los átomos de ciertos isótopos de elementos químicos como el uranio (U) o el hidrógeno (H).

La gran cantidad de energía involucrada en las reacciones nucleares se debe fundamentalmente a que parte de la masa de las partículas que reaccionan se convierte en energía de manera directa. Este proceso fue argumentado por el físico alemán Albert Einstein mediante el planteo de su ecuación:

E = mc²

Donde:

Como se puede ver, la ecuación planteada por Einstein relaciona la masa y la energía.

La energía liberada en las reacciones nucleares puede ser empleada para la generación de electricidad en las centrales termonucleares, en medicina nuclear, en la industria, en la minería, en la arqueología y en muchas otras aplicaciones.

Su principal utilización está en la generación de energía eléctrica, donde la energía nuclear se usa para calentar grandes volúmenes de agua o para generar gases, cuya energía calórica se utiliza luego para mover grandes turbinas que producen electricidad.

El uso controlado de la energía nuclear se emplea con fines benéficos. Es una fuente de energía muy importante pero también, lamentablemente, se usa con fines bélicos para la producción de armas nucleares de destrucción masiva.

Ver también: Energías alternativas

¿Cómo se obtiene la energía nuclear?

La energía nuclear se obtiene como resultado de la reacción nuclear en determinados núcleos atómicos de ciertos elementos químicos. Algunos de los procesos para obtener energía nuclear más importantes son la fisión del isótopo uranio-235 (²³⁵U) del elemento uranio (U) y la fusión de los isótopos deuterio-tritio (²H-³H) del elemento hidrógeno (H), aunque también se puede obtener energía nuclear de reacciones nucleares en los isótopos torio-232 (²³²Th), plutonio-239 (²³⁹Pu), estroncio-90 (⁹⁰Sr) o polonio-210 (²¹⁰Po).

La fisión del uranio-235 (²³⁵U) es una reacción exotérmica, es decir, libera mucha energía. La energía liberada calienta el medio en que se encuentra ocurriendo la reacción, que podría ser agua, por ejemplo.

Para que ocurra la fisión, el isótopo ²³⁵U es bombardeado con neutrones libres (aunque también puede ser bombardeado con protones, otros núcleos o rayos gamma) cuya velocidad es muy controlada. De esta forma, un neutrón libre puede ser absorbido por el núcleo, lo que provoca su desestabilización y fragmentación, y genera otros núcleos más pequeños, neutrones libres, otras partículas subatómicas y grandes cantidades de energía. Es importante controlar la velocidad de los neutrones porque si es muy alta podrían simplemente chocar contra el núcleo o atravesarlo, y no serían absorbidos para producir la fisión.

Las partículas generadas como resultado de la fisión de un núcleo, pueden a su vez ser absorbidas por otros núcleos vecinos, que serán fisionados también, y las partículas que se generen producto de esta otra fisión, podrán, otra vez, ser absorbidas por otros núcleos, y así sucesivamente, produciendo lo que se conoce como: Reacción en cadena.

Las reacciones nucleares en cadena controladas tienen muchas aplicaciones con fines benéficos, como se mencionó anteriormente. Sin embargo, cuando la reacción en cadena es descontrolada, continúa hasta que no quede más material para fisionar, lo que ocurre en un corto tiempo. Este proceso descontrolado es el principio del funcionamiento de las bombas atómicas arrojadas por Estados Unidos sobre Japón en la Segunda Guerra Mundial.

Por otra parte, la fusión del par deuterio-tritio (²H-³H) es el proceso de fusión nuclear más simple que existe. Para que ocurra esta fusión es necesario lograr que se acerquen dos protones (uno proveniente del ²H y otro del ³H) de manera que las fuerzas de interacción nuclear fuerte (fuerzas que unen a los nucleones, es decir, a los protones y neutrones, y que deben superar a la fuerza de repulsión entre protones, pues poseen la misma carga) superen a las fuerzas de interacción electrostáticas, pues los protones tienen carga positiva, por lo que tienden a repelerse. Para lograrlo, se aplican determinadas presiones y descompresiones, así como temperaturas muy específicas. Este proceso de fusión produce un núcleo de ⁴He, un neutrón y gran cantidad de energía.

La fusión nuclear es un proceso que ocurre espontáneamente en las estrellas, por ejemplo, el Sol, pero que también se ha logrado generar artificialmente.

De forma general, las reacciones nucleares producen átomos inestables, que para estabilizarse emiten el exceso de energía al medio ambiente durante un tiempo determinado. A esta energía emitida se le llama radiación ionizante, que tiene energía suficiente para ionizar la materia que esté a su alrededor, razón por la que es una radiación extremadamente peligros para todas las formas de vida.

Ver también: Elemento químico

¿Para qué sirve la energía nuclear?

Los usos pacíficos de la energía nuclear son numerosos, no solo para la generación de electricidad (lo cual es ya de una importancia enorme en el mundo industrializado de hoy) sino además para la producción de energía calórica aprovechable y reconducible, o de energía mecánica, e incluso de formas de radiación ionizante aprovechable para esterilizar material médico o quirúrgico. También se usa para propulsar vehículos, como los submarinos atómicos.

Ventajas de la energía nuclear

Las ventajas de la energía nuclear son:

Poco contaminante. Siempre y cuando no haya accidentes y se disponga de manera adecuada de los residuos radiactivos, las centrales nucleares contaminan menos el ambiente que la quema de combustibles fósiles.
Segura. Siempre y cuando se cumplan los requisitos de seguridad, la energía nuclear puede ser confiable, constante y limpia.
Eficiente. Las cantidades de energía liberadas mediante este tipo de reacciones nucleares son masivas, en comparación con la cantidad de materia prima que demandan.
Versátil. La aplicación de la radiación y otras formas de energía nuclear en diversas áreas del saber humano, como la medicina, son importantes.

Desventajas de la energía nuclear

Las desventajas de la energía nuclear son:

Riesgosa. En casos de accidentes, como el ocurrido con el reactor nuclear de Chernóbil en la antigua Unión Soviética, la población civil e incluso la vida animal corren un alto peligro de contaminación radiactiva.
Desecho. Los subproductos radiactivos de las centrales nucleares son de difícil manejo y algunos tienen una vida media (tiempo que tarda un átomo radiactivo en desintegrarse) muy prolongada.
Costosa. La creación de centrales nucleares y el uso de esta tecnología suele ser muy costosa.

Características de la energía nuclear

A grandes rasgos, la energía nuclear es potente, eficaz, un verdadero logro del dominio humano sobre la física. Sin embargo, es también una tecnología riesgosa: luego de ver los desastres ocasionados por las bombas atómicas de Hiroshima y Nagasaki, o del accidente de Chernóbil en la URSS, se sabe que este tipo de tecnología representa un verdadero peligro para la vida en el planeta tal y como la conocemos.

Ejemplos de energía nuclear

Un ejemplo pacífico del uso de esta energía lo constituye cualquier central nuclear de electricidad, como la de Ikata, en Japón. Un ejemplo de su uso bélico fue el bombardeo de las ciudades japonesas de Hiroshima y Nagasaki en 1945 durante la Segunda Guerra Mundial.