Ciencias.es

Una guía, con definiciones y explicaciones, para todos aquellos que deseen aprender sobre la energía nuclear y cómo funciona.

Uno mira películas de terror donde monstruos y mutantes radiactivos atacan el mundo. Godzilla, Mad Max, incluso las Tortugas Ninja son parte del imaginario asociado a la energía nuclear. Pero, ¿qué es realmente?

El átomo

Toda la materia en el universo está compuesta por átomos. Para mantener la explicación simple, supondremos que un átomo es como un pequeño sistema solar donde los electrones mantienen una órbita alrededor del núcleo como si fueran planetas alrededor del Sol. Todos los átomos están compuestos entonces por el núcleo y los electrones, a gran escala.

El núcleo

La energía nuclear proviene de aquí. El núcleo está formado por protones y neutrones. Los protones son partículas positivas y son los que mantienen a los electrones en órbita, ya que al ser del polo opuesto se atraen. Los neutrones tienen aproximadamente el mismo tamaño, pero son eléctricamente neutros.

Separados

Los elementos se clasifican de mayor a menor, según el número de protones en el núcleo. Por ejemplo, el Hidrógeno tiene solo un protón, así que es el más pequeño. El oxígeno tiene en general ocho protones y ocho neutrones. El núcleo se mantiene gracias a fuerzas entre los protones y neutrones en balance. Pero si hay demasiada cantidad de uno o ambos, o una cantidad insuficiente de uno, se emite el exceso de partículas para balancear y estabilizar el átomo.

La radiación

Esa emisión no es otra que la famosa radiación. Puede ser radiación alfa, de dos protones y dos electrones o beta, de un electrón o un positrón- que es un electron positivo. Cuando un átomo emite partículas subatómicas, no se restaura el balance, hace falta reacomodar el núcleo. Como el orden que tenga menor nivel de energía es el más estable, con cada radiación alfa o beta se libera esa energía en forma de un tercer tipo de radiación: la radiación gama, que es un fotón de altísima energía.

Una curiosidad es que la radiación gama es igual a los rayos X, la única diferencia está en su origen: la gama proviene de cambios energéticos en el núcleo, mientras que la X se origina en la capa de electrones.

Las reacciones nucleares

Muchas reacciones nucleares se dan constantemente. La más famosa es la que forma carbono-14. Radiación cósmica, de muy alta energía, llega a la atmósfera y choca contra el núcleo de átomos de nitrógeno. La reacción hace que emita un protón y se convierte en carbono con más neutrones del promedio. Este tipo de átomos se llaman isótopos, y a lo largo del tiempo vuelven a convertirse en nitrógeno emitiendo rayos beta. Las plantas absorben este carbono, e indirectamente todos los seres vivos. Gracias a ello se puede calcular la edad de algunos restos y fósiles, contando la cantidad de carbono-14 que queda.

La energía nuclear

En la energía nuclear comercial, se utiliza un método conocido como fisión. Consiste en dispararle un neutrón a un átomo, lo cual lo divide o fisiona en varios átomos distintos, disparando más neutrones que fisionan más átomos. Esta reacción en cadena libera la energía que antes se usaba para mantener unido al núcleo. Muy pocos átomos tienen las características necesarias para que esto ocurra.

Puede ser controlada en cierta medida en un reactor nuclear, que calienta agua para hacer mover poderosas turbinas que generan electricidad. El inconveniente es que los átomos que quedan también son inestables, pero no sirven para crear reacciones en cadena por lo que no sirven para nada y siguen emitiendo radiación muy peligrosa. Estos desperdicios nucleares son un gran problema para la sociedad y uno de los motivos por los que se buscan métodos alternos de energía.

La otra energía nuclear

Hasta ahora hemos visto casos de fisión, donde los átomos se dividen. Pero… ¿Y si se combinan? La fusión nuclear consisten en eso. En el caso de la fisión, la energía obtenida proviene de la energía guardada en los enlaces del núcleo, de una forma análoga en la que obtenemos energía de los enlaces químicos. La fusión es algo completamente diferente.

E=MC²

Cuando se fusiona hidrógeno se obtiene helio… Pero no cualquier helio. Comparado con el helio “normal”, el formado por la fusión tiene menos masa. ¿Qué pasó con la masa que falta? Se convirtió en pura energía. La famosa ecuación de Einsten, la energía es igual a la masa por la velocidad de la luz al cuadrado. Para hacerse una idea del significado de ello, un gramo de hidrógeno fusionado produce tanta energía como diez toneladas de combustible fósil. Para la fusión, se utiliza un isótopo de hidrógeno que es más fácil de fusionar, llamado deuterio. Otro isótopo más raro, el tritio, también puede usarse.

Las limitaciones

La fusión nuclear todavía no puede implementarse con éxito debido a que requiere varios millones de grados y de unidades de presión para ocurrir. Y libera tanta energía que sería difícil o imposible controlarla, incluso contenerla. Por eso, fuera de experimentos, se utiliza sólo en armamento nuclear.

Hay una excepción, claro. Las estrellas son reactores nucleares gigantes, donde se fusiona hidrógeno, helio y otros elementos, para generar luz y calor. La energía solar no es otra cosa que un derivado de la energía nuclear.

Hollywood

Los efectos de la radiación son terribles en los seres vivos, porque al tener tanta penetración y tanta energía, alteran la estructura celular y el ADN. Las mutaciones provocan diferentes tumores, malignos y benignos, esterilidad, deformaciones en los bebés de mujeres embarazadas, intoxicación de radiactividad, etc. Esos terribles efectos fueron exagerados y explotados por la industria del cine, debido a la atracción morbosa y la fascinación por una tecnología y una ciencia que pocos comprenden.

Tags: alfa, átomo, beta, energia, energía atómica, energía nuclear, fisión, fusión, gama, radiación, radiactividad