¿Cómo se produce la energía nuclear?

La energía nuclear se puede obtener de dos formas: por fusión nuclear y por fisión nuclear.

¿Qué es la fisión nuclear?

La fisión nuclear es la reacción en la que el núcleo de un átomo pesado, al capturar un neutrón incidente, se divide en dos o más núcleos de átomos más ligeros, llamados productos de fisión, emitiendo en el proceso neutrones, rayos gamma y grandes cantidades de energía.

El núcleo que captura el neutrón incidente se vuelve inestable y, como consecuencia, se produce su escisión en fragmentos más ligeros dando lugar a una situación de mayor estabilidad. Además de estos productos, en la reacción de fisión se producen varios neutrones que al incidir sobre otros núcleos fisionables desencadenan más reacciones de fisión que a su vez generan más neutrones. Este efecto multiplicador se conoce como reacción en cadena.

Por ejemplo, cuando un neutrón golpea el núcleo de un átomo de uranio 235, este se divide en un núcleo de bario, un núcleo de criptón y dos o tres neutrones. Estos neutrones adicionales golpearán otros átomos de uranio 235 colindantes, que también se dividirán y generarán, a su vez, más neutrones en un efecto multiplicador, desatando así una reacción en cadena en una fracción de segundo.

Cada vez que se produce esta reacción se libera energía en forma de calor y radiación. Ese calor puede transformarse en electricidad en una central nuclear, en un proceso similar al que se emplea para generar electricidad a partir del calor de combustibles fósiles como el carbón, el gas y el petróleo.

¿Qué es la fusión nuclear?

La fusión nuclear es una reacción nuclear en la que dos núcleos de átomos ligeros, en general el hidrógeno y sus isótopos (deuterio y tritio), se unen para formar otro núcleo más pesado, generalmente liberando partículas en el proceso. Estas reacciones pueden absorber o liberar energía, según si la masa de los núcleos es mayor o menor que la del hierro, respectivamente.

Un ejemplo de reacciones de fusión son las que tienen lugar en el sol, en las que se produce la fusión de núcleos de hidrógeno para formar helio, liberando en el proceso una gran cantidad de energía en forma de radiación electromagnética, que alcanza la superficie terrestre y que percibimos como luz y calor.

¿Para qué sirve la energía nuclear?

El principal uso de la energía nuclear es la generación de energía eléctrica. 

Sin embargo, existen muchas otras aplicaciones en las que se usa la tecnología nuclear de una forma directa o indirecta.

Trabajando con diferentes isótopos de un mismo elemento, se puede utilizar la tecnología nuclear para otras aplicaciones en diversos campos.

Los principales usos de la energía nuclear son los siguientes:

1. Generación de electricidad

El uso más importante y conocido de la energía nuclear es la generación de electricidad en las centrales nucleares.

Después de la Segunda Guerra Mundial, se dió un nuevo uso a los reactores nucleares: generar electricidad a partir de la fisión nuclear de los átomos de uranio.

Una central nuclear es una instalación capaz de convertir la energía atómica contenida en los átomos de uranio para generar electricidad. El proceso para obtener esta conversión es el resultado de un proceso termodinámico y mecánico. El uranio es uno de los elementos de la tabla periódica de los elementos más inestables, por lo que resulta idóneo para este propósito.

En un primer momento, el reactor nuclear genera reacciones de fisión de los núcleos atómicos del uranio emitiendo una gran cantidad de energía térmica. Con toda esta energía calorífica se obtiene vapor a alta presión para accionar las turbinas de vapor de la central. De este modo, se obtiene energía mecánica para alimentar el generador eléctrico y convertir la energía cinética del eje en energía eléctrica

2. Procesos industriales

La tecnología nuclear adquiere una gran importancia en el sector industrial. En particular, se utiliza en: Desarrollo y mejora de los procesos, Mediciones, Automatización, Control de calidad. Se utiliza como requisito previo para la completa automatización de las líneas de producción de alta velocidad. Esta tecnología se aplica a la investigación de procesos, la mezcla, el mantenimiento y el estudio del desgaste y corrosión de instalaciones y maquinaria. La tecnología nuclear también se utiliza en la fabricación de plásticos y en la esterilización de productos de un solo uso.

3. Armamento militar y desarrollo de bombas atómicas

Un arma es un instrumento utilizado para atacar o defenderse. Las armas nucleares son aquellas armas que utilizan la tecnología nuclear.

El origen del desarrollo de la energía nuclear se produjo durante la Segunda Guerra Mundial con objetivos bélicos.

4. Medicina nuclear

Una de las aplicaciones de la energía nuclear más importantes después de la generación de electricidad es el uso para tratar y diagnosticar enfermedades: la medicina nuclear. 

Las radiaciones ionizantes permiten obtener imágenes del interior de los pacientes ayudando al diagnóstico de enfermedades. Estas radiaciones también se utilizan para tratar enfermedades como el cáncer ya que tienen la capacidad de destruir células tumorales.

5. Agricultura y control de plagas

La aplicación de los isótopos a la agricultura ha permitido aumentar la producción agrícola de los países menos desarrollados.

La tecnología nuclear resulta de gran utilidad en:

Control de plagas de insectos

Aprovechamiento máximo de los recursos hídricos

Mejora de las variedades de cultivo

Establecimiento de las condiciones necesarias para optimizar la eficacia de los fertilizantes y el agua.

6. Alimentación

En cuanto a la alimentación, las técnicas nucleares juegan un papel fundamental en la conservación de alimentos.

La aplicación de los isótopos permite aumentar considerablemente la conservación de los alimentos. En la actualidad, más de 35 países permiten la irradiación de algunos alimentos.

7. Medio ambiente

La aplicación de isótopos permite determinar las cantidades exactas de las sustancias contaminantes y lugares en que se presentan, así como sus causas.

Además, el tratamiento con haces de electrones permite reducir las consecuencias medioambientales y sanitarias del empleo a gran escala de combustibles fósiles

El uso de la energía nuclear contribuye de manera más efectiva que otras técnicas a resolver problemas como el efecto invernadero y la lluvia ácida.

8. Otros usos de la energía nuclear

La energía nuclear también se utiliza en la datación de elementos arqueológicos. Este proceso es posible gracias a las propiedades de fijación del isótopo carbono-14 a los huesos, maderas o residuos orgánicos.

También se utiliza en Geofísica y Geoquímica. Estas ciencias aprovechan los materiales radiactivos naturales para fijar las fechas de los depósitos de rocas, carbón o petróleo.

Otros usos de la tecnología nuclear se producen en disciplinas como la hidrología, la minería o la industria espacial.