OBTENCIÓN DE ENERGÍA NUCLEAR
Fisión:
La fisión nuclear consiste en la ruptura o escisión de un núcleo atómico (por lo general del uranio o el plutonio) en dos porciones de masa parecida, produciéndose gran cantidad de energía. El proyectil que más se utiliza para romper el núcleo atómico es el neutrón (ya que es neutro eléctricamente y no es desviado de su trayectoria). Es el utilizado actualmente en las centrales nucleares.
Para romper un átomo, se emplea un neutrón que se lanza contra el átomo a romper, por ejemplo, uranio, al chocar el neutrón, el átomo de uranio-235 se convierte en uranio-236 durante un brevísimo espacio de tiempo, pues tiene un neutrón más que es el que ha chocado con él, siendo este último átomo sumamente inestable, dividiéndose en dos átomos diferentes y más ligeros que el uranio-236 (por ejemplo, kriptón y bario; o xenón y estroncio), desprendiendo 2 ó 3 neutrones (los neutrones desprendidos dependen de los átomos obtenidos, nosotros tomamos como ejemplo 3 neutrones, pero puede que sólo se desprendan 2. En caso de obtener bario y kriptón, se desprenden 3 neutrones; mientras que si se obtiene xenón y estroncio, sólo se liberan 2 neutrones), y liberando energía. Estos 3 neutrones, vuelven a chocar con otros 3 átomos de uranio-235, liberando en total 9 neutrones, energía y otros dos átomos más ligeros, y así sucesivamente, generando de esta forma una reacción en cadena.
Como se puede comprobar, en cada reacción sucesiva, se rompen 3n-1 átomos, donde n es 1º, 2º, 3º, 4º, …, reacción. De esta forma, donde más energía se libera es al final, ya que se rompen gran cantidad de átomos, según la relación 3n-1, liberándose gran cantidad de energía.
En las centrales nucleares, el proceso que se controla es el final, ya que en ellas se genera energía de forma lenta, pues de lo contrario el reactor se convertiría en una bomba atómica, debido a que la mayor parte de la energía se libera al final, como hemos expuesto anteriormente. El proceso básico es el siguiente:
Las barras de uranio enriquecido al 4% con uranio-235 (recordamos que el uranio natural es el U-238, y el que es fisionable es el U-235, que es un 0.71% del uranio que se encuentra en la naturaleza, de ahí que sólo un pequeño porcentaje del uranio se aproveche y se requieran grandes cantidades de éste para obtener una cantidad significativa de U-235. El U-238 no es fisionable, ya que es un átomo estable, y al romperlo, no habría diferencia de masa y no se obtendría energía, cosa que con el U-235 sí se obtiene, al ser inestable). Se introducen en el reactor y comienza un proceso de fisión. En el proceso se desprende energía en forma de calor. Este calor calienta unas tuberías de agua y ésta se convierte en vapor, que pasa por unas turbinas haciéndolas girar. Éstas, a su vez, giran un generador eléctrico de una determinada potencia, generando así electricidad, al igual que con una dínamo de bicicleta, sólo que estas turbinas y el generador son muy grandes. Lógicamente, no se aprovecha toda la energía obtenida en la fisión y se pierde parte de ella en calor, resistencia de los conductores, vaporización del agua, etc. Los neutrones son controlados para que no explote el reactor mediante unas barras de control (generalmente, de carburo, de boro), que al introducirse, absorben neutrones y se disminuye el número de fisiones, con lo cual, dependiendo de cuántas barras de control se introduzcan, se generará más o menos energía. Normalmente, se introducen las barras de tal forma, que solo se produzca un neutrón por reacción de fisión, controlando de esta forma el proceso de fisión. Si todas las barras de control son introducidas, se absorben todos los neutrones, con lo cual se pararía el reactor. El reactor se refrigera, para que no se caliente demasiado y funda las protecciones, convirtiéndose en una bomba atómica, incluso cuando éste esté parado, ya que la radiación hace que el reactor permanezca caliente.
En el siguiente esquema, se muestra cómo trabaja una central nuclear, según lo explicado anteriormente:
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| PLANTA NUCLEAR |
Fusión:
en la fusión, dos núcleos pequeños se unen para formar otro mayor, liberándose en este proceso gran cantidad de energía . Por medio de dos núcleos ligeros se forma un núcleo pesado.
La fusión es un proceso natural en estrellas, produciéndose reacciones nucleares por fusión debido a la elevadísima temperatura de estas estrellas, que están compuestas principalmente por hidrógeno y helio. El hidrógeno, en condiciones normales de temperatura, se repele entre sí cuando intentas unirlo (fusionarlo) a otro átomo de hidrógeno, debido a su repulsión electrostática. Para vencer esta repulsión electrostática, el átomo de hidrógeno debe chocar violentamente contra otro átomo de hidrógeno, fusionándose y dando lugar al helio, que no es fusionable. La diferencia de masa entre el átomo obtenido y el original es mayor que en la fisión, liberándose así una gran cantidad de energía (muchísimo mayores que en la fisión). Estos choques violentos se consiguen con una elevada temperatura, que excita los átomos de hidrógeno y se mueven muy rápidamente, chocando unos contra otros.
La primera reacción de fusión realizada por el ser humano, tuvo origen militar, con una bomba termonuclear (o también llamada bomba-H o de hidrógeno), que para obtener la temperatura adecuada (casi la del Sol, unos 20 millones de grados centígrados), se utilizó una bomba atómica. Esta bomba termonuclear libera grandes cantidades de energía. Las bombas termonucleares actuales, alcanzan los 60 megatones (equivalente a 60 millones de toneladas de explosivo TNT), lo cual puede arrasar todo lo que haya en un radio de 40 ó 50 Kilómetros a la redonda, eso sin incluir la radiación electromagnética y la onda expansiva, así como la lluvia ácida.