La energía nuclear: Una guía fácil de entender sobre la energía atómica

Desde la guerra nuclear hasta las fusiones de centrales, la generación de energía nuclear se ha presentado como una tecnología misteriosa y peligrosa.

Sin embargo, en los últimos años, la reacción del público ante la energía nuclear ha empezado a cambiar.

La energía nuclear ha entrado en el punto de mira de la sostenibilidad, y el miedo del pasado está siendo sustituido por hechos para el futuro.

En lugar de ser dañina y peligrosa, la energía nuclear está siendo reconocida poco a poco por su potencial para ayudar al medio ambiente y proporcionar electricidad al mundo.

Esto es lo que hay que saber sobre el poder de la energía nuclear.

¿Qué es la energía nuclear y cómo funciona?

La energía nuclear tiene un impacto significativo, pero su tremendo potencial energético proviene de una fuente muy pequeña. Esto se debe a que la energía nuclear comienza con los átomos, los minúsculos elementos que componen el mundo que nos rodea.

Los átomos están formados por cajas eléctricas esféricas que giran alrededor del centro del átomo. Estas cajas están formadas por una capa interior que contiene dos electrones y varias capas exteriores que contienen hasta ocho o más electrones. A medida que los electrones se mueven, son mantenidos en sus cajas por una fuerza eléctrica.

Dentro de los círculos de electrones se encuentra el núcleo, que está formado por protones y neutrones. Los protones contienen una carga eléctrica positiva y atraen a los electrones que giran, que llevan una carga negativa.

Los electrones más cercanos a los protones tienen la atracción más potente, mientras que los electrones más alejados de los protones pueden tener una atracción mucho más débil. Los electrones con una atracción más débil pueden liberarse de la órbita, y cuando se aplica una fuerza durante la liberación de la órbita, los electrones pueden ser enviados a otro átomo. Cuando se produce este intercambio de electrones, éstos crean electricidad.

Los enlaces que mantienen unidas las partículas del núcleo contienen grandes cantidades de energía. Estos potentes enlaces pueden romperse mediante un proceso de división del átomo llamado fisión nuclear. Cuando esto ocurre, se libera energía nuclear que puede utilizarse para generar electricidad.

¿Cómo se produce la energía nuclear?

La fisión nuclear sostenida es la fuerza motriz de la generación de energía atómica.

Según la Administración de Información Energética de los Estados Unidos (EIA), las centrales nucleares utilizan la fisión nuclear para producir energía nuclear, y la mayoría utiliza átomos de uranio en el proceso.

La energía nuclear también puede producirse cuando los átomos se fusionan -un proceso conocido como fusión nuclear- y se crea un átomo más grande.

Aunque la fisión nuclear es un proceso natural, la fisión nuclear inducida por átomos de uranio es más común en las centrales nucleares, ya que la fisión nuclear estándar es más difícil de controlar.

El uranio destinado a la fisión nuclear también se conoce como combustible nuclear o uranio enriquecido. El tipo de uranio más utilizado es el U-235, un isótopo cuyos átomos son más fáciles de dividir dentro de un reactor nuclear.

Cuando se produce la fisión nuclear de un átomo de uranio, un neutrón golpea y divide el átomo, liberando más neutrones, calor y energía de radiación.

Los neutrones siguen liberándose y chocan con más átomos de uranio, creando una reacción nuclear en cadena.

Las centrales pueden controlar esta reacción en cadena hasta que el proceso haya producido la cantidad de energía necesaria.

¿Cómo funcionan los reactores de energía nuclear?

Los reactores nucleares son las máquinas encargadas de controlar la fisión nuclear y las reacciones nucleares en cadena en las centrales nucleares. En el interior de estos reactores es donde tienen lugar estos procesos.

Un método para mantener una reacción de fisión en cadena generadora de energía es el uso de combustible nuclear de uranio. El uranio se comprime en pastillas de cerámica de una pulgada de largo, que luego se almacenan en barras de combustible. Una pastilla individual de uranio enriquecido puede producir aproximadamente la misma cantidad de electricidad generada por una tonelada de carbón. Estas barras se asignan a un conjunto de combustible, un grupo de 200 barras de combustible o más.

El diseño de un reactor nuclear típico permite contener cientos de elementos combustibles. Dentro de un compartimento del reactor llamado vasija del reactor, las barras de combustible están sumergidas en agua de refrigeración y moderación.

El agua sirve de moderador y atempera la repetida producción de neutrones que resulta de la fisión, mientras que las barras de control se insertan y retiran para reducir o aumentar la velocidad de reacción. Mientras tanto, el calor de la fisión transforma el agua en el vapor necesario para hacer funcionar una turbina.

¿Para qué se utiliza la energía nuclear?

La energía nuclear genera calor, que se utiliza para crear vapor. Este vapor producido por la energía nuclear se utiliza para alimentar una turbina que genera electricidad al girar.

El calor nuclear y la energía del vapor se utilizan para producir electricidad.

Estados Unidos lleva más de seis décadas utilizando la energía nuclear. Es responsable de más del 30% de la generación mundial de electricidad de origen nuclear.

¿Es la energía nuclear limpia y sostenible?

La energía nuclear ha sido alabada por producir energía con bajas emisiones de carbono e incluso ha sido considerada como productora de energía libre de carbono.

La energía nuclear es la segunda fuente mundial de electricidad baja en carbono, después de la hidroeléctrica.

La energía nuclear es la segunda fuente de electricidad con bajas emisiones de carbono, después de la hidroeléctrica. La energía nuclear es la segunda fuente de electricidad con bajas emisiones de carbono, después de la solar y la eólica, y supera a otras formas de energía cuando se calculan los daños al medio ambiente y la contaminación.

En 2020, la producción de energía nuclear en EE.UU. evitó que se produjeran más de 471,3 millones de toneladas métricas de emisiones de carbono en comparación con la generación de energía a partir de combustibles fósiles. La energía nuclear es también la primera fuente de energía eléctrica que no emite gases de efecto invernadero (GEI) al generar energía, representando más del 70% de la energía libre de GEI.

La energía nuclear no sólo produce menos contaminación y es menos dañina para el medio ambiente, sino que no crea las sustancias químicas tóxicas dióxido de azufre u óxido de nitrógeno que se encuentran en la lluvia ácida. En otras palabras, al eliminar los contaminantes responsables de la lluvia ácida, la energía nuclear contribuye a mantener el aire limpio.

Además, la energía nuclear no depende del clima. A diferencia de la eólica y la solar, la producción de energía nuclear puede producirse independientemente de los patrones de viento o de la hora del día.

¿Es la energía nuclear renovable?

La energía nuclear puede ser una fuente de energía limpia con cero emisiones, pero ¿se considera una fuente de energía renovable?

La producción de energía nuclear no puede acogerse a los estándares de energía renovable debido al material utilizado en las centrales nucleares.

El uranio específico necesario para inducir la fisión nuclear, el U-235, es un recurso no renovable. Por lo tanto, algún día será difícil encontrar este raro elemento.

¿Es la energía nuclear buena para el medio ambiente?

La energía nuclear es limpia, sostenible y en cierto modo renovable. También es neutra en carbono. Sin embargo, la construcción de centrales nucleares y la extracción de uranio siguen produciendo emisiones de carbono. Por tanto, se podría argumentar en ambos sentidos si la energía nuclear es buena o mala para el medio ambiente.

Y luego están los residuos nucleares.

Los residuos nucleares radiactivos son una preocupación acuciante que afecta a la salud del planeta y de las personas. Pueden contaminar el aire, el agua y el suelo, así como los animales, las plantas y los seres humanos.

Hay dos tipos de residuos nucleares: los de baja y los de alta radiactividad.

Los residuos radiactivos de baja actividad proceden de la contaminación radiactiva que se produce durante la producción rutinaria de energía. Los artículos contaminados suelen incluir los uniformes o el equipo de protección de los empleados de la central y las herramientas de mantenimiento.

Estos residuos suelen almacenarse en la central hasta que pueden llevarse a un lugar de eliminación o dejan de ser radiactivos. La radiactividad de los residuos nucleares disminuye con el tiempo a través de la desintegración radiactiva.

Los residuos radiactivos de alta actividad proceden del combustible “irradiado” o “gastado” de los reactores nucleares. El combustible gastado es altamente radiactivo.

En la actualidad, Estados Unidos no cuenta con un centro de eliminación de residuos radiactivos de alto nivel certificado.

En su lugar, los residuos nucleares de alto nivel deben almacenarse en grandes piscinas y contenedores en instalaciones nucleares que enfrían los residuos y los reactores y proporcionan un escudo radiactivo.

En última instancia, los residuos nucleares deben almacenarse a gran profundidad bajo arcilla impermeable, relleno impermeable y hormigón.

La eliminación de los residuos nucleares y el funcionamiento de las centrales nucleares están supervisados y regulados por la Comisión Reguladora Nuclear de Estados Unidos (NRC).

La NRC ha aplicado una estricta normativa para el desmantelamiento de los reactores nucleares y la manipulación y eliminación de los residuos nucleares.

Desde 1970 no se han producido en Estados Unidos fugas radiactivas, lesiones relacionadas con la radiactividad ni daños medioambientales relacionados con el transporte de combustible nuclear usado.

¿Es segura la energía nuclear?

A pesar de que hay más de 440 reactores nucleares comerciales en el mundo y 93 de ellos en Estados Unidos, no es raro que se cuestione la seguridad de las centrales nucleares.

La preocupación que rodea a la energía nuclear tiene que ver con los posibles riesgos para la salud.

Los residuos nucleares son tóxicos tanto para los seres humanos como para el medio ambiente. Cuando se recibe en cantidades significativas, la radiación nuclear puede causar daños graves e incluso mortales para la salud humana. Lo más común es la preocupación por el cáncer causado por la radiación.

Un tipo particular de radiación, llamada radiación ionizante, es la que más riesgo presenta para los seres humanos. Cuando se produce la radiación ionizante, las partículas subatómicas más pequeñas que los átomos interactúan con las ondas electromagnéticas. Juntas, estas partículas y ondas tienen el poder de ionizar o eliminar los electrones de los átomos que golpean.

Grandes cantidades de radiación ionizante pueden provocar enfermedades por radiación y la muerte.

La radiación ionizante también es temida por sus propiedades cancerígenas. Se considera cancerígena porque daña el ADN.

La radiación también puede causar el síndrome de radiación aguda, un tipo de enfermedad por radiación que puede provocar quemaduras en la piel, vómitos, diarrea y, en los casos más graves, coma y muerte debido a daños en la médula ósea, hemorragias internas e infecciones.

Todo esto parece aterrador, y lo es. Pero la radiación nuclear creada por las centrales nucleares sólo alcanza un nivel peligroso cuando las reacciones nucleares en cadena son incontroladas.

Los siguientes ejemplos de reacciones nucleares en cadena incontroladas o fusiones del núcleo representan algunos de los peores fallos de las centrales nucleares:

• Fukushima: Un accidente nuclear en Japón causado por un terremoto en 2011.
• Three Mile Island: Un reactor nuclear en una instalación de Pensilvania que se fundió parcialmente en 1979.
• Chernóbil: Un incidente en una central eléctrica en 1968 que destruyó una central en una antigua región de la Rusia soviética que ahora es Ucrania.

Sin embargo, los incidentes en las centrales están disminuyendo y los gobiernos están aplicando más medidas de seguridad que nunca.

El uso de barras de control, las barreras radiactivas, los equipos de seguridad, los procedimientos de desconexión de emergencia, la educación y los avances en tecnología nuclear han modificado la planificación de la energía nuclear.

Una política promulgada por la NRC exige que las centrales funcionen sin energía eléctrica en caso de emergencia, y se exige la presencia de inspectores de seguridad en las centrales para supervisar las operaciones de seguridad.

La industria nuclear: ¿Podría ser una respuesta limpia a las necesidades de electricidad del mundo?

A la hora de sopesar los costes y beneficios de la energía nuclear en relación con la salud humana, debemos tener en cuenta el impacto de las fuentes de energía no renovables, no sostenibles y emisoras de gases de efecto invernadero.

Estas fuentes de energía suponen un riesgo para la salud pública. La contaminación creada por los combustibles fósiles y la energía no renovable tiene su coste, y puede ser mucho más difícil de regular y controlar.

Darse cuenta de los beneficios que la energía nuclear puede aportar al planeta y a las personas, como ayudar a reducir el cambio climático y crear una generación de energía para el futuro, permitirá dar los esfuerzos y recursos razonables que la energía nuclear necesita.

Hasta entonces, esperamos un cambio en la reacción del mundo ante la energía nuclear.