20 preguntas sobre energía nuclear

¿Qué diferencia hay entre fusión y fisión? ¿Qué ventajas e inconvenientes tiene esta fuente de energía? Respondemos a 20 preguntas frecuentes sobre energía nuclear.

 

1. Antes de comenzar, ¿qué es la energía?

La energía es una propiedad de la materia que se rige por unos principios de conservación; es decir, que se mantiene invariable. En el universo, observamos que la energía se mantiene constante en la homogeneidad del espacio tiempo, y existen cuatro fuerzas fundamentales por las que se rigen las interacciones entre partículas: la gravedad, el electromagnetismo, la energía nuclear débil y la energía nuclear fuerte. En este artículo, vamos a centrarnos en esta última.

 

 

 

2. ¿Qué es la energía nuclear? 

La energía nuclear es la responsable de mantener unidas las partículas subatómicas, y de darles estabilidad. El átomo, que es la unidad básica de la que está formada toda materia, está a su vez compuesta por partículas más pequeñas. Los protones y neutrones, en su núcleo; y los electrones, que lo rodean.

Cuando medimos la masa del núcleo de un átomo de cualquier elemento, por ejemplo, el oro, podemos calcular su masa sumando estos protones y neutrones. Pero, cuando obtenemos su masa experimentalmente, observamos que es ligeramente menor a la que habíamos calculado. ¿Por qué? Hay algo que no estábamos teniendo en cuenta en nuestra suma. Parte de la masa de este núcleo existe en forma de la energía, que sirve para mantener unidas a las partículas subatómicas y conservar su estabilidad.

La fuerza que mantiene unidos a los protones y neutrones en el núcleo de un átomo es lo que conocemos como energía nuclear, y es la misma que se libera durante un proceso de fusión o de fisión.

Esta noción, la de que la masa está relacionada con la energía, nos la proporcionó la ecuación más famosa del siglo XX, desarrollada por Albert Einstein: E=mc2; es decir, energía es igual a la masa por la velocidad de la luz al cuadrado.

 

3. ¿Cuál es la diferencia entre fisión y fusión?

Seguro que has oído hablar de ambos términos, y es frecuente que se confundan o que sus diferencias no queden claras. Ambos son procesos físicos que liberan esta energía nuclear, pero difieren en el proceso por el que se logra. Explicamos cada uno de estos procesos a continuación.

 

4. ¿Cómo se obtiene la energía nuclear?

La fisión (separación, desintegración, división) de un núcleo atómico se produce por el bombardeo con otros neutrones. Esto da como resultado la ‘rotura’ del núcleo en dos o más núcleos más pequeños. En esta división también se liberan neutrones, que pueden bombardear a su vez a más núcleos atómicos cercanos y repetir el proceso. Esta última es la que se conoce como reacción en cadena.

Por su parte, la fusión (unión, anexión) es el proceso más o menos contrario: a temperaturas elevadísimas, se realiza la unión de dos o más núcleos ligeros para dar lugar a átomos más pesados. Esta reacción es la que ocurre en nuestro Sol, que fusiona átomos de hidrógeno de manera ininterrumpida para producir helio; la energía desencadenada en el proceso es lo que en la Tierra nos llega en forma de luz y calor.

 

5. ¿Por qué no utilizamos la fusión nuclear?

La fusión nuclear, como mencionábamos, es solo posible si calentamos los núcleos atómicos a unas temperaturas casi imposibles de lograr sobre la Tierra, equivalentes a las del interior del Sol, donde se produce la fusión: cientos de millones de grados centígrados.

 

Una planta nuclear emitiendo vapor de agua a la atmósfera./iStock 

 

6. ¿Qué son las centrales nucleares?

Las centrales nucleares son grandes complejos donde se sitúan los reactores nucleares, en cuyo interior se produce esta reacción física que da lugar a la energía nuclear.

Aunque hay varias maneras de desencadenar una reacción nuclear, la que se produce en el interior de la mayor parte de los reactores nucleares consiste en calentar agua. Para que la energía nuclear experimentara su mayor momento de expansión como fuente de energía, en los años 70, se produjo una intensa investigación para dar con la manera más eficiente de obtener reacciones nucleares controladas. La más popular fue la del reactor de agua ligera.

 

7. ¿Cómo funciona un reactor nuclear?

En un reactor de agua ligera, se calienta agua usando una reacción nuclear en cadena (y lo más importante, controlada), mediante fisión. Esta reacción calienta el agua, que se encuentra en una cámara separada y sin contacto con la cámara secundaria. Aquí encontramos generadores de vapor, turbinas… y otros elementos que transportan la energía. Al final, esta se dirige a un alternador y, posteriormente, a un transformador, que consigue la tensión necesaria para generar energía eléctrica.

 

8. ¿Cuántos tipos de reactores existen?

Los reactores nucleares se clasifican de acuerdo a la velocidad de los neutrones que producen las reacciones de fisión. Lo más comunes son los reactores de agua ligera, de agua a presión, de agua en ebullición, y de grafito-gas; este último utiliza grafito como moderador y CO2 como refrigerante.

 

9. ¿Cuántas centrales nucleares hay en el mundo? 

Según Foro Nuclear, actualmente hay operativos 448 reactores en el mundo, que producen alrededor del 11,5% de la electricidad mundial.

Concretamente en España hay 7 reactores nucleares operativos: Almaraz I y II (Cáceres), Ascó I y II (Tarragona), Cofrentes (Valencia), Trillo (Guadalajara) y Vandellós II (Tarragona), una fábrica de combustible nuclear de Juzbado (Salamanca) y un centro de almacenamiento de residuos radiactivos en El Cabril (Córdoba).

Además, según los datos más recientes del Organismo Internacional de Energía Atómica de Naciones Unidas: China, India, Rusia, Corea del Sur, Finlandia y Francia están en construcción de otras 58 plantas nucleares.

En Europa, Francia es el país que más apuesta por la energía nuclear, dado que ya el 73% de la electricidad que produce es de origen nuclear.

 

 

Ilustracion de un reactor nuclear. La cámara primaria, donde se realiza la fisión, en naranja./iStock 

 

10. ¿Qué son los combustibles nucleares?

La energía nuclear produce varios millones de veces más de energía que cualquier otra reacción física. Pero, para producir esta vasta cantidad de energía, necesitamos elementos muy pesados, como el uranio 235. Cuando más pesado e inestable es un elemento, mayor es la energía liberada.

Los combustibles nucleares más utilizados son el uranio y el plutonio. Por otra parte, los isótopos (núcleos simples) utilizados para bombardear a los núcleos de uranio y plutonio durante el proceso de fisión son el tirito (muy tóxico y muy caro) y el deuterio (presente en el agua).

 

11. ¿Es la energía nuclear una energía limpia?

A mediados del siglo XX, la idea de utilizar la energía nuclear como fuente de energía renovable, barata y eficiente entusiasmó tanto a la comunidad científica como a los países y grandes centrales de energía. No obstante, no todo son ventajas. El gran problema de la energía nuclear son los residuos y la forma de almacenarlos.

 

12. ¿Qué son los residuos nucleares y por qué son peligrosos?

Cuando se produce fisión nuclear los núcleos más pequeños en que se ha desintegrado nuestro átomo de uranio o de plutonio quedan inutilizados. Hay formas de reutilizar estos núcleos para volver a producir reacciones nucleares en ellos, en un proceso conocido como reprocesamiento; pero para ello se necesitaría un tipo distinto de reactor nuclear, y por el momento no disponemos de esta tecnología. Estos núcleos restantes son lo que conocemos como residuos nucleares.

Los residuos nucleares son peligrosos porque son altamente radiactivos. Si bien en dosis bajas la radiactividad no ha de ser peligrosa, una exposición a altos niveles, y además prolongada, está asociada a mutaciones genéticas (alteraciones en el ADN, la información que contienen nuestras células).

Toda la materia que nos rodea emite radiación, incluso los nosotros mismos; de hecho, la radiación de origen natural es la responsable del 87% de la dosis total que recibe el ser humano. No obstante, todavía no estamos seguros de cómo afectan altas dosis de radiactividad en los seres vivientes.

Además, los residuos nucleares pueden ocasionar un daño ambiental, por ejemplo, la contaminación de aguas subterráneas.  

 

 

Bidones de residuos nucleares./iStock 

 

13. ¿Cómo se almacenan los residuos nucleares?

Los residuos nucleares van perdiendo su nocividad con el paso de los años… demasiados. Un residuo nuclear puede mantener su toxicidad durante varios miles de años. 

Por ello, los residuos se blindan y almacenan en lugares seguros: grandes piscinas, en las que el agua enfría los residuos; o en bidones, que se colocan en almacenes blindados, con hormigón, y enterrados bajo capas de tierra. Pero los almacenajes no se olvidan, sino que tienen un tiempo de vigilancia que puede durar desde los 60 hasta los 300 años. Además, el almacenamiento en estas estructuras suele ser muy costoso.

 

14. ¿Por qué no enviamos los residuos nucleares al espacio?

Ante el problema del almacenamiento de residuos, muchas personas han ofrecido ideas originales y alternativas, y una de ellas es una solución que, a priori, parece lógica: ¿Por qué no enviamos en vehículos espaciales los residuos nucleares fuera de la Tierra?

La respuesta es sencilla: por responsabilidad y seguridad. La manipulación tan compleja de estos inestables residuos, combinada con la utilización de cohetes, aumentaría el riesgo de que se produjese un accidente nuclear con consecuencias nefastas para el planeta.

 

15. ¿Por qué se producen los accidentes nucleares?

Los accidentes nucleares más graves de la historia se produjeron en 1957, en una planta de almacenamiento rusa, cerca de Kyshtym; y en 1986, en la planta de Chernóbil.

Cuando se han producido accidentes de este tipo, han sido provocados por una pérdida de control del proceso de fisión, pudiendo provocarse explosiones de hidrógeno y escapes de radiactividad. Por ello, es imprescindible realizar un buen mantenimiento de la central, y seguir estrictas normas de seguridad.

Un escape de radiactividad puede dejar todo un área de cientos de kilómetros a la redonda inhabilitado para la vida.

Otro accidente nuclear, catalogado como tal por la Agencia Internacional de Energía Atómica, se produjo en 2011 en Fukushima. Esta vez, estuvo originado por causas naturales, debido a un maremoto que afectó a la central nuclear. Pese a que las causas no fueron humanas, el incidente produjo una liberación significativa de material radiactivo al medio ambiente.

 

 

16. ¿Es eficiente la energía nuclear?

Aproximadamente un 10% de la energía que utiliza el ser humano para llevar a cabo sus actividades proviene de la fisión nuclear.

Aunque hemos hablado de  contaminación, sus ventajas respecto a otros tipos de fuentes de energía es que lo que se produce con energía nuclear es energía que se deja de producir mediante combustibles mucho más nocivos para el planeta, y la salud del ser humano.

Pese a que los residuos nucleares son altamente tóxicos, estos son almacenados en lugares lo más seguros posible. En cambio, la polución derivada de la quema de combustibles fósiles es liberada directamente en la atmósfera, contribuyendo a una aceleración progresiva del cambio climático, además de ser causante de un gran problema de salud pública.

En 2018, un estudio de la revista European Heart Journal reveló que solo en Europa 800.000 personas mueren prematuramente debido a la contaminación del aire.

Por otra parte, otro estudio de 2013 elaborado por el Instituto de Estudios Espaciales NASA Goddard y el Instituto de la Tierra de la Universidad de Columbia reveló que la energía nuclear global ha prevenido una media de 1,84 millones de muertes relacionadas con la contaminación del aire; además de evitar 64 gigatoneladas de emisiones de gases de efecto invernadero que hubieran resultado de la quema de combustibles fósiles.

 

17. ¿Qué usos tiene la energía nuclear?

El descubrimiento de las poderosas reacciones físicas de la energía nuclear tuvo unos inicios muy poco favorecedores. Esta tecnología se usó para fabricar la bomba atómica, el arma más poderosa y destructiva que se conoce. 

Después del lanzamiento de las dos colosales bombas en el verano de 1945 sobre las poblaciones de Hiroshima y Nagasaki, se acordó un tratado internacional que limitaba el uso militar de la energía nuclear, y se consideró su increíble poder para tener un potencial pacífico; es decir, para generar energía de manera eficiente y barata.

La ciencia de la energía nuclear, además, se desarrolló con usos mucho más provechosos, por ejemplo, en Medicina, como método de radiodiagnóstico, investigación, e incluso terapia.

 

 

18. ¿Qué ventajas tiene la fusión respecto a la fisión?

La fusión es un proceso nuclear que genera muchos menos residuos radiactivos que la fisión. Además, en el supuesto de una reacción fuera de control o una fuga, el plasma se expandiría y se enfriaría con el tiempo, con lo que no provocaría una peligrosa explosión.

 

19. ¿Cuándo vamos a poder disponer de energía por fusión?

La fusión nuclear ocurre de manera natural e ininterrumpida en el interior de nuestro Sol. ¿Podríamos construir una estrella artificial y de pequeño tamaño en la Tierra, para poder emular esta fuente de energía, eficiente y con residuos mínimos? Para ello, necesitaríamos reactores capaces de alcanzar  temperaturas tan altas como la de nuestro Sol.

Ya existen reactores capaces de generar enormes temperaturas, como el REIT (Reactor Experimental Internacional Termonuclear), en Francia. Otro tipo de reactor capaz de conseguir esto es el de confinamiento inercias, que utiliza pulsos de láseres super-potentes. No obstante, este tipo de reactores todavía son experimentales y la tecnología es aún demasiado cara.

 

 

 

20. ¿Qué es la transformación energética?

Los combustibles fósiles (carbón y petróleo) son el resultado de materia orgánica prensada y modificada químicamente durante millones de años, conservada bajo la tierra, y que hoy utilizamos para generar energía mediante más procesos químicos que produce su quema.

Sin embargo, además de la vasta contaminación que produce la atmósfera y sus letales consecuencias, los combustibles fósiles son limitados. Es decir, no son una energía renovable, dado que la cantidad de reservas del planeta es finita.

La alternativa más clara son las fuentes de energía como la eólica, o la solar; no obstante éstas todavía presentan limitaciones, especialmente debido a que no son lo bastante eficientes como para cubrir una tasa de abastecimiento considerable.

 

 Debido a los evidentes problemas de los combustibles fósiles, la transformación energética es una paulatina sustitución de estas fuentes de energía por otras más limpias, renovables y eficientes.

La energía nuclear es una fuente de energía altamente eficiente, pero aún presenta inconvenientes, principalmente derivados del almacenamiento de sus recursos, que deben ser abordados. No obstante, como hemos visto, la energía nuclear de fusión parece la alternativa ideal a estas problemáticas, pese a que su consecución todavía es muy cara, y aún seguiría produciendo residuos radiactivos, aunque a menor escala.

Para muchos, fomentar que los países amplíen el abastecimiento a través de fuentes nucleares por fisión resuelva momentáneamente el problema de los combustibles fósiles, y también el de la eficiencia; pero seguimos teniendo el grave inconveniente de los residuos nucleares. 

Existen varias alternativas: detener el avance de la energía nuclear hasta investigar nuevas formas de almacenamiento de residuos mucho más eficientes; o asumir el riesgo en favor de una reducción de los gases de efecto invernadero, al menos, por un periodo limitado, hasta desarrollar eficazmente la energía por fusión, en el que el almacenamiento de sus residuos sea asumible para el planeta.

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Laura Marcos

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