¿Qué es la energía nuclear y cuáles son sus fundamentos físicos?
Artículo enciclopédico sobre la energía nuclear, sus reacciones de fisión y fusión, la historia de su desarrollo y su aplicación en la industria y tecnología.
En pocas palabras
- La energía nuclear comprende tanto los fenómenos físicos de fisión y fusión como sus aplicaciones industriales y tecnológicas.
- El primer reactor nuclear artificial del mundo, el Chicago Pile-1, entró en funcionamiento en 1942 dentro del proyecto Manhattan.
- El Parlamento Europeo incluyó la energía nuclear en su Taxonomía Verde en 2022 bajo estrictas condiciones de seguridad.
- Los generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) proporcionan energía constante en misiones espaciales de larga duración.
¿Qué es la energía nuclear y cuáles son sus fundamentos físicos?
La energía nuclear es aquella que se libera de forma espontánea o inducida en las reacciones nucleares. El fenómeno ocurre en el núcleo atómico de ciertos isótopos de los elementos químicos, siendo la fisión del uranio-235 y la fusión de hidrógeno los procesos más estudiados y aplicados para la generación de energía y otras tecnologías.
En 1896 Henri Becquerel descubrió que ciertos elementos emitían radiaciones, abriendo la puerta al estudio del núcleo atómico descrito posteriormente por Ernest Rutherford. A lo largo del siglo XX, hitos como el descubrimiento del neutrón por James Chadwick y las primeras fisiones experimentales de Enrico Fermi, Lise Meitner, Otto Hahn y Fritz Strassmann sentaron las bases del desarrollo científico y técnico de la energía atómica.
¿Cómo se produce la fisión nuclear y qué papel juega en los reactores?
La fisión nuclear es una reacción en la que un núcleo pesado, como el uranio-235, se divide en dos o más núcleos más pequeños al ser impactado por un neutrón, liberando una gran cantidad de energía y neutrones secundarios que permiten mantener una reacción en cadena. El primer reactor artificial de la historia, el Chicago Pile-1, fue construido en 1942 bajo la dirección del proyecto Manhattan por J. Robert Oppenheimer y Enrico Fermi.
Los reactores comerciales actuales de fisión utilizan diferentes tipos de moderadores y refrigerantes, como el agua ligera (en reactores PWR y BWR) o el agua pesada (en reactores CANDU), para desacelerar los neutrones y controlar la reacción. Aunque estas instalaciones producen electricidad con emisiones directas nulas de gases de efecto invernadero, enfrentan desafíos significativos en cuanto a la seguridad y el almacenamiento de los residuos radiactivos resultantes.
¿En qué consiste la fusión nuclear y cuáles son sus perspectivas futuras?
La fusión nuclear es el proceso mediante el cual varios núcleos atómicos de carga similar se unen para formar un núcleo más pesado, liberando una energía colosal. Este es el mismo mecanismo que alimenta a las estrellas y que se investiga como una alternativa de fuente de energía limpia y abundante para el futuro.
Los métodos principales para lograr la fusión controlada son el confinamiento magnético, representado por proyectos internacionales como el ITER basado en el diseño Tokamak, y el confinamiento inercial mediante láseres, como el desarrollado en el National Ignition Facility (NIF) en Estados Unidos, el cual logró avances experimentales notables en la generación de reacciones de fusión positivas.
¿Cómo se aplican los generadores termoeléctricos de radioisótopos en la exploración espacial?
Los generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) aprovechan el calor generado por la desintegración radiactiva de isótopos como el plutonio-238 para producir electricidad de larga duración mediante termopares. Estos dispositivos han sido fundamentales para misiones espaciales de larga distancia donde los paneles solares resultan inútiles.
Sondas emblemáticas como las de los programas Pioneer y Voyager, así como la misión New Horizons con destino a Plutón, han dependido de los RTG para mantener sus sistemas operativos durante décadas en las regiones más alejadas del sistema solar, demostrando una fiabilidad excepcional en condiciones extremas de vacío y frío espacial.
¿Cómo se gestionan los residuos radiactivos generados por la actividad nuclear?
El tratamiento de los residuos radiactivos se clasifica estrictamente según su nivel de actividad y su semiperiodo. Los residuos de baja y media actividad, compuestos por materiales de uso operativo, se compactan y almacenan en instalaciones controladas de superficie como el centro de El Cabril en España.
Por otro lado, los residuos de alta actividad, como las barras de combustible gastado, requieren estrategias complejas que incluyen el almacenamiento temporal en piscinas o contenedores especializados, y planes futuros de almacenamiento geológico profundo en formaciones estables para aislar los materiales durante miles de años.
Sources & Further Reading
- Tyler Miller, G. (2002). Introducción a la ciencia ambiental. Madrid: Thomson.
- Bulbulian, Silvia (1987). La radiactividad. Fondo de Cultura Económica, Biblioteca Digital.
- Agencia Internacional de la Energía (2014). 2014 Key World Energy Statistics.
- Seisdedos, Iker (2022). «EE UU anuncia un “logro científico histórico” hacia la energía inagotable con la fusión nuclear». El País.
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