La energía nuclear es la energía que se libera espontánea o artificialmente en las reacciones nucleares. Se puede obtener por el proceso de Fisión Nuclear (división de núcleos atómicos pesados) o bien por Fusión Nuclear (unión de núcleos atómicos muy livianos).
En las reacciones nucleares se libera una gran cantidad de energía debido a que parte de la masa de las partículas involucradas en el proceso, se transforma directamente en energía. Lo anterior se puede explicar basándose en la relación Masa-Energía producto de la genialidad del gran físico Albert Einstein.Con relación a la liberación de energía, una reacción nuclear es un millar de veces más energética que una reacción química, por ejemplo la generada por la combustión del combustible fósil del metano.
UN POCO DE HISTORIA
Cinco siglos antes de Cristo, los filósofos griegos se preguntaban si la materia podía ser dividida indefinidamente o si llegaría a un punto que tales partículas fueran indivisibles. Es así, como Demócrito formula la teoría de que la materia se compone de partículas indivisibles, a las que llamó átomos (del griego átomos, indivisible).
En 1803 el químico inglés John Dalton propone una nueva teoría sobre la constitución de la materia. Según Dalton toda la materia se podía dividir en dos grandes grupos: los elementos y los compuestos. Los elementos estarían constituidos por unidades fundamentales, que en honor a Demócrito, Dalton denominó átomos. Los compuestos se constituirían de moléculas, cuya estructura viene dada por la unión de átomos en proporciones definidas y constantes. La teoría de Dalton seguía considerando el hecho de que los átomos eran partículas indivisibles.
Hacia finales del siglo XIX, se descubrió que los átomos no son indivisibles, pues se componen de varios tipos de partículas elementales. La primera en ser descubierta fue el electrón en el año 1897 por el investigador Sir Joseph Thomson, quién recibió el Premio Nobel de Física en 1906. Posteriormente, Hantaro Nagaoka (1865-1950) durante sus trabajos realizados en Tokio, propone su teoría según la cual los electrones girarían en órbitas alrededor de un cuerpo central cargado positivamente, al igual que los planetas alrededor del Sol. Hoy día sabemos que la carga positiva del átomo se concentra en un denso núcleo muy pequeño, en cuyo alrededor giran los electrones.
El núcleo del átomo se descubre gracias a los trabajos realizados en la Universidad de Manchester, bajo la dirección de Ernest Rutherford entre los años 1909 a 1911. El experimento utilizado consistía en dirigir un haz de partículas de cierta energía contra una plancha metálica delgada, de las probabilidades que tal barrera desviara la trayectoria de las partículas, se dedujo la distribución de la carga eléctrica al interior de los átomos.
¿DÓNDE SE UTILIZA LA ENERGÍA NUCLEAR?
Existen varias disciplinas y técnicas que usan como base la energía nuclear y van desde la generación de electricidad en las centrales nucleares, energía térmica y mecánica, hasta las técnicas de análisis de datación arqueológica (arqueometría nuclear) y la medicina nuclear usada en los hospitales.
ENERGIA TERMICA Y MECANICA A PARTIR DE LA ENERGIA NUCLEAR
Con la utilización de generadores termoeléctricos de radioisótopos, se aprovechan los distintos modos de desintegración para generar electricidad en sistemas de termopares a partir del calor transferido por una fuente radioactiva.
La energía desprendida en esos procesos nucleares suele aparecer en forma de partículas subatómicas en movimiento. Esas partículas, al frenarse en la materia que las rodea, producen energía térmica.Esta energía térmica se transforma en energía mecánica utilizando motores de combustión externa, como las turbinas de vapor.
VENTAJAS DE LA ENERGIA NUCLEAR
La energía nuclear genera un tercio de la energía eléctrica que se produce en la Unión Europea, evitando así la emisión de 700 millones de toneladas de dióxido de carbono por año a la atmósfera.
Previene la contaminación y la degradación del medio ambiente debido al uso de los combustibles fósiles.
El calor sobrante producido por las centrales térmicas puede utilizarse para la calefacción de edificios cercanos.
CENTRAL NUCLEAR
Es una instalación industrial empleada para la generación de energía eléctrica a partir de energía nuclear. Se caracteriza por el empleo de combustible nuclear compuesto básicamente de material fisionable que mediante reacciones nucleares proporciona calor, que a su vez es empleado a través de un ciclo termodinámico convencional para producir el movimiento de alternadores que transforman el trabajo mecánico en energía eléctrica.
El núcleo de un reactor nuclear consta de un contenedor o vasija en cuyo interior se albergan bloques de un material aislante de la radioactividad, comúnmente se trata de grafito o de hormigón relleno de combustible nuclear formado por material fisible (uranio-235 o plutonio-239). En el proceso se establece una reacción sostenida y moderada gracias al empleo de elementos auxiliares que absorben el exceso de neutrones liberados manteniendo bajo control la reacción en cadena del material radiactivo; a otros estos elementos se les denominan moderadores.
ALMACENAMIENTO DE LOS RESIDUOS RADIACTIVOS
Con los adelantos tecnológicos y la experiencia en el uso de las centrales nucleares, la seguridad es cada vez mayor, pero un problema de muy difícil solución permanece, que es el almacenamiento a largo plazo de los residuos radiactivos que se generan en las centrales, bien sea en el funcionamiento habitual o en el desmantelamiento, cuando la central ya ha cumplido su ciclo de vida y debe ser cerrada.
Los residuos radiactivos se pueden clasificar según sus características físicas y químicas y por su actividad. Clasificándolos por su actividad tenemos: residuos nucleares de alta, media y baja actividad.
Los residuos nucleares de alta actividad, por tener una concentración de radio nucleídos son tomados en cuenta para la generación térmica durante su almacenamiento y evacuación. Este tipo de residuos se obtiene principalmente del tratamiento y acondicionamiento del combustible gastado.
Los residuos nucleares de media actividad se generan por radio nucleídos liberados en el proceso de fisión (el que actualmente se utiliza en las centrales de energía nuclear) en cantidades pequeñas, muy inferiores a las consideradas peligrosas para la seguridad y la protección de las personas. Con un tratamiento se separan los elementos radioactivos que contienen en estos subproductos y los residuos resultantes se depositan en bidones de acero solidificándolos con alquitrán, resinas o cemento.
Los residuos nucleares de baja actividad radiactiva (ropas, herramientas, entre otros) se prensan y se mezclan con hormigón formando un bloque sólido. Al igual que en el caso anterior éstos también se introducen en bidones de acero.
USOS Y BENEFICIOS DE LA ENERGÍA NUCLEAR
A través del uso de la energía nuclear, se pueden desarrollar radiofármacos como el MIBI, el DIPA y el Semario 153-EDTMP, un paliativo para el dolor por metástasis ósea, en pacientes con cáncer.
Del mismo modo se pueden efectuar radioinmunoanálisis (RIA) con lo que se miden las hormonas peptídicas y no peptídicas, así como sustancias no hormonales que pueden considerarse como antígenos. Otra aplicación importante es el uso de radioisótopos para el control de calidad.
En cuanto a la ganadería, con la técnica de RIA en el ganado bovino se puede optimizar el proceso de reproducción, al identificar el momento preciso para el apareamiento, también se pueden desarrollar radio vacunas para la prevención de enfermedades.
Para la construcción se puede medir el nivel de compactación de los suelos a través de medidores de humedad y densidad, técnica utilizada también para proyectar aeropuertos.
La irradiación en alimentos evita el uso de sustancias tóxicas y cancerígenas. Con dosis medias se logra extender su vida útil, eliminar microorganismos patógenos y, con dosis altas, se logra la esterilización.
En puertos y fronteras, este tipo de energía se utiliza para el escaneo por medio de rayos gamma de los contenedores, gracias a lo cual se han descubierto personas escondidas en los mismos.
En la industria petrolera, permite medir la cantidad de petróleo, agua, vapor y capa de sedimentos en separadores de petróleo, usando la técnica de neutrones retro dispersados.
En la industria textil, se trata la lana cruda para eliminar sus parásitos y en la joyería se irradian piedras preciosas como el Topacio para cambiar su color.
En la medicina, se utilizan los Ciclotrones que son aceleradores de protones, con lo que se mide con precisión el tamaño de tumores.
En la medicina también tiene su uso, en las emisiones de radiación (para diagnóstico y terapia), como los rayos X y resonancias magnéticas; radiofármacos, que principalmente consiste en la introducción de sustancias al cuerpo, que pueden ser monitoreadas desde el exterior.
En la agricultura, las técnicas radio isotópicas y de radiaciones, se pueden usar para crear productos con modificación genética, como por ejemplo dar mayor color a alguna fruta o aumentar su tamaño.
