Energía Nuclear

Universidad de Los Andes.
Facultad de Ingeniería.
Escuela de Eléctrica.
Introducción a la Ingeniería Eléctrica.

ENERGÍA NUCLEAR


Se le llama energía a la capacidad que poseen los cuerpos para producir Trabajo, es decir la cantidad de energía que contienen los cuerpos se mide por el trabajo que son capaces de realizar. La energía, siendo única, puede presentarse bajo diversas formascapaces de transformarse unas a otras.
Una de esas formas y transformaciones es la Energía Nuclear. Los primeros pasos que dio el hombre para la obtención y transformación de esta clase de energía, data de los años 1930-1945, cuando se obtuvo en forma artificial y controlada, para la construcción de la primera bomba atómica. Desde entonces se han realizado adelantos he investigaciones en este campopara su aplicación para el beneficio de la humanidad.
La energía nuclear es aquella que se libera como resultado de una reacción nuclear. Se puede obtener por el proceso de Fisión Nuclear (división de núcleos atómicos pesados) o bien por Fusión Nuclear (unión de núcleos atómicos livianos). En las reacciones nucleares se libera una gran cantidad de energía debido a que parte de la masa de laspartículas involucradas en el proceso, se transforma directamente en energía. Sin embargo, también nos referimos a la energía nuclear como el aprovechamiento de dicha energía para otros fines como la obtención de energía eléctrica, térmica y/o mecánica a partir de reacciones nucleares.
La energía desprendida en esos procesos nucleares suele aparecer en forma de partículas subatómicas en movimiento.Esas partículas, al frenarse en la materia que las rodea, producen energía térmica. Esta energía térmica se transforma en energía mecánica utilizando motores de combustión externa, como las turbinas de vapor. Dicha energía mecánica puede ser empleada en el transporte, como por ejemplo en los buques nucleares; o para la generación de energía eléctrica en centrales nucleares.

Hay dos formas deobtener energía en un proceso nuclear:

Fisión:
Es el utilizado actualmente en las centrales nucleares. Cuando un átomo pesado (como por ejemplo el Uranio o el Plutonio) se divide o rompe en dos átomos más ligeros, la suma de las masas de estos últimos átomos obtenidos, más la de los neutrones desprendidos es menor que la masa del átomo original. Para romper un átomo, se emplea un neutrón (ya que esneutro eléctricamente, y no es desviado de su trayectoria), que se lanza contra el átomo a romper, por ejemplo, Uranio. Al chocar el átomo queda sumamente inestable, dividiéndose en dos átomos diferentes y más ligeros que el Uranio, desprendiendo 2 ó 3 neutrones (los neutrones desprendidos, dependen de los átomos obtenidos), y liberando energía. Estos neutrones, vuelven a chocar con otros 3átomos de Uranio liberando más neutrones, energía y otros dos átomos más ligeros, y así sucesivamente, generando de esta forma una reacción en cadena, como se muestra a continuación.

Si en cada fisión provocada por un neutrón se liberan dos neutrones más, entonces el número de fisiones se duplica en cada generación. En este caso, en 10 generaciones hay 1.024 fisiones y en 80 generacionesaproximadamente 6x1023 fisiones.
Sin embargo, esta reacción en cadena se puede controlar un poco. Para mantener un control continuo de reacción nuclear, por cada 2 o 3 neutrones puestos en libertad, sólo a uno se le debe permitir dar a otro núcleo de uranio. Si esta relación es inferior a uno entonces la reacción va a morir, y si es más grande va a crecer sin control (una explosión atómica). Para controlarla cantidad de neutrones libres en el espacio de reacción debe estar presente un elemento de absorción de neutrones. La mayoría de los reactores son controlados por medio de barras de control hechas de neutrones de un fuerte material absorbente, como el boro o el cadmio.
La fisión nuclear puede ocurrir cuando un núcleo de un átomo pesado captura un neutrón, o puede ocurrir espontáneamente. La...