LA ENERGÍA

NUCLEAR

LA ENERGÍA NUCLEAR Cuando en una reacción nuclear (reacción en la que intervienen los núcleos atómicos), la masa de los reactivos (núcleos y partículas que reaccionan) es mayor la de los productos de la reacción, la pérdida de masa se convierte en energía que se desprende en forma de calor según la relación de Eisntein:

E = m*c2 Donde “c” es la velocidad de la luz (3*108m/s)

Según esto, 1Kg de masa se convierte en 9*1016J. Si se expresa la masa en unidades de masa atómica (masa de 1/12 del átomo de carbono 12 = 1,6605*10-27Kg) y la energía en megaelectronvoltios (1 millón de veces la energía adquirida por un electrón cuando se somete a una diferencia de potencial de 1V = 1,602*10-13 J), 1 u se convierte en 931,2 MeV.

EL ÁTOMO El átomo es la parte indivisible de un elemento químico. El número atómico (Z) indica el número de protones que tiene en su núcleo. Todos los átomos de un elemento químico tienen el mismo número atómico.

El número másico (A) indica el número de nucleones del núcleo (protones + neutrones). Los átomos de un mismo elementos químico pueden tener distinto número másico al tener en su núcleo distinto número de neutrones.

AZX

Los átomos de un mismo elemento químico (con el mismo número atómico Z) pero con distinto número másico A se llaman isótopos de ese elemento. Por ejemplo: el número atómico del uranio es 92, pero existen isótopos distintos de este elemento: 233U, 235U, 238U.

ANTECEDENTES HISTÓRICOS•En 1895 el físico alemán Roentgen descubrió por casualidad una radiación invisible, más penetrante que la ultravioleta a la que llamó rayos X, dada su naturaleza desconocida.

•En 1896 el físico y premio Nóbel francés Henri Becquerel, descubrió por accidente el fenómeno de la radiactividad en el transcurso de su investigación sobre la fluorescencia. Tras colocar sales de uranio en una placa fotográfica en una zona oscura, Becquerel comprobó que la placa se había ennegrecido. Esto demuestra que el uranio debe emitir su propia energía, a la que posteriormente se denominó radiactividad.

•Marie y Pierre Curie, matrimonio de físicos franceses premiados con el Nóbel, iniciaron una investigación sistemática de este tipo de radiaciones, llegando a la conclusión de que este era un fenómeno

ligado a los núcleos atómicos de algunos elementos como el uranio a los que denominaron radiactivos. Durante la investigación midieron en ciertos minerales radiaciones de es tipo superiores a las del uranio por lo que sospecharon que existían elementos más radiactivos que este. En 1898 anunciaron el descubrimiento del polonio y el radio.

•En 1899 el físico británico Ernest Rutherford identificó los tres componentes principales de este tipo de radiaciones:

- Radiación alfa. Constituida por núcleos de helio (4He), es poco penetrante, siendo absorbida por una hoja de papel o por la misma piel del cuerpo humano.

- Radiación beta. Constituida por electrones ( -1

0e), que es más penetrante que la anterior, siendo necesaria para detenerla una lámina metálica de algunos mm o una plancha de madera de algunos cm.

- Radiación gamma. No es material, sino radiación electromagnética de gran poder de penetración, siendo necesario para detenerla una lámina gruesa de plomo o una pared de hormigón.

El estudio de la radiación llevó a este físico a determinar la estructura del átomo, ya que comprobó que al bombardear una lámina de oro con partículas alfa (positivas), algunas de ellas rebotaban, llegando a la conclusión de que el átomo estaba formado por un núcleo denso cargado positivamente alrededor del cual giraban los electrones.

•En 1919 ya se sabía que determinados núcleos atómicos existentes en la naturaleza (uranio, radio, polonio, etc), se desintegraban espontáneamente y se convertían en otros núcleos, emitiendo en el proceso partículas y β y radiación γ (radiactividad natural)•Rutherford y sus colaboradores llevaron a cabo en ese año transformaciones de este tipo de manera artificial. Por ejemplo, bombardeando nitrógeno con partículas , obtuvieron oxígeno y protones. Todas estas reacciones se llamaron reacciones nucleares y siempre se cumple que la suma de los números atómicos y másicos de los miembros de la ecuación es la misma:

•147N + 4

2He 178O + 1

1H

•En 1934, Irene Curie y su esposo F. Joliot (físicos franceses premiados con el Nóbel), al bombardear aluminio con partículas , obtuvieron un isótopo de fósforo que no existía en la naturaleza y era radiactivo, es decir, se descomponía espontáneamente (radiactividad artificial). En los procesos de radiactividad artificial, además de partículas , β y radiación γ, se emitían también portones (1

1H), neutrones (10n),

positrones (01e), etc.

•En 1938 el físico alemán Otto Hand, bombardeó uranio con neutrones lentos con el objeto de obtener núcleos de elementos de número atómico superior al del uranio, pero lo que ocurrió es que los núcleos de una de las variedades isotópicas presentes en el uranio (el 235U) se hacía inestable y se dividía en dos núcleos más ligeros, produciendo una tremenda liberación de energía y desprendimiento de más neutrones (fisión nuclear)•En diciembre de 1942, en la Universidad de Chicago (Estados Unidos), el físico italiano Enrico Fermi logró producir la primera reacción nuclear de fisión en cadena. •A partir de 1944, en Estados Unidos, se empezaron a construir los primeros reactores nucleares a gran escala para fabricar material para armas.•En 1945 se detona la primera bomba atómica experimental en Nuevo Méjico.•En 1979 se produce el peor accidente sufrido por un reactor nuclear en EEUU en la central de Three Mile Island, en Pensilvania.•En 1983, en España se decreta la moratoria nuclear.•En 1986 tiene lugar el peor accidente nuclear de la historia en Chernóbill (Ucrania).

REACCIONES NUCLEARES DE INTERÉS ENERGÉTICO

Los dos tipos de reacciones de interés para el aprovechamiento energético, tanto con fines pacíficos como militares, son la fisión de átomos pesados y la fusión de átomos ligeros.

La fisión se emplea con fines pacíficos para producir energía eléctrica, propulsar barcos y submarinos y producción de radioisótopos con aplicaciones en Medicina, Química e Industria. También con fines militares (Bombas A)

La fusión, aunque tiene lugar de forma natural en las estrellas, está en fase experimental y aún no se ha podido aprovechar con fines pacíficos, aunque sí con fines militares (Bombas H)

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LA FISIÓN COMO FUENTE DE ENERGÍA

El aprovechamiento de la fisión nuclear con fines prácticos, consiste en fragmentar núcleos pesados y extraer la energía que se libera como consecuencia de una pérdida de masa.

Al bombardear un núcleo de 235U con un neutrón lento, se produce la fisión, liberándose un promedio de 2,5 neutrones y 200MeV, es decir: 18,7 millones de Kwxh por cada Kg de 235U fisionado. Esta energía que se desprende en forma de calor es del orden de varios millones de veces la que se libera en la combustión de 1 Kg de carbón.

10n + 235

92U 14055Cs + 93

37Rb + 3 10n + 200MeV

Para que este proceso se pueda aprovechar hay que tener en cuenta lo siguiente:

•El uranio que se obtiene en la naturaleza es mayoritariamente 238U no fisionable y solo contiene una proporción del 0,71% de 235U. Para su uso como combustible debe ser enriquecido hasta alcanzar una proporción de 235U en torno al 3%. Para ello, el mineral se concentra mediante trituración y se transporta a una planta de conversión, donde el uranio se transforma en gas hexafluoruro de uranio (UF6). En una planta de enriquecimiento isotópico por difusión, el gas se hace pasar a presión por una barrera porosa. Las moléculas que contienen uranio 235, más ligeras, atraviesan la barrera con más facilidad que las que contienen uranio 238. El uranio que atraviesa la barrera porosa tiene mayor proporción de 235

•Existe la posibilidad de que la reacción se verifique en cadena, es decir, los neutrones desprendidos provocan fisión en otros núcleos siendo el número de fisiones cada vez mayor. Si la reacción en cadena no se controla, transcurrirá con violencia explosiva.•Los neutrones desprendidos van demasiado rápido y es improbable que produzcan nuevas fisiones dada la baja concentración de uranio 235, por lo que será necesario frenarlos.•Los neutrones desprendidos pueden: - Escapar sin producir fisión. - Ser absorbidos por impurezas. - Ser absorbidos por núcleos de uranio 238. - Fisionar núcleos de uranio 235. Por eso, para que se mantenga la reacción es necesaria una masa mínima de material fisionable masa crítica (1 a 2Kg)

•Por último, para que se produzca la reacción en cadena es necesario que el número de neutrones producidos sea mayor o igual que la suma de los que se absorben más los que se pierden, es decir que el factor de multiplicación K de la reacción debe ser igual o superior a 1:

- Si K > 1 la reacción será supercrítica, e irá en aumento.

- Si K < 1 la reacción será subcrítica, e irá disminuyendo.

- Si K = 1 la reacción es estacionaria y se mantiene.

EL REACTOR: ELEMENTOS COMPONENTES

El reactor es el dispositivo donde tiene lugar la reacción en cadena y se extrae la energía liberada.

La parte central es el núcleo, que contiene el material combustible y los elementos necesarios para producir y controlar la reacción: el moderador y las barras de control.•El combustible, que puede ser uranio, óxido de uranio o plutonio, se prepara en forma de pastillas de 1cm y se introduce en vainas metálicas resistentes a la corrosión. Estas barras se introducen en el núcleo.•Estas barras, junto con la fuente de neutrones que inicia la reacción, están inmersas en el material moderador, que puede ser: agua ordinaria, agua pesada, grafito o berilio. Su misión es frenar a los neutrones para que produzcan fisión

EL REACTOR: ELEMENTOS COMPONENTES

•Las barras de control, de boro o cadmio, son capturadoras de neutrones y sirven para regular el factor K de multiplicación de la reacción. Se introducen más o menos en el reactor según se desee que la reacción aumente o disminuya o incluso que se detenga totalmente.•El calor desprendido es absorbido por un fluido refrigerante, que puede ser: agua ordinaria, agua pesada, gas (CO2) o un metal líquido (sodio).•Rodeando al núcleo, para evitar la fuga de neutrones, suele haber un reflector constituido por material moderador.•Por último, para evitar fugas radiactivas, el reactor está rodeado de un blindaje mediante una o varias paredes gruesas de hormigón armado y acero.

CLASIFICIACIÓN DE REACTORES En función de su uso, los reactores nucleares pueden ser:

1.-Reactores de producción de potencia: los que se utilizan para generar electricidad.

2.-Reactores de investigación: los que se utilizan para llevar a cabo ensayos y experimentos y para la producción de radioisótopos que tienen aplicaciones en medicina (localización de tumores, destrucción de células y tejidos malignos…), la industria (detección de fugas, medida de niveles y espesores…), etc

3.-Reactores reproductores: los que transforman material fértil en fisionable. El 235U es el único isótopo natural fisionable. El 239Pu y el 233U se obtienen artificialmente a partir del 238U y el 232Th y también son fisionables. En este tipo de reactores se busca fomentar la absorción de un neutrón por parte del 238U (material fértil) para obtener 239Pu que puede usarse como combustible o para la fabricación de cabezas nucleares.

REACTORES DE PRODUCCIÓN DE POTENCIA Se clasifican según el tipo de combustible, el moderador y el refrigerante que utilizan. Los más utilizados son:•Los reactores LWR (reactor de agua ligera). Utilizan como combustible uranio enriquecido y como refrigerante y moderador agua ligera. Hay dos variedades el PWR (de agua a presión) y BWR (de agua en ebullición).•Los reactores GCR (reactor refrigerado por gas). Utilizan uranio natural como combustible; CO2, helio o aire como refrigerante y agua ligera como moderador. •Reactores rápidos autorregenerativos son de aplicación más reciente. Se llaman rápidos porque no tienen moderador. El refrigerante es sodio líquido. El combustible es plutonio y uranio natural. Cuando se produce la fisión del plutonio, algunos neutrones desprendidos (en torno a 1,3 por fisión), son capturados por el 238U que se transforma en 239Pu, por lo que este tipo de reactores producen más combustible del que consumen. En 20 años se produce tanto combustible como para cargar otro reactor similar

LA CENTRAL NUCLEAR La central nuclear es la instalación donde la energía nuclear se transforma en energía eléctrica.

En el reactor se desprende energía en forma de calor que es absorbida por un refrigerante que produce vapor de agua para mover las turbinas. A partir de aquí el funcionamiento y los elementos componentes son los mismos que en una central térmica convencional.

Las centrales más extendidas son las que utilizan reactores de agua ligera (LWR). En las de agua a presión (PWR), el calor es absorbido en el núcleo del reactor por el agua del circuito primario de refrigeración que se mantiene en estado líquido porque está a una presión elevada (150atms y 325 ºC). A continuación cede este calor en el evaporador por el que pasa otro circuito de agua (circuito secundario), que se vaporiza y va hacia las turbinas

ANIMACIÓN

En las de agua en ebullición (BWR), el calor es absorbido en el núcleo del reactor por el agua de un único circuito de refrigeración. El agua se vaporiza y se dirige a las turbinas. Tiene como ventaja con respecto a la anterior que, al no tener generador de vapor y tener un solo circuito, tiene mayor rendimiento. Pero en este caso, el vapor que llega a las turbinas es radiactivo.

Hay que considerar también en la central:

•La sala de control, que permite el seguimiento del proceso y la puesta en marcha de los dispositivos de regulación y de seguridad•Los blindajes de hormigón armado y acero que encierran el reactor y el generador de vapor.•El blindaje del edificio de contención (de hormigón armado de uno o varios metros de espesor.•El almacén de combustible gastado•Las turbinas•El condensador.•El circuito de refrigeración que puede ser abierto o cerrado ( con torre de refrigeración)•Las bombas.

VENTAJAS E INCONVENIENTESVentajas

•Se produce mucha energía y de forma muy regular y barata.•Se necesita poco combustible, es prácticamente inagotable.•No produce contaminación en la atmósfera.•Reduce la dependencia energética de países con escasos recursos naturales.

Inconvenientes•Peligro de fuga radiactiva.•Necesidad de complejos y costosos sistemas de seguridad.•La gestión de los residuos, que son radiactivos y algunos de ellos, activos durante cientos o miles de años.•La puesta en marcha o el desmantelamiento de una central nuclear requiere inversiones muy elevadas.•Bajo rendimiento del combustible, salvo en el caso de reactores autorregenerativos.

ASPECTOS MEDIOAMBIENTALES Desde el punto de vista medioambiental, los aspectos más destacables son:•La ausencia de emisiones contaminantes y de la necesidad de oxígeno atmosférico.•El escaso volumen de combustible necesario y la posibilidad de reciclarlo, hace que el impacto de la minería del uranio no sea significativo.•La necesidad de almacenar los residuos radiactivos (combustible gastado, componentes de centrales desmanteladas, ropa, herramienta, deshechos líquidos…)•Posibilidad de emisiones radiactivas nocivas para personas, animales y plantas.•Impacto paisajístico de la central.•La emisión de vapor de agua por la torre de refrigeración puede modificar el microclima del entorno.•El vertido de agua caliente a través de los circuitos de refrigeración, altera el ecosistema de ríos, lagos, etc.

GESTIÓN DE RESIDUOS RADIACTIVOS Uno de los dos problemas fundamentales que plantea el uso de la energía nuclear es, junto con el riesgo de fuga radiactiva, la gestión de los residuos. Residuos radiactivos son aquellos que contienen radioisótopos en una proporción superior a la admitida por la legislación vigente. Pueden ser sólidos, líquidos y gaseosos. La mayor parte proceden de centrales nucleares, pero también se originan en centros de investigación, aparatos clínicos, barcos y submarinos nucleares, procesos industriales. Se clasifican en:•De baja y media radiactividad: con periodos de semidesin- tegración inferiores a 30 años y no producen calor.•De alta radiactividad: con periodos de semidesintegración superiores a 30 años y producen calor.

Los residuos de baja y media radiactividad, ropa, líquidos, herramientas y otros procedentes del desmantelamiento de centrales, se solidifican o compactan y se mezclan con hormigón. A continuación se introducen en contenedores de hormigón y se inyecta mortero en los huecos. Por último se entierran en un emplazamiento acondicionado para ello, que sea geológicamente estable, con capas sucesivas de terreno impermeable y terreno de drenaje.

Los residuos de alta radiactividad (combustible gastado), se almacenan temporalmente en las propias centrales en piscinas de hormigón llenas de agua. Allí permanecen un tiempo para enfriarse y reducir su actividad lo necesario para facilitar su transporte. A continuación son llevados a fábricas de reprocesamiento o se dejan en almacenamientos temporales a base de contenedores o bóvedas de hormigón. En las plantas de reprocesamiento se recuperan el 239Pu y el 238U para ser usados como combustible de reactores rápidos y autorregenerativos. La trasmutación consiste en separar los radioisótopos de vida larga y convertirlos mediante reacciones nucleares artificiales, en radioisótopos de vida corta. Está en fase experimental. El almacenamiento definitivo del combustible gastado o de los residuos del reprocesamiento o de la transmutación (etapa de gestión final), está en fase de investigación y aún no se ha resuelto, aunque sería en emplazamientos subterráneos geológicamente estables.

CICLO DEL COMBUSTIBLE NUCLEAR

ALMACENAMIENTO TEMPORAL DE BÓVEDAS

SEGURIDAD DE LAS INSTALACIONES La utilización de la energía nuclear de fisión entraña una serie de riesgos de los que los fundamentales son:1.- Riesgo de explosión nuclear: es bastante improbable y aún no se ha producido ningún caso.2.- Fuga radiactiva: no son normales, las medidas de seguridad son extremas, aún así a ocurrido algún caso como consecuencia de deficiencias en las barreras de seguridad. (En la central de Chernobil no había edificio de contención de hormigón)3.- Exposición a radiaciones: una fuga radiactiva o una exposición prolongada puede provocar en el organismo de los seres vivos mutaciones, malformaciones, muertes… Sin embargo, la radiactividad recibida por el hombre como consecuencia de vivir cerca de una central nuclear es solo del 0,1% del total que recibe. El 54% lo recibe del entorno (elementos radiactivos existentes en la tierra), el 15% es radiación cósmica, el 20% de los alimentos que ingiere (que tienen disueltos elementos radiactivos de baja actividad como el potasio y el carbono 14) y el 11% restante de otras fuentes artificiales tales como aparatos electrónicos o radiografías.

En un reactor en funcionamiento, la mayor fuente de radiactividad, con diferencia, son los elementos de combustible. Una serie de barreras impide que los productos de fisión pasen a la biosfera durante el funcionamiento normal. El combustible está en el interior de tubos resistentes a la corrosión. Las gruesas paredes de acero del sistema de refrigeración primario forman una segunda barrera. El propio agua de refrigeración absorbe parte de los isótopos biológicamente importantes, como el yodo. El edificio de acero y hormigón supone una tercera barrera.

Las principales preocupaciones se centran en la liberación de productos radiactivos causada por accidentes en los que se ve afectado el combustible y fallan los dispositivos de seguridad. El principal peligro para la integridad del combustible es un accidente de pérdida de refrigerante, en el que el combustible resulta dañado o incluso se funde. Los productos de fisión pasan al refrigerante, y si se rompe el sistema de refrigeración, los productos de fisión penetran en el edificio del reactor.

Los sistemas de los reactores emplean una compleja instrumentación para vigilar constantemente su situación y controlar los sistemas de seguridad empleados para desconectar el reactor en circunstancias anómalas. Algunos reactores incluye sistemas de seguridad de refuerzo que inyectan boro en el refrigerante para absorber neutrones y detener la reacción en cadena, con lo que la desconexión está aún más garantizada. En los reactores de agua ligera, el refrigerante está sometido a una presión elevada. En caso de que se produjera una rotura importante en una tubería, gran parte del refrigerante se convertiría en vapor, y el núcleo dejaría de estar refrigerado. Para evitar una pérdida total de refrigeración del núcleo, los reactores están dotados con sistemas de emergencia para refrigeración del núcleo, que empiezan a funcionar automáticamente en cuanto se pierde presión en el circuito primario de refrigeración. En caso de que se produzca una fuga de vapor al edificio de contención desde una tubería rota del circuito primario de refrigeración, se ponen en marcha refrigeradores por aspersión para condensar el vapor y evitar un peligroso aumento de la presión en el edificio

Aparte de los reactores, en la mayoría de las fases del ciclo de combustible nuclear pueden existir riesgos radiológicos. • Hay gases contaminantes en las minas de uranio.• Las operaciones de extracción y trituración del mineral producen grandes cantidades de material que contiene bajas concentraciones de uranio. Estos residuos tienen que ser conservados en fosas impermeables y cubiertos por una capa de tierra de gran espesor.• Las plantas de enriquecimiento de uranio y de fabricación de combustible contienen grandes cantidades de hexafluoruro de uranio (UF6), un gas corrosivo. Sin embargo, el riesgo radiológico es menor, y las precauciones habituales que se toman con las sustancias químicas peligrosas bastan para garantizar la seguridad.• Por último cabe considerar las precauciones que se toman en el manejo y almacenamiento del combustible gastado y los residuos procedentes de desmantelamientos.

ACCIDENTES NUCLEARES Cabe destacar, por su repercusión los siguientes:

•El de Three Mile Island de 1979, en Pennsylvania (Estados Unidos). Una válvula defectuosa llevó a una pérdida de refrigerante. El sistema de emergencia para enfriamiento del núcleo se desconectó como consecuencia de un error humano. El núcleo se dañó y se liberaron productos de fisión volátiles. Una pequeña parte de los gases radiactivos salió del edificio de contención. Aunque el aumento de los niveles de radiación no fue significativo, los daños costaron más de 1.000 millones de dólares.•El de Chernóbil de 1986 (Ucrania). Según la versión oficial, unas pruebas no autorizadas llevaron a uno de los cuatro reactores de la central fuera de control. Se produjeron dos explosiones, la tapa del reactor saltó por los aires y el núcleo se inflamó y ardió a una temperatura de 1.500 °C. En este caso, se liberaron gran cantidad de productos altamente radiactivos que salieran al exterior al no existir edificio de contención. Fue necesario construir un sarcófago de hormigón alrededor del reactor siniestrado. Murieron muchas personas, otras muchas enfermaron, muchos niños nacieron años más tarde enfermos o con malformaciones y, un área muy importante en torno a la central, quedó contaminada. Una nube radiactiva se extendió por toda Europa. La central siguió funcionando hasta el diciembre del año 2000.

LA ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓN EN EL MUNDO Y EN ESPAÑA

En el año 2006, en todo el mundo había un total de 443 centrales nucleares con una potencia instalada de 370.000 MW eléctricos y otras 26 en construcción con 21.000 MW. Estas centrales producían el 17% de la energía eléctrica total.

Por número de centrales destacan: EEUU (104), Francia (59), Japón (56), Rusia (31) y Reino Unido (23); y por porcentaje de producción eléctrica sobre el total: Francia (78%), Lituania (72%), Bélgica (55%), Eslovaquia (55%), Suecia (51%) y Ucrania (51%).

La tendencia actual es a un ligero aumento, aunque en algunos países el debate en torno a la seguridad ha hecho que se plantee la búsqueda de fuentes de energía alternativas.

En España, en 1983 el Gobierno decretó la moratoria nuclear que significó la parada de algunas centrales, como la de Vandellós I, la no construcción de otras proyectadas e incluso, alguna ya construida, no llegó funcionar.

En el año 2006 fue desconectada de la red la única central que, hasta el momento, ha agotado su vida útil en nuestro país: la de José Cabrera, en Guadalajara, que era la más antigua (1968) y la más pequeña (160 MW). Actualmente se está procediendo a su desmantelamiento.

En la actualidad existen 8 reactores nucleares en funcionamiento, aunque se está planteando el cierre de Santa Mª de Garoña (Burgos) (466 MW), la segunda en antigüedad (1971). No hay ninguna en construcción.

La potencia instalada es de unos 7.500 MW y, en el año 2006, la producción de electricidad fue del 23% del total. La tendencia es a disminuir por la incorporación de energías renovables

En cuanto a los residuos nucleares producidos en nuestro país, los de baja y media radiactividad, se almacenan en el centro de almacenamiento de El Cabril (Córdoba), totalmente automatizado. Los de alta radiactividad (combustible gastado), se almacenan temporalmente en las propias centrales (sistemas de almacenamiento temporal), aunque su volumen no es muy elevado (160 t/año).

La explotación de las minas de uranio y la planta de concentración de Andújar (Jaén) están clausuradas, desmanteladas y restauradas. No existen fábricas de reprocesamiento de combustible gastado.

FUSIÓN NUCLEAR En la segunda mitad del siglo XIX, ya se sabía que la edad de La Tierra era, como mínimo, de varias decenas de millones de años. Si se aceptaba que la edad del Sol era como mínimo la edad de La Tierra y teniendo en cuenta el ritmo al que derramaba su energía no era posible que esta procediese de la combustión de un combustible de los conocidos en la época. De haber sido así la actividad solar no se hubiera mantenido mas allá de 1.500 años.

Cuando en 1929 se estudiaron las radiaciones procedentes del Sol y se vio que este estaba compuesto, en su mayor parte de hidrógeno (81,76%) seguido de Helio (18,17%), se comprendió que la energía provenía de la pérdida de masa resultante de la reacción:

4H1 He4

La fusión nuclear consiste en la unión de núcleos ligeros para formar otro más complejo, teniendo lugar la reacción con desprendimiento de una cantidad de energía mucho mayor que la obtenida por fisión.

Actualmente, las reacciones de fusión (termonucleares) que liberan mayor cantidad de energía, son las que tienen lugar entre núcleos de hidrógeno; concretamente entre sus isótopos de Deuterio (H2) y Tritio (H3), para formar helio.

Se ha comprobado que la formación de un átomo-gramo de helio (4 gr de He), desprende una energía de unos 342.000 KWh

H2 + H3 He4 + 3,2 MeV + n1 + 14 MeV

El aprovechamiento práctico de las reacciones de fusión tropieza con varios inconvenientes que se están tratando de resolver:

1.- Para lograr que los núcleos que reaccionan venzan las enormes fuerzas de repulsión electrostática y se fusionen, será necesario acelerarlos a velocidades muy elevadas, lo que se consigue calentándolos a temperaturas del orden de 108 ºC o más.

2.- A temperaturas por encima de 105 ºC, todos los átomos están ionizados (han perdido sus electrones corticales). Tendremos un gas formado por átomos con carga positiva y electrones libres (plasma). Si el plasma toca un recipiente se enfriará rápidamente y además, el recipiente se volatizará instantáneamente.

Actualmente se ensayan dos métodos para contener el plasma:1.- Mediante confinamiento magnético (reactor Tokamak). Originario de la URSS (1960), consiste en una cámara de forma toroidal provista de unos electrománes que establecen un campo magnético 100.000 superior al de La Tierra, que mantiene al plasma levitando (flotando). A continuación se induce en el plasma una corriente eléctrica de varios millones de amperios para aumentar su temperatura.2.- Mediante confinamiento inercial: se emplea un rayo láser muy potente que comprime las partículas hasta alcanzar una densidad 10.000 veces la del agua. Esto provoca que se originen pequeñas explosiones termonucleares.

Hasta el momento no se ha conseguido obtener energía neta, es decir más energía de la que se consume en el proceso.

MÁQUINA DE CÁMARA TOROIDAL (reactor tokamak)

Además de ser una fuente ilimitada de energía, si se consiguiera controlar la fusión, se obtendrían las siguientes ventajas:

•Una fuente ilimitada de combustible, el deuterio procedente de los océanos. Aunque su abundancia no supere el 0,02% de los isótopos de hidrógeno, el hidrógeno es el más abundante en el Universo con mucha diferencia.•Imposibilidad de un accidente en el reactor, ya que la cantidad de combustible en el sistema es muy pequeña•Residuos mucho menos radiactivos, de vida corta y más sencillos de manejar que los procedentes de sistemas de fisión.

FUTURO DE LA ENERGÍA NUCLEAR El futuro de la energía nuclear está sometido a debate en muchos países del mundo.

Los argumentos a favor son:•Que no provoca contaminación.•Que es prácticamente inagotable, ya que los reactores de cuarta generación (autorregenerativos) y la transmutación permitirían aprovechar casi el 100% del uranio natural asegurando unas reservas para miles de años.•Que disminuye la dependencia energética de los combustibles fósiles.•Que se produce mucha energía y el volumen de combustible es reducido.

Los argumentos en contra son:•La gestión de los residuos radiactivos: aunque su volumen no es muy importante, algunos radioisótopos mantendrán su actividad durante miles, incluso millones de años.•El problema de la seguridad: fuga radiactiva por avería, por catástrofe natural o por ataque terrorista y la posibilidad de utilización o sustracción de material radiactivo de forma incontrolada para la fabricación de armamento.

El futuro de la energía de fisión dependerá de:•El agotamiento de los combustibles fósiles y su precio.•La necesidad de reducir las emisiones contaminantes•El desarrollo de energías alternativas.•La necesidad de los países desarrollados de reducir su dependencia energética.

La aplicación de los reactores autorregenerativos (de 4ª generación), que está en fase experimental y la posibilidad de la transmutación de los isótopos radiactivos, reduciría enormemente el volumen de residuos a cantidades poco significativas. Estos residuos se llevarían a unos emplazamientos definitivos que están en fase de proyecto (almacenamientos geológicos profundos) En cuanto al problema de la seguridad, la explosión nuclear es improbable (no se ha producido ninguna) y las fugas radiactivas de importancia tampoco son probables con los actuales sistemas de seguridad: blindajes cada vez más gruesos (varias barreras de acero y hormigón de uno o varios metros), sistemas de control y de emergencia en los que no interviene el hombre, sino las inquebrantables leyes de la física (P.ej. caída de agua por gravedad), limitación de las plantas de enriquecimiento y reprocesamiento de combustible a unos pocos países, etc En cualquier caso, la seguridad nunca estará garantizada al 100%.

Por otro lado, a pesar del desarrollo de energías alternativas, siempre será necesaria una fuente que genere energía de forma masiva y regular. Por ese motivo, teniendo en cuenta los problemas que plantea el uso de los combustibles fósiles (agotamiento y contaminación) y, mientras no se pueda aplicar la fusión con fines prácticos, será difícil prescindir de la fisión.

La estructura energética ideal de un país (mix energético) debería incluir fuentes diversas de producción propia y no contaminantes, pero además fuentes de energía que aseguren el suministro. En este sentido, hoy por hoy en la mayoría de los países desarrollados es necesario adoptar una solución de compromiso entre los combustibles fósiles o la energía nuclear o ambos.