Física

Energía nuclear


Entre las principales formas de producción de electricidad en el mundo, la energía nuclear representa aproximadamente el 16% de esta electricidad. Sin embargo, hay algunos países que dependen más de la energía nuclear: mientras que en Brasil, por ejemplo, solo el 3% de la electricidad utilizada es producida por plantas nucleares, en Francia el 78% de la electricidad generada por ellas (datos de 2008).

En los Estados Unidos hay más de 100 centrales nucleares, aunque algunos estados usan este tipo de energía más que otros; mientras que en Brasil solo tenemos dos en funcionamiento: Angra 1 y Angra 2, con un tercero (Angra 3) instalado, todos los componentes de la Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto.

La pregunta principal es: como funcionan las plantas nucleares?

Para empezar, es importante definir qué es la energía nuclear. Es la energía liberada en la transformación de los núcleos atómicos. Básicamente, lo que sucede es la transformación de un núcleo atómico en varios otros núcleos más ligeros, o isótopos del mismo elemento.

El fisión nuclearSin embargo, las reacciones que consisten en romper un núcleo más pesado en uno más pequeño y más liviano después de una colisión de neutrones en el núcleo inicial son la base para la producción de energía en las centrales nucleares.

Como el uranio es un elemento ampliamente disponible en la Tierra, es el principal recurso utilizado en las reacciones nucleares de estas plantas. El uranio 238 (U-238), por ejemplo, que tiene una vida media de 4.500 millones de años, constituye el 99% del uranio del planeta; El uranio 235 (U-235) constituye solo el 0.7% del uranio restante y el uranio 234 (U-234), aún más raro, se forma por la descomposición del U-238.

Aunque menos abundante, el U-235 tiene una propiedad interesante que lo hace útil tanto para la producción de energía como para la producción de bombas nucleares: se descompone naturalmente, como el U-238, por radiación alfa y también se esponja espontáneamente en un pequeño intervalo de tiempo Sin embargo, el U-235 es un elemento que puede sufrir fisión inducidalo que significa que si un neutrón libre cruza su núcleo, será absorbido instantáneamente, volviéndose inestable y dividiéndose.

Consideremos, entonces, un neutrón que se acerca a un núcleo de U-235. Al capturar el neutrón, el núcleo se divide en dos átomos más ligeros y arroja de dos a tres neutrones; este número depende de cómo se haya dividido el uranio. Los dos átomos recién formados emiten radiación gamma de acuerdo con cómo encajan en sus nuevos estados.

La probabilidad de que se produzca una fisión inducida en un átomo de U-235 es muy alta: en un reactor que funciona correctamente, cada neutrón expulsado causa una nueva fisión. Además, la captura de neutrones y la posterior división del núcleo ocurren muy rápidamente a intervalos de 10-12s. Sin mencionar que un solo núcleo, al dividirse, libera una gran cantidad de energía, tanto en forma de calor como de radiación gamma. Esta producción de energía se rige por la conocida ecuación. E = mc2, debido a la diferencia de masa entre los productos de fisión y el átomo original.

Para que una muestra de uranio tenga las propiedades anteriores, debe enriquecerse para que contenga entre un 2% y un 3% más que U-235. El enriquecimiento del 3% es suficiente para su uso en un reactor nuclear que funciona en la producción de energía.