Energía Nuclear
1. La energía nuclear.
1. La energía nuclear.
Existen dos maneras de obtener energía a partir de los núcleos de los átomos, como consecuencia de la transformación de la materia en energía. Una de ellas es gracias a las reacciones de fisión nuclear, mediante las cuales, un núcleo pesado, se desintegra , dando lugar a dos más pequeños, eliminando gran cantidad de energía y radiactividad. Otra de las formas es mediante el fenómeno de fusión nuclear, mediante la cual, dos núcleos ligeros, se fusionan para dar lugar a un núcleo más pesado, con la liberación de cierta cantidad de energía. En el primer caso, la tecnología se ha desarrollado de una forma considerable; en el segundo caso, la tecnología aún no se ha desarrollado lo suficiente
Existen dos maneras de obtener energía a partir de los núcleos de los átomos, como consecuencia de la transformación de la materia en energía. Una de ellas es gracias a las reacciones de fisión nuclear, mediante las cuales, un núcleo pesado, se desintegra , dando lugar a dos más pequeños, eliminando gran cantidad de energía y radiactividad. Otra de las formas es mediante el fenómeno de fusión nuclear, mediante la cual, dos núcleos ligeros, se fusionan para dar lugar a un núcleo más pesado, con la liberación de cierta cantidad de energía. En el primer caso, la tecnología se ha desarrollado de una forma considerable; en el segundo caso, la tecnología aún no se ha desarrollado lo suficiente
Reacción de fisión
La radiactividad natural y la transmutación de la materia.
La radiactividad natural y la transmutación de la materia.
La radiactividad natural se descubrió por casualidad, como otros eventos de la ciencia. Henri A Becquerel, en el año 1896, descubrió al azar como una serie de núcleos pesados eran capaces de emitir espontáneamente, una serie de radiaciones, capaces de atravesar cuerpos opacos, impresionar placas fotográficas , producir descargas en cuerpos ionizados, etc. La casualidad hizo que en un cajón del escritorio de Becquerel, se guardara, herméticamente cerrado, un mineral de Uranio (Plechbenda), al lado de unas placas de fotografía sin rebelar. Madame Curie, siguió esta investigación y pudo separar una gran cantidad de elementos pesados radiactivos, como el Radio, Polonio, etc. La radiaciones pueden ser de tres tipos:
La radiactividad natural se descubrió por casualidad, como otros eventos de la ciencia. Henri A Becquerel, en el año 1896, descubrió al azar como una serie de núcleos pesados eran capaces de emitir espontáneamente, una serie de radiaciones, capaces de atravesar cuerpos opacos, impresionar placas fotográficas , producir descargas en cuerpos ionizados, etc. La casualidad hizo que en un cajón del escritorio de Becquerel, se guardara, herméticamente cerrado, un mineral de Uranio (Plechbenda), al lado de unas placas de fotografía sin rebelar. Madame Curie, siguió esta investigación y pudo separar una gran cantidad de elementos pesados radiactivos, como el Radio, Polonio, etc. La radiaciones pueden ser de tres tipos:
Radiaciones α o núcleos de Helio. Son poco penetrantes, siendo absorbidas por una simple hoja de papel. Es difícil que penetre en el cuerpo humano
Radiaciones α o núcleos de Helio. Son poco penetrantes, siendo absorbidas por una simple hoja de papel. Es difícil que penetre en el cuerpo humano
. Radiación β o electrones dotados de alta velocidad. Es más penetrante que en el caso anterior. Se requiere una lámina metálica de algunos mm. de espesor.
. Radiación β o electrones dotados de alta velocidad. Es más penetrante que en el caso anterior. Se requiere una lámina metálica de algunos mm. de espesor.
Radiación γ . Esta radiación no tiene naturaleza material, sino electromagnética de muy alta frecuencia. Es capaz de recorrer centenares de metros en el aire. Para detenerla se necesita una lámina gruesa de plomo o de hormigón
Radiación γ . Esta radiación no tiene naturaleza material, sino electromagnética de muy alta frecuencia. Es capaz de recorrer centenares de metros en el aire. Para detenerla se necesita una lámina gruesa de plomo o de hormigón
En los fenómenos de la radiactividad natural, los núcleos de una serie de átomos , se transmutan o transforman en otros átomos diferentes de una forma natural, emitiendo en el proceso distinto tipo de radiaciones. En el año 1919, Ernest Rutherford, consiguió bombardear núcleos de Nitrógeno con partículas α , dando lugar a núcleo de oxígeno y protones. La reacción nuclear es la la figura
En los fenómenos de la radiactividad natural, los núcleos de una serie de átomos , se transmutan o transforman en otros átomos diferentes de una forma natural, emitiendo en el proceso distinto tipo de radiaciones. En el año 1919, Ernest Rutherford, consiguió bombardear núcleos de Nitrógeno con partículas α , dando lugar a núcleo de oxígeno y protones. La reacción nuclear es la la figura
En la reacción nuclear, la suma de los números másicos de los reactivos, ha de ser igual a la suma de los números másicos de los productos. La suma de los números atómicos de los reactivos, ha de ser igual a la suma de los números atómicos de los productos.
En la reacción nuclear, la suma de los números másicos de los reactivos, ha de ser igual a la suma de los números másicos de los productos. La suma de los números atómicos de los reactivos, ha de ser igual a la suma de los números atómicos de los productos.
La radiactividad artificial. Energía nuclear.
La radiactividad artificial. Energía nuclear.
En el año 1934, la hija de Madame Curie, bombardearon aluminio con partículas α y obtuvieron inicialmente un isótopo de fósforo, inestable que se desintegra espontáneamente para dar lugar a un núcleo de Silicio, eliminando unas nuevas partículas: los electrones positivos o positrones.
En el año 1934, la hija de Madame Curie, bombardearon aluminio con partículas α y obtuvieron inicialmente un isótopo de fósforo, inestable que se desintegra espontáneamente para dar lugar a un núcleo de Silicio, eliminando unas nuevas partículas: los electrones positivos o positrones.
Este fenómeno recibe el nombre de radiactividad artificial. En estos procesos además de los diferentes tipos de radiaciones( α ,β ,γ ) se emiten también protones, neutrones o positrones. En todas estas reacciones nucleares, la masa de los núcleos reactivos, es mayor que la masa de los núcleos productos, por consiguiente existe una pérdida de masa. Este defecto de masa se transforma en energía por la ecuación de Einstein:
Este fenómeno recibe el nombre de radiactividad artificial. En estos procesos además de los diferentes tipos de radiaciones( α ,β ,γ ) se emiten también protones, neutrones o positrones. En todas estas reacciones nucleares, la masa de los núcleos reactivos, es mayor que la masa de los núcleos productos, por consiguiente existe una pérdida de masa. Este defecto de masa se transforma en energía por la ecuación de Einstein:
FISIÓN NUCLEAR
FISIÓN NUCLEAR
Consiste en romper un núcleo de un átomo de uranio enriquecido al 3-5% de Uranio 235 o Plutonio 239. Estos son los únicos elementos fisionables
además de inestables al estar emitiendo partículas
Las reacciones nucleares pueden dar diferentes elementos por ejemplo:
Cesio 140 y Rubidio 93 más tres neutrones o como en la figura Kriptón 91 y bario 142
Tipos de Reactores Nucleares
Se clasifican por generaciones. Actualmente estamos en la 3ª y 3ª+ Generación , entre los que destacamos el PWR (50%)y BWR (25%) En estudio están los reactores del futuro entre los que podemos destacar:
GFR-- Reactor refrigerado por Gas
VHTR Reactor de muy alta temperatura
SCWR Reactor supercŕitico de agua
SFR Reactor refrigerado por Sodio
MSR Reactor refrigerado por Sales fundidas
SMR Reactores Modulares pequeños
FUSIÓN NUCLEAR
FUSIÓN NUCLEAR
La reacción de fusión es el proceso mediante el cual dos núcleos ligeros se unen para formar un nucleo más pesado. Dependiendo de los elementos que se fusionen, la masa del núcleo resultante puede ser ligeramente inferior a la suma de las masas de los núcleos ligeros. La diferencia de masa se libera en forma de energía en la reacción según la ecuación E = mc2. Esto es mucha energía. Por tanto, la fusión nuclear es una forma muy eficiente para generar energía, mucho más que cualquier proceso químico, tal como la quema de madera o petróleo: una reacción de fusión puede liberar aproximadamente 10 millones de veces la energía liberada por una reacción química.
La reacción de fusión es el proceso mediante el cual dos núcleos ligeros se unen para formar un nucleo más pesado. Dependiendo de los elementos que se fusionen, la masa del núcleo resultante puede ser ligeramente inferior a la suma de las masas de los núcleos ligeros. La diferencia de masa se libera en forma de energía en la reacción según la ecuación E = mc2. Esto es mucha energía. Por tanto, la fusión nuclear es una forma muy eficiente para generar energía, mucho más que cualquier proceso químico, tal como la quema de madera o petróleo: una reacción de fusión puede liberar aproximadamente 10 millones de veces la energía liberada por una reacción química.
Desfortunadamente, los dos núcleos ligeros se encuentran cargados positivamente y se repelen. Para superar esta fuerza de repulsión y que la fuerza nuclear (siempre atractiva y de corto alcance) pueda actuar, los núcleos deben moverse a velocidades suficientemente altas (lo cuál implica una temperatura muy elevada). A muy altas temperaturas el combustible se encuentra en forma de plasma (los electrones dejan de estar ligados a los núcleos atómicos). Para que se produzca un número suficiente de reacciones de fusión debe haber un número suficiente de núcleos atómicos (alta densidad) y han de permanecer en esta situación durante un tiempo suficientemente largo como para que las reacciones nucleares tengan lugar. En este estado se dice que existe ‘confinamiento’ del combustible (plasma). La calidad de confinamiento se mide por el triple producto de la densidad del plasma, de su temperatura, y del tiempo de confinamiento. Cuando el producto de estas tres cantidades excede un determinado valor (dado por el ‘criterio de Lawson’ ) entonces podemos decir que el plasma se encuentra en ignición, es decir, la energía liberada por las reacciones de fusión es suficiente para mantener la temperatura del plasma.
Desfortunadamente, los dos núcleos ligeros se encuentran cargados positivamente y se repelen. Para superar esta fuerza de repulsión y que la fuerza nuclear (siempre atractiva y de corto alcance) pueda actuar, los núcleos deben moverse a velocidades suficientemente altas (lo cuál implica una temperatura muy elevada). A muy altas temperaturas el combustible se encuentra en forma de plasma (los electrones dejan de estar ligados a los núcleos atómicos). Para que se produzca un número suficiente de reacciones de fusión debe haber un número suficiente de núcleos atómicos (alta densidad) y han de permanecer en esta situación durante un tiempo suficientemente largo como para que las reacciones nucleares tengan lugar. En este estado se dice que existe ‘confinamiento’ del combustible (plasma). La calidad de confinamiento se mide por el triple producto de la densidad del plasma, de su temperatura, y del tiempo de confinamiento. Cuando el producto de estas tres cantidades excede un determinado valor (dado por el ‘criterio de Lawson’ ) entonces podemos decir que el plasma se encuentra en ignición, es decir, la energía liberada por las reacciones de fusión es suficiente para mantener la temperatura del plasma.
En las estrellas, y por tanto en nuestro sol, el confinamiento del plasma viene dado por la enorme fuerza gravitatoria. En la tierra hay dos métodos principales para conseguir el confinamiento: el confinamiento inercial, que se consigue comprimiendo una pastilla de combustible mediante láseres, y el confinamiento magnético, que se obtiene aplicando un campo magnético muy intenso.
En las estrellas, y por tanto en nuestro sol, el confinamiento del plasma viene dado por la enorme fuerza gravitatoria. En la tierra hay dos métodos principales para conseguir el confinamiento: el confinamiento inercial, que se consigue comprimiendo una pastilla de combustible mediante láseres, y el confinamiento magnético, que se obtiene aplicando un campo magnético muy intenso.
Las diferentes reacciones de fusión posibles requieren distintos valores de temperatura y densidad para alcanzar una eficiencia óptima. Los estudios actuales se concentran principalmente en la reacción Deuterio-Tritio (dos isótopos del Hidrógeno), ya que esta es una de las más fáciles de conseguir, aunque es posible que los reactores del futuro se basen en otras reacciones. Incluso para esta reacción, las temperaturas requeridas superan los 100 milliones de grados centígrados. Estas condiciones ya se han conseguido en el laboratorio.
Las diferentes reacciones de fusión posibles requieren distintos valores de temperatura y densidad para alcanzar una eficiencia óptima. Los estudios actuales se concentran principalmente en la reacción Deuterio-Tritio (dos isótopos del Hidrógeno), ya que esta es una de las más fáciles de conseguir, aunque es posible que los reactores del futuro se basen en otras reacciones. Incluso para esta reacción, las temperaturas requeridas superan los 100 milliones de grados centígrados. Estas condiciones ya se han conseguido en el laboratorio.
La fusión como método de generación de energía tiene importantes ventajas medioambientales y de seguridad. Ya que la reacción de fusión no es una reacción en cadena, no es posible que se pierde el control de la misma. En cualquier momento se puede parar la reacción, cerrando sencillamente el suministro de combustible. La materia para el combustible, deuterio y litio, está disponible en cualquier parte, y hay suficiente materia para la generación de energía durante millones de años. Además, la fusión no produce gases que contribuyan al efecto invernadero. La reacción en sí sólo produce helio, un gas no nocivo, usado para los globos de los niños.
La fusión como método de generación de energía tiene importantes ventajas medioambientales y de seguridad. Ya que la reacción de fusión no es una reacción en cadena, no es posible que se pierde el control de la misma. En cualquier momento se puede parar la reacción, cerrando sencillamente el suministro de combustible. La materia para el combustible, deuterio y litio, está disponible en cualquier parte, y hay suficiente materia para la generación de energía durante millones de años. Además, la fusión no produce gases que contribuyan al efecto invernadero. La reacción en sí sólo produce helio, un gas no nocivo, usado para los globos de los niños.
Inconvenientes de la fusión nuclear:
Inconvenientes de la fusión nuclear:
- Alcanzar el estado de plasma . Temperaturas superiores a 15.000.000 º C
- Confinamiento
- Sacar la energía generada
