Radioactividad

NUEVAS FORMAS DE ENERGÍA

Actualmente el mundo se encuentra en un periodo de crisis energética ya que la producción mundial de petróleo comenzó a disminuir y llegará un momento en que ya se habrá acabado, pero el problema está en que la demanda mundial de la energía cada día es más grande y por tanto cubrir esa demanda se volverá casi imposible.

Ante esta situación se han descubierto nuevas formas de energía que en un futuro no muy lejano podrían solucionar ese problema, estamos hablando de la fisión y la fusión nuclear.

¿QUÉ ES LA FISIÓN NUCLEAR?

La fisión nuclear consiste en la rotura de átomos “grandes”, es decir, de alto número másico, mediante el bombardeo con neutrones, dando lugar a dos o más núcleos de átomos “pequeños”, liberando gran cantidad de energía.

Muchos núcleos pesados pueden ser inducidos a desarrollar el fenómeno de la fisión pero solo el Uranio -235, Uranio-233 y Plutonio-239 tienen gran importancia.

El proceso de fisión del Uranio-235 es el más estudiado pues es el combustible de los reactores nucleares que producen electricidad.

El rompimiento del núcleo de Uranio puede producirse mediante el bombardeo con neutrones:

1n +235 U 142Ba +91 Kr + 3 1n

1n +235 U 137Te + 97Zr + 2 1n

En cualquiera de estos dos procesos la energía promedio liberada es de 3,5 x 10-11 J por núcleo esto es algo asi como 2 x 1013 J por cada 235 gramos de Uranio, esta energía es equivalente a la generada por la combustión de 250.000 toneladas de carbón.

Aunque la cantidad de energía liberada en la fisión del uranio-235 es extremadamente alta, la cantidad de neutrones producidos hace posible una reacción en cadena, es decir, una secuencia de reacciones auto sostenidas. Los neutrones producidos pueden inducir nuevas reacciones de fisión, propagando la reacción, pues mientras más fisiones ocurren más neutrones se liberan.

¿QUÉ ES LA FUSIÓN NUCLEAR?

La fusión es el proceso mediante el cual dos núcleos livianos se unen formando un solo núcleo hijo. La fusión nuclear al igual que la fisión libera gran cantidad de energía, pero tiene a su favor que los productos no son radiactivos.

Las reacciones de fusión ocurren generalmente el sol puesto que es ahí donde se dan todas las condiciones necesarias para una fusión, es decir, millones de grados Celsius. Acá la colisión de dos isótopos del hidrógeno genera helio con liberación de positrones:

1H + 1H 2H + 0e

1H +2 H 3He

3He + 3He 4He + 2 1H

3He + 1H 4He +0 e

¿QUÉ ES UN REACTOR NUCLEAR?

Es un dispositivo con el cual se lleva a cabo una reacción nuclear en cadena controlada. Gracias a ellos se pueden obtener energías, la producción de materiales fisionables, como el plutonio, los que son usados en armamento nuclear, la propulsión de buques o de satélites artificiales. Los reactores están ubicados dentro de una central nuclear, pues dentro de esta puede haber varios a la vez. Actualmente solo producen energía de forma comercial los reactores nucleares de fisión, aunque existen reactores nucleares de fusión pero son reservados netamente al área experimental.

Estructura de un Reactor Nuclear:

Los elementos generales de los reactores son:

Núcleo del Reactor: Es el lugar en donde se halla la vasija en donde tiene lugar la reacción de fisión. El mismo posee blindajes especiales para proteger de la radiactividad.

Moderador: Su función consiste en reducir la velocidad de los neutrones para lograr un proceso más eficiente. En muchos reactores se utiliza H2O como moderador. En otros se utiliza agua pesada (D2O) y en otros carbono grafito.

Barras de control: Se encargan de la captura de los neutrones permitiendo regular la cantidad de éstos y de esta forma controlar la reacción en cadena. Se utiliza Cadmio (Cd) o Boro (B).

Combustible nuclear: Consiste en Uranio-235 en forma de óxido (UO2) o Plutonio-239. Circuito de refrigeración que extrae la energía generada en el proceso de fisión el cual se utiliza para producir vapor de agua. Según el tipo de reactor se puede utilizar agua o gas (por ej. CO2).

Blindaje: Su función erradica cuando el reactor esté en operación, se genera gran cantidad de radiación. Es necesaria una protección para aislar a los trabajadores de la instalación de las radiaciones ocasionadas por los productos de fisión. Por ello se coloca un blindaje biológico alrededor del reactor para interceptar sus emisiones, como ejemplo de los materiales usados serian el hormigón, el agua, y el plomo.

Refrigerante: Es el elemento fundamental en el proceso: Agua, agua pesada, anhídrido carbónico, helio, sodio metálico: Conduce el calor generado hasta un intercambiador de calor, o bien directamente a la turbina generadora de energía eléctrica o propulsión.

TIPOS DE REACTOR

Reactor de Fisión Nuclear:

La fisión nuclear es la ruptura o fragmentación de un núcleo pesado cuando incide en él un neutrón “lento”, originándose como resultado 2 núcleos más ligeros y liberándose gran cantidad de energía. La potencia de un reactor de fisión puede variar desde unos pocos kW térmicos a unos 4500 MW térmicos (1500 MW "eléctricos"). Deben ser instalados en zonas cercanas al agua, como cualquier central térmica, para así de esta forma refrigerar el circuito, y debe en zonas sísmicamente estables para evitar accidentes (Chile queda totalmente descartado). No emiten gases que dañen la atmósfera pero producen residuos radiactivos que duran decenas de miles de años, y que deben ser almacenados para su posterior uso en reactores avanzados y así reducir su tiempo de vida a unos cuantos cientos de años.

Reactor de Fusión Nuclear:

Es una instalación destinada a la producción de energía mediante la fusión nuclear. Tras más de 60 años de investigación en este campo, se ha logrado mantener una reacción controlada, si bien aún no es energéticamente rentable. La gran traba está en soportar la enorme presión y temperatura que requiere una fusión nuclear (Lo que solo se da dentro del núcleo de una estrella). Además este proceso necesita una enorme inyección de energía

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