Como hemos dicho antes, hay dos formas de obtener energía en
un proceso nuclear: FISION y FUSION
FISIÓN:
Es el utilizado actualmente en las centrales nucleares. Cuando un
átomo pesado (como por ejemplo el Uranio o el Plutonio) se divide
o rompe en dos átomos más ligeros, la suma de las masas de
estos últimos átomos obtenidos, más la de los neutrones
desprendidos es menor que la masa del átomo original, luego se verifica
la fórmula de Albert Einstein E=MC2, con lo que se desprende
Energía. Para romper un átomo, se emplea un neutrón
(ya que es neutro eléctricamente, y no es desviado de su trayectoria),
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 Xenon y Estroncio), desprendiendo 2 ó 3 neutrones (los
neutrones desprendidos, dependen de los átomos obtenidos, nosotros
tomamos como ejemplo 3 neutrones, pero puede que solo se desprendan 2.
En caso de obtener Bario y Kriptón, se desprenden 3 neutrones; mientras
que si se obtiene Xenon y estroncio, solo 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.
Fision Nuclear del atomo de Uranio-235, liberandose 2 neutrones, Xenon, Estroncio y Energia
Reaccion en cadena de fision Nuclear del atomo de Uranio-235, liberandoes 3 neutrones, Kripton, Bario y energia.
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 solo un pequeño porcentaje del
Uranio se aproveche y se requieran grandes cantidades de este 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
esta se convierte en vapor, que pasa por unas turbinas, haciéndolas
girar. Estas a su vez, giran un generador eléctrico de una determinada
potencia, generando así electricidad, al igual que con una dínamo
de bicicleta, solo 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 este 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:
Como curiosidad, en la fotografía de a continuación, aparece
el plano de una central nuclear, que verifica el esquema anterior. Como
se puede observar, una planta nuclear tiene más elementos de los
que parece.
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Más adelante, hablaremos de los peligros que representa actualmente
la Fisión Nuclear (radiación, residuos, etc.), así
como de los sistemas de seguridad mínimos que debe tener una central
nuclear.
FUSIÓN:
La fusión nuclear, está actualmente
en líneas de investigación, debido a que todavía hoy
no es un proceso viable, ya que se invierte más energía en
el proceso para que se produzca la fusión, que la energía
obtenida mediante este método.
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 a
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 si incluir la radiación electromagnética
y la onda expansiva, así como la lluvia ácida.
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