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Energía nuclear es la energía liberada en una reacción nuclear, o sea, en procesos de transformación de núcleos atómicos. Algunos isótopos de ciertos elementos presentan la capacidad de transformarse en otros isótopos o elementos a través de reacciones nucleares, emitiendo energía durante ese proceso. Se basa en el principio de la equivalência de energía y masa (observado por Albert Einstein), según la cual durante reacciones nucleares ocurre transformación de masa en energía. Fue descubierta por Hahn, Straßmann y Meitner con la observación de una fissão nuclear tras la irradiação de uranio con nêutrons.
La tecnología nuclear tiene la finalidad de aprovechar la energía nuclear, convirtiendo el calor emitido en la reacción en energía eléctrica. Eso puede acontecer controladamente en reactor nuclear o descontroladamente en bomba atómica. En otras aplicaciones se aprovecha de la radiação ionizante emitida.
Tabla de contenido |
Tipos de reacciones nucleares
La reacción nuclear es la modificación de la composición del núcleo atómico de un elemento, pudiendo transformarse en otro u otros elementos. Ese proceso ocurre espontáneamente en algunos elementos. El caso más interesante es la posibilidad de provocar la reacción mediante técnicas de bombardeamento de nêutrons u otras partículas.
Existen dos formas de reacciones nucleares: la fissão nuclear, donde el núcleo atómico subdivide-si en dos o más partículas; y la fusión nuclear, en la cual al menos dos núcleos atómicos se unen para formar un nuevo núcleo.
Ejemplo
Sólo un ejemplo de las más de 100 posibles fissões de uranio-235: Uranio captura un nêutron, se hace inestable y fraciona en bário y criptônio con emisión de dos nêutrons.
- Falló al verificar gramática (El ejecutable texvc no fue encontrado. Consulte math/README para instrucciones de la configuración.): {}^{235}_{\ 92} \mathrm {U} \ + \ {}^{1}_{0} \mathrm {n} \rightarrow \ {}^{236}_{\ 92} \mathrm {U} \ \rightarrow \ {}^{139}_{\ 56} \mathrm {Ba} \ + \ {}^{95}_{36} \mathrm {Kr} \ + \ 2 \ {}^{1}_{0} \mathrm {n}
Con esta reacción Hahn y Straßmann demostraron la fissão en 1938 a través de la presencia de bário en la muestra, usando espectroscopia de masa.
Historia
Ernest Rutherford, el descobridor del núcleo atómico, ya sabía que esos podrían ser modificados a través de bombardeamento con partículas rápidas. Con el descubrimiento del nêutron quedó claro que deberían existir muchas posibilidades de esas modificaciones. Enrico Fermi sospechaba que el núcleo quedaría cada vez mayor añadiendo nêutrons. Ida Noddack fue la primera a sospechar que "durante el bombardeamento de núcleos pesados con nêutrons, esos podrían quebrar en pedazos grandes, que son isótopos de elementos conocidos, pero no vecinos de los originales en la tabla periódica"
La fissão nuclear fue descubierta por Otto Hahn y Fritz Straßmann en Berlín-1938 y explicada por Lise Meitner y Otto Frisch (ambos en exilio en la Suecia) inmediatamente después, con la observación de una fissão nuclear tras la irradiação de uranio con nêutrons.
La primera reacción en cadena fue realizada en diciembre de 1942 en un reactor de grafite de nombre Chicago Pile 1 (CP-1), en el contexto del proyecto "Manhattan" con la finalidad de construir la primera bomba atómica, bajo la supervisão de Enrico Fermi en la Universidad de Chicago.
Tipos de reactores
Reactores de fissão
Existen varios tipos de reactores, reactores de agua leve (ingl. Light Water reactor o LWR), reactores de agua pesada (ingl. Heavy Water Reactor o HWR), reactor de rápido enriquecimiento o "reactores incubadores" (ingl. Breeder reactor) y otros, dependiendo de la substancia moderador usada. Un reactor de rápido enriquecimiento genera más material físsil (combustible) del que consume. La primera reacción en cadena fue realizada en un reactor de grafite. El reactor que llevó el accidente nuclear de Chernobyl también era de grafite. La mayoría de los reactores en uso para generación de energía eléctrica en el mundo son del tipo agua leve. La nueva generación de fábricas nucleares, denominada G3+, incorpora conceptos de seguridad passiva, por los cuales todos los sistemas de seguridad de la fábrica son passivos, lo que las hacen intrínsecamente seguras. Como reactores de la próxima generación (G4) son considerados reactores de sal fundir o MSR (ingl. molten salt reactor). Aún en proyecto conceptual, será basada en el concepto de un reactor de rápido enriquecimiento.
Reactores de fusión
El empleo pacífico o civil de la energía de fusión está en fase experimental, existiendo incertidumbres en cuanto a su viabilidade técnica y económica.
El proceso se basa en calentar suficientemente núcleos de deutério hasta obtenerse el estado plasmático. En ese estado, los átomos de hidrogênio se desagregam permitiendo que al se choquen ocurra entre ellos una fusión produciendo átomos de hélio . La diferencia energética entre dos núcleos de deutério y uno de hélio será emitida en la forma de energía que mantendrá el estado plasmático con sobra de gran cantidad de energía útil.
La principal dificultad del proceso consiste en confinar una masa del material en el estado plasmático ya que no existen reservatórios capaces de soportar las elevadas temperaturas a él asociadas. Un medio es la utilización del confinamento magnético.
Los científicos del proyecto Iter, del cual participan el Japón y la Unión Europea, pretenden construir una central experimental de fusión para comprobar la viabilidade económica del proceso como medio de obtención de energía.
Bomba atómica
Las bombas nucleares se fundamentan en la reacción nuclear (i.y. fissão o fusión nuclear) descontrolada y por lo tanto explosiva.
La eficacia de la bomba atómica se basa en la gran cantidad de energía liberada y en su toxicidade, que presenta dos formas: radiação y substancias emitidas (productos finales de la reacción y materiales que fueron expuestos a la radiação), ambas radioativas. La fuerza de la explosión es de 5 mil hasta 20 millones de veces mayor, si comparada a explosivos químicos. La temperatura generada en una explosión termonuclear alcanza de 10 hasta 15 millones de grados Celsius en el centro de la explosión.
En la madrugada del día 16 de julio de 1945, ocurrió la primera prueba nuclear de la historia, realizado en el desierto de Alamogordo , Nuevo México, el llamado Trinity test.
El segundo, empleado por primera vez para fines militares durante la Segunda Guerra Mundial, fue en la ciudad japonesa de Hiroshima y el tercero, en la ciudad de Nagasaki . Esas explosiones mataron en total cerca de 155.000 personas inmediatamente, además de 110.000 personas mueran durante las semanas siguientes, a consecuencia de los efectos de la radioatividade. Además de eso, se sospecha que hasta hoy más 400.000 murieron debido las efectos de largo plazo de la radioatividade [1]
Las bombas termonucleares son aún más potentes y se fundamentan en reacciones de fusión de hidrogênio activadas por una reacción de fissão previa. La bomba de fissão es el ignitor de la bomba de fusión debido a la elevada temperatura para iniciar el proceso de la fusión.
Toxicidade de radioativos
La toxicidade se basa en la radiação emitida por las substancias envueltas en la reacción nuclear. Así, tanto el material utilizado, cuánto todo entorno serán fuente de radioatividade y, por lo tanto, tóxicos.
Curiosidad
La descobridora de la radiação ionizante, Marie Curie, sufrió envenenamento radioativo, en 1898, por manipular materiales radioativos llevando la inflamação en las puntas de los dedos y a finales de la vida ella sufrió y murió de leucemia .
Aplicación civil
La fissão nuclear del uranio es la principal aplicación civil de la energía nuclear. ES usada en centenares de centrales nucleares en todo el mundo, principalmente en países como la Francia, Japón, Estados Unidos, Alemania, Brasil, Suecia, España, China, Rusia, Coreia del Norte, Pakistán e India, entre otros.
El porcentaje de la energía nuclear en la generación de energía mundial es de 6,5 % (1998,UNDP) y de 16 % en la generación de energía eléctrica. El mes de enero 2009 estaban en funcionamiento 210 fábricas nucleares en 31 países con en total 438 reactores produciendo la potencia eléctrica total de 372 GW.
| País | En funcionamiento | Desconectado | En construcción | Generación de energía eléctrica |
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|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Nú- mero |
Potencia líquida
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Potencia brutta
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Nú- mero |
Potencia líquida
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Potencia brutta
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Nú- mero |
potencia líquida
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Potencia brutta
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2006 en TWh |
Percen- tagem en % |
|
| Argentina | 2 | 935 | 1.005 | – | – | – | 1 | 692 | 745 | 6,9 | 7 |
| Armênia | 1 | 376 | 408 | 1 | 376 | 408 | – | – | – | 2,4 | 42 |
| Bélgica | 7 | 6.092 | 5.801 | 1 | 11 | 12 | – | – | – | 44,3 | 54 |
| Brasil | 2 | 1.901 | 2.007 | – | – | – | 1 | 1.405 | 1.500 | 13,8 | 3 |
| Bulgaria | 2 | 1.906 | 2.000 | 4 | 1.632 | 1.760 | 2 | 1.906 | 2.000 | 18,1 | 44 |
| China | 11 | 8.587 | 9.078 | – | – | – | 5 | 4.220 | 4.534 | 54,8 | 2 |
| Alemania | 17 | 20.425 | 21.452 | 19 | 5.944 | 6.337 | – | – | – | 158,7 | 26 |
| Finlandia | 4 | 2.676 | 2.780 | – | – | – | 1 | 1.600 | 1.720 | 22,0 | 20 |
| Francia | 59 | 63.363 | 66.130 | 11 | 3.951 | 4.098 | 1 | 1.600 | 1.650 | 428,0 | 78 |
| India | 17 | 3.732 | 3.900 | – | – | – | 6 | 2.910 | 3.160 | 15,6 | 3 |
| Irán | – | – | – | – | – | – | 1 | 915 | 1.000 | – | – |
| Italia | – | – | – | 4 | 1.423 | 1.472 | – | – | – | – | – |
| Japón | 56 | 47.593 | 49.580 | 4 | 566 | 624 | 1 | 866 | 912 | 291,5 | 30 |
| Canadá | 18 | 12.584 | 13.360 | – | – | – | 7 | 3.046 | 3.243 | 92,4 | 16 |
| Cazaquistão | – | – | – | 1 | 52 | 90 | – | – | – | – | – |
| Lituania | 1 | 1.185 | 1.300 | 1 | 1.185 | 1.300 | – | – | – | 8,7 | 70 |
| México | 2 | 1.360 | 1.364 | – | – | – | – | – | – | 10,4 | 5 |
| Holanda | 1 | 482 | 515 | 1 | 55 | 58 | – | – | – | 3,3 | 4 |
| Pakistán | 2 | 425 | 462 | – | – | – | 1 | 300 | 325 | 2,5 | 3 |
| Rumanía | 2 | 1.310 | 1.412 | – | – | – | – | – | – | 5,2 | 9 |
| Rusia | 31 | 21.743 | 23.242 | 5 | 786 | 849 | 7 | 4.585 | 4.876 | 144,3 | 16 |
| Suecia | 10 | 8.916 | 9.275 | 3 | 1.210 | 1.242 | – | – | – | 65,0 | 48 |
| Suiça | 5 | 3.220 | 3.372 | – | – | – | – | – | – | 26,3 | 37 |
| Eslovaquia | 5 | 2.034 | 2.200 | 2 | 518 | 584 | – | – | – | 16,6 | 57 |
| Eslovenia | 1 | 666 | 730 | – | – | – | – | – | – | 5,3 | 40 |
| España | 8 | 7.450 | 7.728 | 2 | 621 | 650 | – | – | – | 57,4 | 20 |
| Sudáfrica | 2 | 1.800 | 1.888 | – | – | – | – | – | – | 10,1 | 4 |
| Coreia del Sur | 20 | 16.810 | 17.716 | – | – | – | 4 | 3.800 | 4.000 | 141,2 | 39 |
| Taiwan | 6 | 4.884 | 5.144 | – | – | – | 2 | 2.600 | 2.700 | 37,0 | 22 |
| Rep. Checa | 6 | 3.538 | 3.742 | – | – | – | – | – | – | 24,5 | 32 |
| Ucrania | 15 | 13.107 | 13.835 | 4 | 3.500 | 3.800 | 2 | 1.900 | 2.000 | 84,8 | 48 |
| Hungría | 4 | 1.755 | 1.866 | – | – | – | – | – | – | 12,5 | 38 |
| Y.U.A. | 104 | 99.210 | 105.664 | 28 | 9.764 | 10.296 | 1 | 1.165 | 1.218 | 787,2 | 19 |
| Reino Unido. | 19 | 10.982 | 11.902 | 26 | 3.324 | 3.810 | – | – | – | 69,2 | 19 |
| Mundo | 440 | 371.047 | 390.858 | 117 | 34.918 | 37.390 | 42 | 32.105 | 34.083 | 2.660 | 17 |
Ventajas de la energía nuclear
La principal ventaja de la energía nuclear obtenida por fissão es la no utilización de combustibles fósiles. Considerada como vilã en el pasado, la Energía Nuclear pasó gradualmente a ser defendida por ecologistas de nombre como James Y. Lovelock por no generar gases de efecto estufa. Estos ecologistas defienden una volcada radical en dirección a la energía nuclear como forma de combatir el calentamiento global.
Desvantagens de la energía nuclear
Residuos radioativos (pop.: Basura atómica)
Considérese que sólo una cantidad de 300 gramos de Plutonio 239 finamente esparcida por el globo terrestre llevaría la extinción de la población humana al largo plazo. Un año, un reactor nuclear de 1200 MW produce 265 kg de ese material, que tiene 24.000 años de media-vida.
Accidentes
El accidente en el reactor de Chernobyl (ex-URSS) contaminó radioativamente una área de aproximadamente 150.000 km² (corresponde más de tres veces el tamaño del estado del Río de Janeiro), siendo que 4.300 km² poseen acceso interditado indefinidamente. Hasta 180 kilómetros distantes del reactor se sitúan áreas con una contaminación de más de 1,5 millones de Becquerel por km², lo que las deja inabitáveis por miles de años.
Seguridad
La Organización Mundial de Energía Nuclear alertó que terroristas podrían venir a comprar resíduos radioativos, por ejemplo de países de la ex-URSS o de países con ditaturas que usan tecnologías nucleares, tales como Irán o Coreia-Norte, y construir una llamada "bomba sucia".
El quão fácil es desviar materiales altamente radioativos es demostrado por el ejemplo del accidente radiológico de Goiânia, en el Brasil en 1987, donde fue furtada una piedra de sal de cloreto de Césio-137, un isótopo radioativo, de un hospital abandonado.
Gases de estufa
La producción de gases de estufa de una fábrica núclear común está de 3 a 6 veces mayor comparada con la energía hídrica y éolica, considerando el proceso todo necesario para operarla. (La producción de gases de estufa de una fábrica de carbón tiene un factor de 80.)
Referencias
Literatura
- Gaynor Sekimori: Hibakusha: Survivors of Hiroshima and Nagasaki. Kosei Publishing Company, Japan 1986, ISBN 4-333-01204-X
- Takeshi Ohkita: Akute medizinische Auswirkungen in Hiroshima und Nagasaki, in: Eric und Susanna Chivian u.a. (Hrsg.): Last aid. Die medizinischen Auswirkungen eines Atomkrieges. Heidelberg 1985
- Robert P. Newman: Truman and the Hiroshima Cult. Michigan State University Press, 1995
- Tania Malheiros: Brasil: la bomba ocultua - El programa nuclear brasileño, Editora: Gryphus, 1993, 164 páginas
- Antônio D. Hacha y Ennio Candoti (coord.): Energía Nuclear y Sociedad - Un debate,Editora: Paz y Tierra, 1980, 322 páginas,
- Gláucia Oliveira de Silva: Angra I y la melancolía de una era - Un estudio sobre la construcción social del riesgo, Editora: EdUFF, 1999, 284 páginas
Ver también
- Accidente nuclear de Chernobyl
- Centrales nucleares
- Reactores nucleares
- Fissão nuclear
- Bomba atómica
- Bomba H
- Radioatividade
- Reacciones nucleares
- Fusión nuclear
- Tokamak
- International Thermonuclear Experimental Reactor
- Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto
Conexiones externas
