Fusión y Fisión Nuclear

Fusión Nuclear

Definición: Reacción nuclear por la cual dos átomos ligeros de carga similar se unen para formar uno más pesado, liberando o absorbiendo gran cantidad de energía (energía del sol y estrellas). Si la masa del núcleo resultante es menor que la masa de hierro (m < m_Fe), se libera energía; si es mayor (m > m_Fe), se absorbe energía.

Requisitos para la Fusión Nuclear:

1. Alta temperatura: Se necesita una alta temperatura para formar un nuevo estado de la materia llamado plasma.
2. Confinamiento: Es necesario confinar el plasma en un espacio reducido para que se produzcan las reacciones de fusión.
3. Densidad suficiente del plasma: La densidad del plasma debe ser lo suficientemente alta para que las partículas choquen entre sí con la frecuencia necesaria para que se produzcan las reacciones de fusión.

Métodos de Confinamiento:

1. Gravitatorio: La gravedad confina las partículas en un espacio lo suficientemente restringido para que se produzcan las reacciones (como en el sol).
2. Magnético: Las partículas eléctricamente cargadas son atrapadas en un espacio reducido por la acción de un campo magnético. Un ejemplo es el Tokamak.
3. Inercial: Se crea un medio tan denso que las partículas no pueden escapar sin chocar entre sí.

Tokamak:

Es un aparato cuyo objetivo es obtener la fusión de partículas de plasma para conseguir la reacción nuclear de dos partículas ligeras en una más estable de peso medio y producir energía.

ITER (Reactor Termonuclear Experimental Internacional):

• Proyecto internacional del Tokamak.
• Objetivo: Probar los elementos necesarios para construir un reactor de fusión nuclear.
• Fines: Comercial, tecnológico, científico.
• Socios: UE, Rusia, Corea del Sur, China, India y Japón (EEUU y Canadá).

Fisión Nuclear

Definición: Reacción por la cual, al hacer incidir neutrones sobre un núcleo pesado, este se divide en dos, liberando mucha energía y emitiendo 2 ó 3 neutrones.

Tipos de Fisión:

• Controlada: Se evita el bombardeo con todos los neutrones liberados para controlar la reacción en cadena (energía nuclear).
• Incontrolada: Se produce una reacción en cadena descontrolada, como en las armas nucleares.

Central Nuclear

Definición: Instalación industrial que genera energía eléctrica a partir de energía nuclear.

Elementos de una Central Nuclear:

1. Reactor: Dispositivo donde se produce la fisión nuclear.
2. Controlador: Captura neutrones en exceso (Cd).
3. Blindaje: Evita que la radiación se escape y cause contaminación.
4. Sistema de refrigeración: Evita el calentamiento excesivo del reactor.

Elementos de un Reactor Nuclear:

• Combustible: Material fisionable (como el uranio).
• Moderador: Frena los neutrones liberados para aumentar la probabilidad de fisión.
• Reflector: Reduce la pérdida de neutrones.

Tipos de Reactores Nucleares:

• Generadores de energía: Extraen la energía cinética en forma de calor y la transforman en energía eléctrica, haciendo hervir agua y llevando el vapor hasta las turbinas.
• Reactores de investigación: Utilizados para producir neutrones para la investigación en áreas como la física del estado sólido o la física nuclear.
• Convertidores: Usados para convertir materiales no fisionables en materiales fisionables, bombardeándolos con neutrones térmicos.

Ventajas e Inconvenientes de la Fusión y Fisión Nuclear

Ventajas:

Fusión Nuclear:

• Fuente de energía casi inagotable.
• Produce más energía que la fisión nuclear.
• No produce desechos radioactivos directos.
• Recurso energético potencial a gran escala.
• El hidrógeno utilizado como combustible es abundante y no radioactivo.

Fisión Nuclear:

• Escasa contaminación atmosférica, solo produce vapor de agua.
• Alto rendimiento energético.
• Produce una gran cantidad de electricidad.

Inconvenientes:

Fusión Nuclear:

• Poco rentable para producir energía en la actualidad.
• Produce residuos radioactivos, aunque en menor cantidad que la fisión.
• Es un proceso tecnológicamente complejo y aún no viable a gran escala.

Fisión Nuclear:

• Riesgo de contaminación radiactiva en caso de accidente.
• Produce residuos radioactivos de larga duración.
• Difícil eliminación rápida y segura de los residuos radioactivos.
• Fuente de energía agotable (uranio).
• Puede producir accidentes nucleares con graves consecuencias.

Desastres Nucleares

Three Miles Island (EEUU):

• Causa: Error de mantenimiento y una válvula defectuosa llevaron a una pérdida de refrigerante. Provocó daños al núcleo del reactor y liberación de productos radioactivos.
• Consecuencias: Daños materiales y tensión psicológica en la población.

Chernobyl (Ucrania):

• Causa: Reactor nuclear explotó y ardió durante unas pruebas no autorizadas.
• Consecuencias: Muertes, enfermedades por radiación y contaminación a gran escala.

Vandellós I (Tarragona, España):

• Causa: Fallo en el sistema de refrigeración.
• Consecuencias: No hubo daños graves (la central estaba en parada segura).