Energía nuclear

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Energía nuclear
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Concepto:La energía nuclear o energía atómica es la energía que se libera espontánea o artificialmente a partir de las reacciones nucleares.
Energía nuclear. Es la energía producida por las reacciones atómicas de fusión (unión de núcleos atómicos muy livianos) o fisión (división de núcleos atómicos pesados). Puede ser liberada de manera espontánea o artificial en las reacciones nucleares. Dicha energía puede utilizarse para obtener Energía Eléctrica, mecánica o térmica. El concepto, por lo tanto, suele utilizarse para nombrar tanto al resultado de la reacción nuclear como a los conocimientos, técnicas y tecnologías vinculados a la utilización de dicha energía.

Contenido

Historia de la energía nuclear

Henri Becquerel
Henri Becquerel

En 1896 Henri Becquerel descubrió que algunos elementos químicos emitían radiaciones. Tanto él como Marie Curie y otros estudiaron sus propiedades, descubriendo que estas radiaciones eran diferentes de los ya conocidos Rayos X y que poseían propiedades distintas, denominando a los tres tipos que consiguieron descubrir alfa, beta y gamma.

Pronto se vio que todas ellas provenían del núcleo atómico que describió Rutherford en 1911.

Durante los años 1930, Enrico Fermi y sus colaboradores bombardearon con neutrones más de 60 elementos, entre ellos 235U, produciendo las primeras fisiones nucleares artificiales. En 1938, en Alemania, Lise Meitner, Otto Hahn y Fritz Strassmann verificaron los experimentos de Fermi y en 1939 demostraron que parte de los productos que aparecían al llevar a cabo estos experimentos con uranio eran núcleos de bario. Muy pronto llegaron a la conclusión de que eran resultado de la división de los núcleos del uranio. Se había llevado a cabo el descubrimiento de la fisión. En Francia, Joliot Curie descubrió que además del bario, se emitían neutrones secundarios en esa reacción, haciendo factible la reacción en cadena.

Durante la Segunda Guerra Mundial, el Departamento de Desarrollo de Armamento de la Alemania Nazi desarrolló un proyecto de energía nuclear (Proyecto Uranio) con vistas a la producción de un artefacto explosivo nuclear. Albert Einstein, en 1939, firmó una carta al presidente Franklin Delano Roosevelt de los Estados Unidos, escrita por Leó Szilárd, en la que se prevenía sobre este hecho.

El 2 de diciembre de 1942, como parte del proyecto Manhattan dirigido por J. Robert Oppenheimer, se construyó el primer reactor del mundo hecho por el ser humano (existió un reactor natural en Oklo): el Chicago Pile-1 (CP-1).

Como parte del mismo programa militar, se construyó un reactor mucho mayor en Hanford, destinado a la producción de plutonio, y al mismo tiempo, un proyecto de enriquecimiento de uranio en cascada. El 16 de julio de 1945 fue probada la primera bomba nuclear (nombre en clave Trinity) en el desierto de Alamogordo. En esta prueba se llevó a cabo una explosión equivalente a 19.000.000 de kg de TNT (19 kilotones), una potencia jamás observada anteriormente en ningún otro explosivo. Ambos proyectos desarrollados finalizaron con la construcción de dos bombas, una de uranio enriquecido y una de plutonio (Little Boy y Fat Man) que fueron lanzadas sobre las ciudades japonesas de Hiroshima 6 de agosto de 1945 y Nagasaki 9 de agosto de 1945 respectivamente. El 15 de agosto de 1945 acabó la segunda guerra mundial en el Pacífico con la rendición de Japón. Por su parte el programa de armamento nuclear alemán (liderado este por Werner Heisenberg), no alcanzó su meta antes de la rendición de Alemania el 8 de mayo de 1945.

Posteriormente se llevaron a cabo programas nucleares en la Unión Soviética (primera prueba de una bomba de fisión el 29 de agosto de 1949), Francia y Gran Bretaña, comenzando la carrera armamentística en ambos bloques creados tras la guerra, alcanzando límites de potencia destructiva nunca antes sospechada por el ser humano (cada bando podía derrotar y destruir varias veces a todos sus enemigos).

Actualmente las armas nucleares no tienen un papel importante en el mundo y al contrario lo que se busca dejar limpio el planeta de este tipo de explosivos que dañan los ecosistemas y el medio ambiente, al contrario se usan en las ramas de la medicina, la investigación, la generación de electricidad, la carrera espacial entre muchos otros usos.

Ventajas de la energía nuclear

La energía nuclear genera un tercio de la energía eléctrica que se produce en la Unión Europea, evitando así, la emisión de 700 millones de toneladas de dióxido de Carbono por año a la Atmósfera.
La energía nuclear puede prevenir muchas de las consecuencias en el medio ambiente que provienen del uso de los Combustibles fósiles. Una ventaja muy importante de la energía nuclear es que evita un amplio espectro de problemas que aparecen cuando se quema los combustibles fósiles (Carbón, Petróleo o Gas). Esos problemas probablemente exceden los que se originan por otra actividad humana. Uno de ellos y que ha recibido especial atención es el Calentamiento Global, el cual es responsable del cambio del clima del planeta; las llamadas lluvias ácidas, que destruyen bloques y matan a decenas de miles de personas cada año.
Una ventaja adicional de la energía nuclear es la naturaleza del combustible consumido. Petróleo y gas son las fuentes principales para la calefacción y el transporte y será difícil su reemplazo para esas aplicaciones. Hay entonces muchas razones para mantener nuestras reservas en combustibles fósiles. Uranio, es un combustible nuclear, que por otro lado, no tiene otras utilidades que la del aprovechamiento como fuente de generación energética. Las reservas de Uranio disponibles conjuntamente con los usos de los reactores reproductores permitirían abastecer a la humanidad por miles de millones de años en el suministro energético sin alterar el costo de la generación de energía producida que en cantidades del orden de 1% debido a variaciones del costo de Uranio. Por estas razones siempre es mejor el uso de energías renovables no contaminantes y menos peligrosas para la salud.

Uso de la energía nuclear

 El trazado isotópico en biología y en medicina

Planta Electro-nuclear
Planta Electro-nuclear

Los diferentes isótopos de un elemento tienen las mismas propiedades químicas. El reemplazo de uno por otro en una molécula no modifica, por consiguiente, la función de la misma. Sin embargo, la radiación emitida permite detectarla, localizarla, seguir su movimiento e, incluso, dosificarla a distancia. El trazado isotópico ha permitido estudiar así, sin perturbarlo, el funcionamiento de todo lo que tiene vida, de la célula al organismo entero. En Biología, numerosos adelantos realizados en el transcurso de la segunda mitad del Siglo XX están vinculados a la utilización de la radioactividad: funcionamiento del genoma (soporte de la herencia), metabolismo de la célula, fotosíntesis, transmisión de mensajes químicos (hormonas, neurotransmisores) en el organismo. Los isótopos radioactivos se utilizan en la medicina nuclear, principalmente en las imágenes médicas, para estudiar el modo de acción de los medicamentos, entender el funcionamiento del cerebro, detectar una anomalía cardiaca, descubrir las metástasis cancerosas.

Las radiaciones y la radioterapia

Las radiaciones ionizantes pueden destruir preferentemente las células tumorales y constituyen una terapéutica eficaz contra el cáncer, la radioterapia, que fue una de las primeras aplicaciones del descubrimiento de la radioactividad. En Francia, entre el 40 y el 50% de los cánceres se tratan por radioterapia, a menudo asociada a la quimioterapia o la cirugía. La radioactividad permite curar un gran número de personas cada año.

Las diferentes formas de radioterapia

La curioterapia, utiliza pequeñas fuentes radioactivas (hilos de platino - iridio, granos de cesio) colocados cerca del tumor. La tele radioterapia, consiste en concentrar en los tumores la radiación emitida por una fuente exterior. La inmunorradioterapia, utiliza vectores radio marcados cuyos isótopos reconocen específicamente los tumores a los que se fijan para destruirlos.

La esterilización

La irradiación es un medio privilegiado para destruir en frío los microorganismos: hongos, bacterias, virus... Por esta razón, existen numerosas aplicaciones para la esterilización de los objetos, especialmente para el material médico-quirúrgico. La protección de las obras de arte El tratamiento mediante rayos gamma permite eliminar los hongos, larvas, insectos o bacterias alojados en el interior de los objetos a fin de protegerlos de la degradación. Esta técnica se utiliza en el tratamiento de conservación y de restauración de objetos de arte, de etnología, de arqueología.

La elaboración de materiales

La irradiación provoca, en determinadas condiciones, reacciones químicas que permiten la elaboración de materiales más ligeros y más resistentes, como aislantes, cables eléctricos, envolventes termo retractables, prótesis, etc.

La radiografía industrial X o g

Consiste en registrar la imagen de la perturbación de un haz de rayos X o g provocada por un objeto. Permite localizar los fallos, por ejemplo, en las soldaduras, sin destruir los materiales.

Los detectores de fugas y los indicadores de nivel

La introducción de un radioelemento en un circuito permite seguir los desplazamientos de un fluido, detectar fugas en las presas o canalizaciones subterráneas. El nivel de un líquido dentro de un depósito, el espesor de una chapa o de un cartón en curso de su fabricación, la densidad de un producto químico dentro de una cuba... pueden conocerse utilizando indicadores radioactivos.

Los detectores de incendio

Una pequeña fuente radioactiva ioniza los átomos de oxígeno y de nitrógeno contenidos en un volumen reducido de aire. La llegada de partículas de humo modifica esta ionización. Por esta razón se realizan y se utilizan en los comercios, fábricas, despachos... detectores radioactivos sensibles a cantidades de humo muy pequeñas.

Las pinturas luminiscentes

Se trata de las aplicaciones más antiguas de la radioactividad para la lectura de los cuadrantes de los relojes y de los tableros de instrumentos para la conducción de noche.

La alimentación de energía de los satélites

Las baterías eléctricas funcionan gracias a pequeñas fuentes radioactivas con plutonio 239, cobalto 60 o estroncio 90. Estas baterías se montan en los satélites para su alimentación energética. Son de tamaño muy reducido y pueden funcionar sin ninguna operación de mantenimiento durante años.

La producción de electricidad

Esquema del funcionamiento de una planta Electro-nuclear
Esquema del funcionamiento de una planta Electro-nuclear

Las reacciones en cadena de fisión del uranio se utilizan en las centrales nucleares que, en Francia, producen más del 75% de la electricidad.

El ciclo del combustible nuclear

En un reactor, la fisión del uranio 235 provoca la formación de núcleos radioactivos denominados productos de fisión. La captura de neutrones por el uranio 238 produce un poco de plutonio 239 que puede proporcionar también energía por fisión. Sólo una ínfima parte del combustible colocado en un reactor se quema en la fisión del núcleo. El combustible que no ha sido consumido y el plutonio formado se recuperan y se reciclan para producir de nuevo electricidad. Los otros elementos formados en el transcurso de la reacción se clasifican en tres categorías de residuos en función de su actividad, para ser embalados y luego almacenados.

Medicina nuclear

La medicina nuclear es una especialidad de la medicina actual. En medicina nuclear se utilizan radiotrazadores o radiofármacos, que están formados por un fármaco transportador y un isótopo radiactivo. Estos radiofármacos se aplican dentro del organismo humano por diversas vías (la más utilizada es la vía intravenosa). Una vez que el radiofármaco está dentro del organismo, se distribuye por diversos órganos dependiendo del tipo de radiofármaco empleado. La distribución del radiofármaco es detectado por un aparato detector de radiación llamado gammacámara y almacenado digitalmente. Luego se procesa la información obteniendo imágenes de todo el cuerpo o del órgano en estudio. Estas imágenes, a diferencia de la mayoría de las obtenidas en radiología, son imágenes funcionales y moleculares, es decir, muestran como están funcionando los órganos y tejidos explorados o revelan alteraciones de los mismos a un nivel molecular. Por lo general, las exploraciones de medicina nuclear no son invasivas y carecen de efectos adversos.

Ejemplos de exploraciones

  • Gammagrafía renal: se utiliza para examinar la morfología y función de los riñones con el fin de detectar cualquier anomalía, como infecciones u obstrucción del flujo urinario.
  • Gammagrafía de tiroides: se utiliza para evaluar la morfología y función tiroideas, especialmente en el hipertiroidismo.
  • Gammagrafía ósea: se utiliza para evaluar enfermedades de los huesos y articulaciones, ya sean de origen tumoral, inflamatorio, degenerativo, traumatológico, metabólico o vascular.
  • Gammagrafía con Galio-67 (Ga-67): se utiliza para diagnosticar enfermedades inflamatorias o infecciosas activas, tumores y abscesos.
  • SPECT de perfusión miocárdica: se utiliza para el diagnóstico de la enfermedad coronaria y para evaluar su pronóstico y el estado de la función cardíaca.
  • SPECT de perfusión cerebral: se utiliza para investigar demencias, epilepsias, enfermedades cerebrales vasculares y tumores cerebrales.
  • PET-TAC: utiliza isótopos emisores de positrones para el diagnóstico y seguimiento de tumores, enfermedades cerebrales y cardíacas.
  • Cirugía radiodirigida: se utilizan radiofármacos diseñados para detectar y extraer tejidos intraoperatoriamente.
  • Tratamientos con radioisótopos: Tratamiento del hipertiroidismo y del cáncer de tiroides con Iodo-131 (I-131). Tratamiento del dolor óseo metastásico con Samario-153 (Sm-153).

Fuentes

Energía Nuclear
Usos de la Energía Nuclear
Definición de Energía Nuclear
Energía Nuclear. Monografías.com

Véase también

Plutonio

Energía Solar

Energía