Fisión y Fusión Nuclear: Principios, Aplicaciones y el Futuro de la Energía

Fisión Nuclear: Generación de Energía y Propulsión

La fisión nuclear se emplea fundamentalmente para producir electricidad y como medio de propulsión de submarinos. Consiste en romper un núcleo de un átomo de uranio enriquecido o de plutonio. Estos son los únicos isótopos fisionables y, además, inestables. El proceso se inicia lanzando un neutrón a gran velocidad sobre el átomo que se desea fisionar. Al chocar el neutrón con el núcleo, lo rompe en dos fragmentos, liberando tres neutrones y gran cantidad de calor.

La Reacción en Cadena y sus Implicaciones

Cada uno de los tres neutrones emitidos puede provocar nuevas fisiones en otros núcleos, continuando así el proceso. En la segunda reacción nuclear, tendríamos tres átomos rompiéndose simultáneamente, que emitirían cada uno otros tres neutrones. En cada instante, hay muchísimos más núcleos que se rompen, liberando así una mayor cantidad de calor. A este fenómeno de fisión se le denomina reacción en cadena. Si no se controla el número de fisiones, el calor liberado es tan grande que se origina una bomba atómica.

Componentes Clave de una Central Nuclear de Fisión

Los elementos más importantes de cualquier central nuclear de fisión son el reactor nuclear, la turbina, el condensador, el edificio de almacenamiento y manipulación, y el circuito de refrigeración.

• Reactor Nuclear

  En él se origina la reacción nuclear de fisión. Consta de:

  • Tubos de acero inoxidable, en los que se introduce el combustible.
  • Barras de control, que regulan la cantidad de fisiones en la unidad de tiempo y, por tanto, la potencia del reactor.
  • Moderador, cuya finalidad es reducir la velocidad de los neutrones. Según el moderador utilizado, los reactores nucleares se pueden clasificar en lentos y rápidos.

• Turbina

  A la turbina le llega vapor a alta presión. El giro de la turbina produce corriente eléctrica.

• Condensador

  Para que la turbina funcione bien, es necesario licuar el vapor que sale de ella. Para ello, se utiliza un intercambiador, que es un depósito lleno de agua por el que pasa una tubería que transporta el líquido o gas que se quiere enfriar.

• Edificio de Almacenamiento y Manipulación

  Se utiliza como depósito de combustible.

• Circuito de Refrigeración/Generador de Vapor

  El núcleo del reactor está rodeado por un líquido refrigerante cuya misión es evacuar el calor.

Fusión Nuclear: El Futuro de la Energía

La fusión nuclear consiste en la unión de dos núcleos de átomos ligeros para conseguir un núcleo nuevo más pesado y el desprendimiento de gran cantidad de energía. Los átomos de un gas están siempre en movimiento desordenado, chocando unos contra otros. A medida que se calientan, aumenta su velocidad. Si la velocidad se eleva a varios miles de kilómetros por segundo, pueden vencer la mutua repulsión de sus núcleos y así fundirse al chocar, generando un átomo nuevo. Este proceso libera gran cantidad de energía en forma de calor. De momento, este tipo de energía todavía se encuentra en estado de experimentación, ya que se gasta más de la que se obtiene.

Desafíos Actuales de la Fusión Nuclear

Los problemas que se presentan son:

• Calentamiento del Gas a Temperaturas Extremas

  Se ha estimado que, para obtener una cantidad de energía que supere la necesaria para iniciar la reacción, se necesita una temperatura de unos 100.000.000 °C.

• Contención del Plasma a Altísimas Temperaturas

  Disponer de un recipiente que pueda soportar esas altísimas temperaturas el tiempo suficiente para que se produzca la fusión y se libere la energía. A temperaturas incluso de 100.000 °C, todos los átomos están ionizados: el gas está formado por átomos con carga positiva y electrones libres cargados negativamente. Este estado se denomina plasma. Si el plasma se coloca en un recipiente normal, se enfría rápidamente y las paredes del recipiente se volatilizan de forma instantánea.

• Extracción y Transformación de Energía

  Extraer la energía liberada y transformarla en electricidad.

Métodos para Contener el Plasma

Se están ensayando dos sistemas:

• Mediante confinamiento inercial.
• Mediante confinamiento magnético.