"No tenemos otro mundo al que podernos mudar" Gabriel García Márquez
La curiosidad era una de las particularidades de la antigua sociedad griega. Este instinto natural favoreció la aparición de nuevas hipótesis sobre el origen de la naturaleza.
Breve Historia
En el siglo V a.C. Demócrito de Adbera y su maestro Leucipo de Mileto desarrollaron el concepto de que el universo está formado por pequeñas partículas indivisibles denominadas átomos.
Los filósofos griegos apoyaban sus postulados mediante razonamientos lógicos y no mediante experimentos, así que hubo que esperar hasta el año 1808 para que apareciera el primer modelo atómico con bases científicas formulado por el químico y matemático John Dalton.
En 1904, el físico J.J. Thomson establece la primera hipótesis sobre la estructura del átomo con un núcleo positivo rodeado de electrones negativos. Posteriormente otros científicos como Ernest Rutherford, Niels Bohr y Arnold Sommerfeld fueron completando y elaborando nuevos modelos atómicos para explicar su comportamiento y propiedades.
En 1904, el físico J.J. Thomson establece la primera hipótesis sobre la estructura del átomo con un núcleo positivo rodeado de electrones negativos. Posteriormente otros científicos como Ernest Rutherford, Niels Bohr y Arnold Sommerfeld fueron completando y elaborando nuevos modelos atómicos para explicar su comportamiento y propiedades.
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| Estructura del átomo |
Prácticamente en la misma época se estaban investigando el núcleo del átomo y las radiaciones.
En 1895 el físico Wilhelm Röntgen descubrió de forma accidental los rayos X, que son una radiación electromagnética penetrante con una longitud de onda menor que la luz visible. Estos rayos se producen siempre que se bombardea un objeto material con electrones de alta velocidad.
En 1896 Henri Becquerel confirmó que determinadas sustancias, como las sales de uranio, producían radiaciones penetrantes de origen desconocido. A esta nueva propiedad de la materia se le llamó radioactividad natural. El estudio y progreso de esta nueva característica se debe al matrimonio Pierre y Marie Curie, quienes encontraron otros elementos radioactivos como el radio, el polonio y el torio.
El descubrimiento de las cualidades de las radiaciones permitió investigaciones posteriores, como las de Ernest Rutherford y Frederick Soddy, que demostraban que el uranio y otros elementos pesados emitían tres tipos de radiaciones, denominadas alfa, beta y gamma.
Todas estas investigaciones allanaron el camino para que durante los años 30 del siglo pasado, se produjeran una serie de hechos que acabarían por desarrollar la energía nuclear.
En 1932, el físico James Chadwick realizó un hallazgo fundamental para la naciente ciencia, descubriendo una nueva partícula en el núcleo del átomo que no tenía carga eléctrica, el neutrón.
El descubrimiento de que la radioactividad podía ser producida por el hombre, bombardeando núcleos de átomos con radiaciones, fue realizado por el matrimonio formado por la hija de Marie Curie, Irene, y Frédéric Joliot. Se le denominó radioactividad artificial o inducida.
En 1938, los científicos alemanes Otto Hahn, Lise Meitner y Fritz Strassmann, verificando experimentos de Enrico Fermi, consiguieron dividir un átomo de uranio, denominando a este proceso fisión nuclear, en el cual se emitía una gran cantidad de energía.
Tras descubrir el fenómeno de fisión en el uranio bombardeado con neutrones, los físicos advirtieron que podían provocar una reacción en cadena. De esta manera los neutrones liberados en una fisión causan otras, entrando en una secuencia de reacciones. El control de esta reacción en cadena genera una fuente de energía útil; descontrolado, este proceso provoca una explosión devastadora.
La teoría de la relatividad de Einstein nos dice la cantidad equivalente de energía de una masa si se convirtiera repentinamente en energía. La energía liberada en la fisión nuclear proviene de la transformación de parte de la masa nuclear en energía.
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| Fórmula de Einstein |
Lamentablemente, el primer uso de la energía nuclear fue el militar. En 1942, dentro del Proyecto Manhattan, Fermi construye el primer reactor nuclear, que se llamó pila de uranio. Este proyecto tuvo su culminación con el lanzamiento de 2 bombas atómicas en las ciudades japonesas de Hiroshima y Nagasaki en el año 1945.
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| Explosión bomba atómica.Fuente:recursosacademicos.net |
Al final de la II Guerra Mundial, se produjo el inicio de una carrera armamentística entre diversas naciones ante el temor de encontrarse en desventaja. La antigua Unión Soviética, Reino Unido, Francia, China y posteriormente India, Pakistán e Israel realizaron sus propias pruebas nucleares. La utilización bélica de la energía nuclear dio lugar a que durante mucho tiempo el tema fuese secreto y asociado por el público en general como una amenaza destructiva.
No obstante, se iniciaron investigaciones para aprovechar la capacidad de generación de energía en usos pacíficos.
En 1954, la URSS creó la primera central nuclear del mundo de producción de electricidad en la localidad de Óbninsk.
En 1956, Gran Bretaña pone en funcionamiento la planta de Calder Hall con una generación de 196 MW eléctricos.
En 1957, se funda la Agencia Internacional de la Energía Atómica (IAEA) con sede en Viena para promover el uso pacífico de la energía nuclear en el mundo.
En 1960, los Estados Unidos lanzó el primer programa nuclear destinado a la generación de electricidad. Importantes empresas como General Electric pusieron en funcionamiento sus primeros reactores.
El fuerte crecimiento de la demanda eléctrica, la capacidad productora de las centrales, la estabilidad económica y sus expectativas, fomentó el desarrollo de esta energía, cuyo impulso definitivo fue a principios de la década de los 70 con las primeras crisis del petróleo.
A partir de la segunda mitad de esta década, la construcción de nuevas centrales entra en declive debido a diversos factores. Los costes de inversión, el eterno problema de los residuos y los impactos en la opinión pública de accidentes como el Three Mile Island (1979) en EEUU y Chernóbil (1986) en la actual Ucrania, provocan que el sistema nuclear entre en una fase de estancamiento.
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| Capacidad mundial de las centrales nucleares.Fuente:mycleschneiderconsulting |
Actualmente existen unas 443 centrales en el mundo que generan el 17% de la producción eléctrica mundial.
Las reacciones nucleares
La energía nuclear procede del calor producido en las reacciones nucleares. Existen 2 tipos de reacciones;
- Fisión Nuclear - Un átomo pesado se divide en dos cuando un neutrón impacta con él, generándose en esta división una gran cantidad de energía y más neutrones, que a su vez siguen produciendo más reacciones.
- Fusión Nuclear - Dos átomos ligeros, deuterio y tritio (isótopos del hidrógeno), se unen para formar otro más pesado, helio, generando una gran cantidad de energía.
El tipo de reacciones en cadena que se producen en los reactores comerciales existentes en la actualidad es el de fisión. Para la fisión, existen 3 átomos en la naturaleza que se emplean como combustible en la práctica; el uranio-235 ,el uranio-238 y el torio-232. El plutonio-238 también es utilizable, pero se obtiene artificialmente en los reactores nucleares a partir del uranio-238.
La central nuclear
Usos de la energía nuclear
El principio de funcionamiento de una central nuclear de fisión se basa en la transformación de la energía calorífica liberada en forma de vapor por el combustible, en energía mecánica en una turbina, que al llevar acoplado un alternador, finalmente generan energía eléctrica.
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| Funcionamiento central nuclear PWR. Fuente: tecnologia.com |
Usos de la energía nuclear
El uso principal de la energía nuclear es la producción de energía eléctrica. No obstante, tiene otras muchas aplicaciones como por ejemplo;
- Industria - Análisis y control de procesos.
- Medicina - Diagnóstico por rayos X, resonancia magnética y radioterapias.
- Agricultura - Lucha contra plagas, investigación de fertilidad de suelos.
- Alimentación - Conservación de alimentos.
- Medio ambiente - Detección y análisis de contaminantes.
Los pros y contras
No se puede obviar que la energía nuclear es la más polémica de las empleadas por la sociedad. En un principio, debido a sucesivas crisis provocadas por el precio del petróleo hizo que se contemplara como una alternativa viable y de futuro, pero los accidentes de Harrisburg y Chernóbil, los eternos problemas de los residuos, y la amenaza velada de usos militares, replantearon el debate.
Entre las ventajas podríamos destacar las siguientes;
- La producción de energía eléctrica, por encima de otros usos.
- Gran densidad energética.
- La no dependencia de combustibles fósiles.
- No emite gases ni partículas contaminantes a la atmósfera.
- Al no emitir CO2 se considera importante para frenar el cambio climático.
Es evidente que la seguridad es primordial, y esa responsabilidad recae en las personas. Pero el gran problema es el tratamiento y almacenamiento de los residuos producidos en el proceso de fisión nuclear.
Los residuos nucleares son el material de desecho generado en el ciclo nuclear desde la propia extracción del mineral. Contienen elementos químicos radioactivos muy peligrosos para el ser humano y el medio ambiente, y de difícil eliminación. Algunos isótopos permanecen emitiendo radiaciones durante miles de años.
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| Producción y gestión de residuos.Fuente:wikipedia |
¿Futuro incierto?
El uranio es una sustancia química radioactiva. Se encuentra en bajas concentraciones en la naturaleza en forma de minerales. Es el combustible básico para los reactores nucleares de fisión. Aunque algunas fuentes lo consideran muy abundante, no deja de ser un recurso no renovable, por lo que al igual que ocurre con los combustibles fósiles está expuesto a agotamiento.
Energy Watch Group es una
organización formada mayoritariamente por científicos alemanes, fundada
por iniciativa de varios parlamentarios. Los científicos desarrollan estudios
relacionados con la energía de forma independiente de gobiernos y
empresas, y de conexiones económicas y tecnológicas. El siguiente
gráfico es una proyección de la producción de uranio realizado por este
grupo en 2006.
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| Estimación de la producción de uranio.Fuente:energywatchgroup.org |
Al igual que toda proyección futura, se ha de interpretar como una previsión. El tiempo dará o quitará la razón sobre la exactitud de las fechas indicadas. Se considera que los avances tecnológicos en la ciencia nuclear permitirán aprovechar mejor los recursos. Pero más importante que determinar si será el año 2025, 2040 ó incluso más allá, es tomar conciencia que ocurrirá. Y actualmente se estima un crecimiento de la capacidad de generación de entre un 20% y un 40% hacia el año 2025, lo que en consecuencia reduce las estimaciones de reservas naturales.
De la misma forma que ocurre con el cenit de los combustibles fósiles, no significa el agotamiento total del recurso, sino que nos avisa de la necesidad de cambiar el paradigma de desarrollo ante la demanda energética.
Una mención especial a parte merece la energía generada mediante la fusión nuclear. Este es el proceso que produce la energía en el Sol y las estrellas. Se le considera el futuro de la energía nuclear ya que tiene las ventajas que en la fisión son grandes incovenientes.
Es una energía limpia que no produce gases nocivos y los residuos generados son de muy baja actividad. Los combustibles primarios empleados son una fuente practicamente inagotable, el deuterio existe abundantemente en la naturaleza y el tritio se genera en el propio reactor. Es un sistema intrínsecamente seguro, ya que la reacción se corta cerrando el suministro de combustible.
Actualmente existe un proyecto avanzado, ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), con el objetivo de analizar la viabilidad técnica y económica de la fusión nuclear para la generación comercial de energía eléctrica.
Sus primeros resultados de estudio se esperan para el año...2050.
Sus primeros resultados de estudio se esperan para el año...2050.
