Energía Nuclear: Qué, cómo, ventajas y riesgos

La Energía Nuclear es la energía que proviene del núcleo atómico, ya sea, producto de una Fisión o separación de partículas que conforman un núcleo, o bien, de una Fusión o unión de partículas que conforman distintos núcleos atómicos.

Un ejemplo relativo a Fisión Nuclear (nucleidos pesados) nos puede entregar el átomo de Uranio-235, obtenido mediante el procesamiento del mineral de mismo nombre, el que al entrar en contacto con un neutrón (partícula incidente) que gatilla la división de su núcleo, libera una gran cantidad de energía que puede ser aprovechada para diversos fines. A partir de la década del 50′ casi la totalidad de los reactores nucleares que han sido construidos y puestos en operación en el mundo han basado su funcionamiento en la Fisión del átomo, por lo que es una tecnología madura en muchos países del orbe como Francia, Estados Unidos, Canadá, Corea del Sur, Japón, entre otros.

Con respecto a la energía obtenida a partir de la Fusión Nuclear, podemos ejemplificar mediante las reacciones que ocurren permanentemente en el Sol. Esta estrella, del tipo espectral G2, está formada mayoritariamente por Hidrógeno y sun-11582_1280Helio, los cuales son elementos livianos que van reaccionando de manera continua principalmente mediante la denominada Cadena P-P (protón-protón), donde a partir de la interacción de 2 protones con un átomo de Hidrógeno-2 y producto de las condiciones de alta temperatura que posibilita la formación de plasma, se obtiene principalmente como resultado la formación de Helio-4 y la generación de una enorme cantidad de energía. Actualmente en el planeta, el aprovechamiento de la energía por Fusión Nuclear está en etapa de Investigación y Desarrollo, aún con resultados inciertos, pero que en caso de llegar a buen puerto promete cambios radicales muy positivos respecto a la manera en como se genera hoy en día la energía.

Las aplicaciones pacíficas de la Energía nuclear comprenden un amplio rango que abarca, entre otras:

• Generación de energía eléctrica
• Irradiación de alimentos
• Esterilización de instrumentos quirúrgicos y tejidos biológicos
• Imagenología y otros procedimientos médicos
• Combustible para dispositivos espaciales
• Propulsión para transporte marítimo

Generación de energía eléctrica

De todas las anteriores, la mas conocida por la población es la generación de electricidad a gran escala. En el mundo existían en operación 435 reactores comerciales, siendo la distribución de la cantidad de reactores por país la que se muestra a continuación:

Asimismo, una de las características mas notables de la Energía Nuclear es la gran cantidad de energía que puede generar cada reactor instalado en una superficie relativamente pequeña, la que puede sobrepasar perfectamente los 1000 MWe con una superficie de 1.122 m2, equivalente en términos de potencia a aproximadamente 17 plantas eólicas de 60 MWe con una superficie de 10.820.000 m2 cada una y a 4 plantas solares de 250 MWe con una superficie de 15.000.000 m2 cada una, lo que se puede apreciar en el siguiente gráfico:

Como se puede ver, una gran cantidad de energía es posible generar en una pequeña superficie en comparación con otras tecnologías también libres de Gases de Efecto Invernadero, lo que ha contribuido a que muchos países desarrollados opten por incluir dentro de sus matrices energéticas a la Energía Nuclear desde hace ya muchos años atrás. En particular, la Capacidad Instalada o Potencia Nominal en el mundo llega actualmente a los 372.801 MWe, liderada por Estados Unidos, seguido de Francia y posteriormente Japón. En Sudamérica, Argentina y Brasil ya tienen en operación reactores nucleares de potencia. En cuanto a participación de la Energía Nuclear en la generación de electricidad, Francia ocupa el liderazgo con casi un 75% de su matriz energética basada energía atómica.

Irradiación alimentos y esterilización materiales médicos

Otra  aplicación interesante de la Energía Nuclear es la irradiación de alimentos, la que básicamente consiste en exponer los alimentos a niveles adecuados de radiación con la finalidad de eliminar microorganismos, y en consecuencia conservar por mas tiempo los alimentos aumentando de esta manera el período posible de consumo por parte de las personas, protegiendo al mismo tiempo la salud de cada consumidor.

Para esto se pueden utilizar varios isótopos, siendo el mas usado por la industria nuclear el isótopo de Cobalto-60, el cual al decaer emite radiación (rayos gama) la que al entrar en contacto con cada alimento expuesto, dentro de un reactor seguro y destinado para estos fines, elimina aquellos microorganismos perjudiciales.

Al respecto, existen décadas de estudio que avalan hasta el momento la utilización de esta técnica, la cual es aceptada por organismos internacionales como la Organización Mundial de la Salud (OMS), la Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) y la International Atomic Energy Agency (IAEA).

infopobla187Análogo a lo anterior, la esterilización de materiales médicos (utensilios quirúrgicos, tejidos biológicos, entre otros) mediante radiación ha tomado gran aceptación en el mundo, debido a la existencia de otros químicos extremadamente tóxicos como el Óxido de Etileno, que han sido reemplazados con el paso del tiempo por los rayos gamma, por presentar mayor efectividad y un menor riesgo para quienes realizan la labor de esterilización y para los mismos pacientes.

La radiación por rayos gamma tiene la particularidad de ser simultánea, instantánea y completa para cada artículo, sea biológico o no, así como también estable térmicamente lo que ayuda a someter sin ningún problema, distintos materiales sensibles a los aumentos de temperatura, como los tejidos para injertos, algunos plásticos, entre otros.

Imagenología y procedimientos médicos

Actualmente en el mundo se llevan a cabo una variada gama de aplicaciones nucleares en la medicina, las más comunes de ellas son la típica Radiografía y la Tomografía Computarizada (en 3D), en donde una persona es expuesta a una fuente principalmente de Rayos X o Rayos Gama los que penetran las partes blandas y duras del cuerpo humano, para posteriormente proyectarse en una placa fotográfica que es utilizada por los médicos para el diagnóstico de diversas dolencias mediante en el análisis visual de dichas placas. Asimismo, también este tipo de tecnología es utilizada en ciertas actividades industriales con la finalidad de revisar de mejor forma la estructura de diversos dispositivos como aviones, maquinaria pesada, cohetes espaciales, etc. Cabe destacar que la diferencia principal entre los Rayos X y los Rayos Gama, es que estos últimos tienen una mayor longitud de onda lo que los convierten en rayos mas penetrantes y de mayor interacción con la materia. Asimismo, los Rayos X principalmente basan su origen en los electrones, mientras que los Rayos Gama son obtenidos a partir del Decaimiento de Nucleidos Radioactivos, principalmente Cobalto-60, el Cesio-137 o el Iridio-192.

El Gamma Knife o Radiocirugía por Rayos Gama, es un tipo de terapia por radiación utilizada para tratar principalmente tumores y otras anomalías cerebrales. En este procedimiento, el paciente es expuesto aproximadamente a 200 haces de Rayos Gama (radiación) obtenidos a partir del decaimiento del isótopo Cobalto-60, los que son dirigidos hacia un blanco u objetivo que generalmente es un tumor alojado en el cerebro. La cabeza del paciente es colocada en un dispositivo muy parecido a un casco que posee múltiples salidas por donde penetran los Rayos Gama hacia el cerebro, entregando de esta forma una cantidad importante de radiación focalizada solo en el blanco u objetivo a eliminar, con lo que se obtiene una gran precisión, daños mínimos alrededor del blanco y efectos secundarios muy acotados en los pacientes.

Combustible para dispositivos espaciales

Otra aplicación bastante interesante y con altas proyecciones en el futuro es la utilización de la Energía Nuclear como combustible en dispositivos espaciales, mediante un componente denominado Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator (MMRTG).

Dicho componente utiliza como insumo principal el Dióxido de Plutonio (238PUO2), isótopo que al decaer genera de manera natural calor que es convertido en electricidad.  El combustible 238PuO2 es fabricado a partir del bombardeo de Neptunio-237 (producto de decaimiento del Uranio-238) con Neutrones en un reactor rápido, el que posteriormente es puesto a disposición en forma de pellets cilíndricos que ofrecen una excelente estabilidad química, un punto de fusión alto (>2.450°C) y compatibilidad química con el material del contenedor del cilindro, una aleación de iridio. El proceso específico de fabricación de los pellets cilíndricos consiste en un prensado en caliente una mezcla de gránulos sinterizados de 238PuO2 preparados desde polvo oxalato de plutonio calcinado.

Dicho prensado en caliente provee el control dimensional necesario y la densidad nominal del pellet producido. Tanto el sinterizado de los gránulos como el procesamiento en caliente, requieren de un control estricto para minimizar el agrietamiento y para expulsar el pellet desde el molde a presión caliente. Una densidad uniforme del pellet y una distribución de gran porosidad intergranular en la microestructura, provee la estabilidad dimensional y la liberación requerida para el decaimiento en la temperatura elevada de uso. Este isótopo de Pu-238 es idóneo como combustible para aplicaciones espaciales, ya que produce 280 veces calor en su decaimiento que el isótopo Pu-239.

Como podemos apreciar, la Energía Nuclear es parte de nuestras vidas a través de una variada gama de aplicaciones, algunas de ellas mas cercanas a nuestra vida diaria y otras que están a la vanguardia tecnológica. No es de extrañar que la energía del átomo, el cual forma parte de toda la materia que conocemos, esté presente y disponible para ayudarnos a mejorar nuestra calidad de vida, por lo cual invitamos a explorar este mundo y conocer un poco más.

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Información complementaria:

– Derribando mitos sobre la energía nuclear: En este video, el Ingeniero, Doctor en Física de Partículas y Divulgador Científico español Javier Santaolalla, junto a @operadornuclear, nos entregan evidencias, datos e información clave que derriba los más importantes mitos sobre la utilización de la energía nuclear.
– Energía limpia para la vida.        
– Fusión para el futuro.        
– Resistentes a la radiación.         
– Albert Einstein (1879-1955).     
– Bomba de hidrógeno vs. bomba atómica.              

Imagen de cabecera: pixabay.com.

Fuente: cienchile.cl