Energía nuclear
La energía nuclear es la que se libera al dividir o unir núcleos atómicos y se usa sobre todo para generar electricidad.
La energía nuclear es la energía almacenada en el núcleo de los átomos, que se libera cuando esos núcleos se dividen (fisión) o se unen (fusión). Es una fuente de enorme densidad energética: un gramo de uranio-235 que fisione por completo libera tanta energía como varias toneladas de carbón. Se aprovecha sobre todo para producir electricidad en centrales nucleares.
¿Qué es la energía nuclear?
Los protones y neutrones del núcleo se mantienen unidos por la fuerza nuclear fuerte. Si se mide con precisión la masa de un núcleo, resulta ser algo menor que la suma de las masas de sus partículas por separado. Esa diferencia, el defecto de masa, se corresponde con la energía de enlace del núcleo según la famosa ecuación de Einstein:
Con c = 3 × 10⁸ m/s, una pequeña masa equivale a una cantidad enorme de energía. Las reacciones nucleares transforman una pequeña fracción de masa en energía, millones de veces más que las reacciones químicas ordinarias, que solo reordenan átomos sin alterar sus núcleos.
Fisión nuclear
Consiste en dividir un núcleo pesado en dos más ligeros al bombardearlo con un neutrón. En los reactores comerciales se usa uranio enriquecido: el uranio natural contiene solo un 0,72 % de ²³⁵U, y se enriquece hasta un 3-5 % para el combustible. Una reacción típica es:
Los neutrones liberados pueden fisionar otros núcleos y provocar una reacción en cadena. En un reactor se controla con barras de control (que absorben neutrones) y un moderador, normalmente agua, que frena los neutrones.
Fusión nuclear
Consiste en unir núcleos ligeros para formar uno más pesado. Es la reacción que alimenta al Sol. La más estudiada en la Tierra es la del deuterio y el tritio, isótopos del hidrógeno:
Exige temperaturas de cientos de millones de grados, en las que la materia se encuentra en estado plasmático. Genera poco residuo radiactivo de larga vida, pero todavía no se ha logrado una central comercial; proyectos como ITER, en Cadarache (Francia), investigan su viabilidad.
Cómo funciona una central nuclear
- La fisión del combustible calienta el agua del circuito primario del reactor.
- Ese calor se transfiere (directamente o mediante un generador de vapor) para producir vapor de agua.
- El vapor mueve una turbina acoplada a un alternador, que genera electricidad.
- El vapor se condensa en un circuito de refrigeración y se reutiliza.
El reactor se encuentra dentro de un edificio de contención de hormigón y acero, diseñado para impedir fugas de radiactividad.
Ventajas y desventajas
| Ventajas | Inconvenientes |
|---|---|
| Producción continua de electricidad, independiente del clima | Residuos radiactivos de alta actividad que requieren gestión durante miles de años |
| Muy bajas emisiones de CO₂ durante la operación | Riesgo de accidentes graves, aunque poco probables |
| Gran cantidad de energía con poco combustible | Coste elevado y plazos largos de construcción |
| Menor dependencia de combustibles fósiles | Riesgo de proliferación de armas nucleares |
Accidentes y seguridad
Los accidentes más graves han sido Three Mile Island (Estados Unidos, 1979), Chernóbil (Ucrania, 1986) y Fukushima Daiichi (Japón, 2011). Tras ellos se reforzaron las normas de seguridad, las pruebas de resistencia y los planes de emergencia. Los residuos de baja y media actividad se almacenan en instalaciones de superficie, mientras que los de alta actividad se guardan temporalmente en piscinas y contenedores secos, a la espera de soluciones definitivas, como los almacenes geológicos profundos.
La energía nuclear en el mundo y en España
La energía nuclear aporta en torno al 9-10 % de la electricidad mundial. Países como Francia obtienen de ella la mayor parte de su electricidad. En España hay siete reactores en operación (Almaraz I y II, Ascó I y II, Cofrentes, Vandellós II y Trillo), que generan en torno a una quinta parte de la electricidad; su calendario de cierre escalonado, previsto entre 2027 y 2035, es objeto de debate.
Ejercicios resueltos
1. Comprueba que la reacción ²³⁵U + n → ¹⁴¹Ba + ⁹²Kr + 3 n conserva el número másico y el número atómico (U: Z = 92; Ba: Z = 56; Kr: Z = 36).
Número másico: 235 + 1 = 236 y 141 + 92 + 3 = 236. Número atómico: 92 = 56 + 36. Ambos se conservan.
2. ¿Qué energía equivale a la transformación total de 1 g de masa?
E = m·c² = 0,001 kg × (3 × 10⁸ m/s)² = 9 × 10¹³ J.
3. Cada fisión de un núcleo de ²³⁵U libera unos 200 MeV (1 MeV = 1,602 × 10⁻¹³ J). ¿Qué energía se obtiene al fisionar 1 g de ²³⁵U?
Energía por fisión = 200 × 1,602 × 10⁻¹³ = 3,2 × 10⁻¹¹ J. Núcleos en 1 g = (1/235) × 6,022 × 10²³ = 2,56 × 10²¹. Energía total = 2,56 × 10²¹ × 3,2 × 10⁻¹¹ ≈ 8,2 × 10¹⁰ J.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre fisión y fusión?
La fisión divide un núcleo pesado (como el uranio-235) en otros más ligeros; la fusión une núcleos ligeros (como el deuterio y el tritio). La fisión se usa hoy en las centrales; la fusión sigue en fase de investigación.
¿La energía nuclear es renovable?
No. Se basa en el uranio, un recurso finito, aunque sus emisiones de CO₂ en operación son muy bajas.
¿Qué es un residuo radiactivo?
Material que emite radiación ionizante y no tiene un uso previsto. Los de alta actividad proceden del combustible gastado y exigen aislamiento durante miles de años.
¿Puede una central nuclear explotar como una bomba atómica?
No. El combustible está enriquecido solo al 3-5 %, muy lejos del enriquecimiento de un arma. Los accidentes graves se deben a fallos de refrigeración, no a una explosión nuclear.
Referencias
- Krane, K. S. Introductory Nuclear Physics. Wiley.
- Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA). Nuclear Power Reactors in the World.
- Foro Nuclear. Informes anuales sobre la energía nuclear en España.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2024). «Energía nuclear». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/quimica/energia-nuclear/
