Reactores nucleares
Reactores de fisión
Las centrales nucleares actualmente en funcionamiento utilizan como generadores de energía los llamados reactores de fisión. Estos dispositivos aplican el principio de la fisión nuclear para descomponer núcleos de uranio 235 o plutonio 239 mediante su bombardeo con neutrones de baja energía, llamados neutrones térmicos.
En los reactores de fisión, las reacciones nucleares son autosostenidas, y se mantienen gracias a la obtención de nuevos neutrones que alimentan una reacción en cadena. El número medio de neutrones de cada proceso de fisión que es capaz de inducir nuevas fisiones con otros núcleos del material combustible se denomina factor de multiplicación.
Los neutrones que provocan las reacciones de fisión han de ser térmicos (de baja energía), por lo que los que resultan de las propias reacciones se han de frenar para que induzcan nuevos procesos reactivos. Para este propósito se usan elementos llamados moderadores, normalmente materiales de núcleos ligeros, como agua o carbono.Reactores de fusión
Los riesgos inherentes a los reactores de fisión y la relativa escasez de combustibles que los alimenten han propiciado investigaciones para el desarrollo de reactores de fusión nuclear. Estos reactores ofrecen dos ventajas sustanciales a los de fisión:
- Usan deuterio (hidrógeno 2) como combustible nuclear esencial, un material que está presente en grandes cantidades en el agua del mar.
- No producen residuos radiactivos peligrosos.
No obstante, los reactores de fusión se enfrentan a una dificultad tecnológica de compleja resolución: requieren una energía de activación elevadísima (superior a 10 keV, lo que implica una temperatura de 108 K), y las energías desprendidas en los procesos son extraordinariamente altas y difíciles de controlar. Actualmente, se investigan esencialmente dos técnicas para la construcción de reactores de fusión:
- Confinamiento magnético: en el que se utilizan campos magnéticos de gran intensidad para confinar los núcleos en trayectorias cerradas que siguen las líneas de campo.
- Confinamiento inercial: que se basa en el uso de cápsulas de hidrógeno que se irradian con haces de radiación láser de alta potencia.
Reactor de fusión «Tokamak» del Joint European Torus.
Radiaciones ionizantes
Uno de los riesgos inherentes a las reacciones nucleares es la generación de radiaciones ionizantes, susceptibles de provocar daños en los organismos humanos, animales y vegetales. Se llama radiación ionizante a un flujo de partículas de alta energía capaces de provocar de manera directa o indirecta la ionización de los átomos sobre los que inciden. Las partículas constituyentes de estas radiaciones pueden ser fotones, electrones, neutrones, protones, partículas alfa (núcleos de helio 4), neutrinos, etc.
En los organismos vivos, la ionización de los átomos que producen estas radiaciones provoca alteraciones en sus propiedades eléctricas, químicas y físicas, así como lesiones, mutaciones genéticas y otros daños.
Por todo ello, se han definido magnitudes que determinan la cantidad de energía que transfieren las radiaciones ionizantes a la materia. La principal de estas magnitudes es la dosis absorbida, que se define como la cantidad de energía que deposita la radiación ionizante en la materia por unidad de masa. En el Sistema Internacional, la dosis se mide en julios por kilogramo (J/kg), también llamado gray (símbolo Gy).
Por otra parte, se llama dosis equivalente a una magnitud determinada a partir de la corrección de la dosis absorbida mediante la aplicación de factores numéricos que ponderan la sensibilidad de cada tejido a la radiación. La unidad de dosis equivalente es el sievert (símbolo Sv), que también se mide en julios por kilogramo (J/kg).Cuadro ilustrativo de los riesgos asociados a la radiación ionizante.
Protección frente a la radiactividad
Para evitar daños producidos por radiaciones ionizantes, la Comisión Internacional de Protección Radiológica ha definido algunos principios generales de aplicación obligatoria en todas las instalaciones nucleares:
- La exposición a radiaciones ionizantes debe estar siempre justificada, de manera que los beneficios que se espera obtener de ella superen al daño originado.
- Las exposiciones a dosis ionizantes deben cumplir el principio ALARA (del inglés, As Low As Reasonable Achievable, o tan bajas como sea razonablemente posible).
- Las exposiciones deben regirse por las tablas sobre dosis prescritas por los organismos reguladores, y nunca superar los niveles máximos permitidos.
- Sólo las personas debidamente autorizadas podrán acceder a las instalaciones donde se generen radiaciones ionizantes.
- Los trabajadores de centros nucleares deben someterse a revisiones sanitarias periódicas y frecuentes, y llevar puesto un dispositivo de medida de dosis de radiación.
Producción nuclear
La energía nuclear de uso civil se emplea en un número reducido de países del mundo. Así a finales de la década de 1990, el principal productor era Estados Unidos, con más del 30% de la generación mundial de electricidad en centrales nucleares. Después, se situaban Francia, con casi el 16% y un alto porcentaje de la electricidad nacional obtenida de centrales nucleares; Rusia y otros países de la antigua Unión Soviética, con el 10%; Japón, con un porcentaje similar, y Alemania, con algo más del 7%.
Accidentes nucleares
Dosis anual media de radiaciones ionizantes establecida para diversos grupos profesionales.
A finales de abril de 1986, uno de los reactores de la central nuclear de Chernóbil, en Ucrania, estalló y lanzó la atmósfera grandes cantidades de sustancias radiactivas que se dispersaron por amplias regiones de Ucrania, Rusia y Bielorrusia, y fueron detectadas en todos los países europeos. La cifra oficial de muertos en el accidente fue de 32 personas, si bien los afectados por enfermedades asociadas a las radiaciones ionizantes recibidas se contabilizaron por miles. Años antes, en 1979, se había producido otro serio incidente en la central de Three Mile Island, en Harrisburg, Pensilvania, Estados Unidos, cuando una cantidad importante de sustancias radiactivas escapó a la atmósfera por la avería de un reactor; aunque el accidente de Harrisburg no produjo víctimas, tuvo un efecto muy negativo en el desarrollo de la industria nuclear estadounidense.
Propulsión nuclear
Desde 1959, en que el Gobierno estadounidense botó el Savannah en el puerto de Camden, Nueva Jersey, la energía nuclear se ha utilizado como medio de propulsión de diversas naves, ya sean embarcaciones de superficie o submarinos. Sobre todo en el ámbito militar, la propulsión nuclear se ha convertido en una de las fuentes de energía más rentable en términos económicos, de potencia y de mantenimiento.