Energía nuclear y radiación

publicado el 29 Nov, 2012 Blog Física atómica y nuclear

  Desde tiempos prehistóricos, el hombre ha tratado siempre de emplear los recursos naturales presentes en su medio para su propio consumo, sustento y desarrollo. Con el tiempo, los seres humanos aprendieron no solo a no depender de la naturaleza, sino a emplear las diversas fuentes de energía que en ella existen, para la realización de trabajos y tareas que requerían un gran esfuerzo o que, de otra manera, eran irrealizables hasta ese momento, como el empleo de animales para el transporte de pesadas cargas, o los primitivos molinos de viento y agua para moler el trigo.

  Sin embargo, fue en los siglos XVIII-XIX cuando se llegó a un importante punto de inflexión durante la Revolución Industrial, que supuso el mayor avance social y tecnológico de la historia de la humanidad desde el Neolítico: la aparición y el uso sucesivo de combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas natural, etc.) aumentó la producción de las factorías de la época hasta niveles muy altos, permitiendo una rápida expansión del comercio y un severo aumento de la población mundial.

  A pesar de ello, la extracción de combustibles fósiles es un proceso lento y caro de gestionar, y eso propició que, durante el siglo XX, se desarrollase el uso de la energía nuclear gracias a un nuevo concepto: la fisión nuclear. Se trata de un proceso exotérmico que, mediante la ruptura o separación del núcleo del átomo, libera una cantidad de energía muy superior a la de las clásicas reacciones químicas, cuyo origen es la corteza electrónica del átomo y no su núcleo.

  Este proceso tiene lugar de manera controlada en el interior de un reactor nuclear (imagen 1), esto es, un nodo de una central en el cual existen importantes medidas de seguridad. En primer lugar, para limitar los efectos de la reacción nuclear, se dosifica la presión en el interior de reactor, así como la temperatura mediante un sistema de refrigeración por válvulas que impide un calentamiento desmesurado de los materiales físicos componentes del blindaje que envuelven el nodo donde la reacción tiene lugar, evitando la posibilidad de que se fundan. Así mismo, estos propios materiales están hechos de elementos químicamente muy estables e incluso inertes, es decir, que su tendencia a participar en una reacción es ínfima o nula debido a la predisposición natural del elemento a no reaccionar, con independencia de cuales sean las condiciones a las que sea sometido. Existe un medio para absorber un posible exceso de radiación de neutrones, y para ello se emplean barras de seguridad hechas por aleaciones de acero-boro o plata-cadmio.

  Además, el proceso casi simultáneo de calentamiento-refrigeración, a pesar de la fiabilidad e integridad de los componentes de seguridad anteriormente citados, puede conducir a su deterioro con el paso de los años debido al proceso de dilatación-contracción que sufre con regularidad. Por este motivo, las centrales nucleares están sujetas a importantes y muy serias inspecciones gubernamentales todos los años, pues una posible brecha o fisura podría provocar una fuga de material radiactivo a la atmósfera, con severas consecuencias.

  Pero, ¿qué ocurre cuando, por las circunstancias que sea, este material es liberado a la atmósfera?

  Como ya dijimos, el proceso de fisión separa el núcleo atómico en dos, liberando una enorme cantidad de energía. Veamos el ejemplo de Fukushima:

El material empleado en mayor abundancia en la central nipona es el Uranio (U235) (imagen 2) que, al sufrir el proceso de fisión, se descompone en dos isótopos altamente radiactivos de Cesio y Rubidio, dando paso a la temida radiación nuclear, esto es, la transmisión de estos isótopos por el aire. Este fenómeno tiene la capacidad de arrancar electrones de los átomos que constituyen la materia, razón por la cual se la conoce como radiación ionizante. Además, afecta a los seres vivos de diversas formas, según el tipo de radiación ionizante al que sean expuestos (imagen 3):

 – Radiación Alfa: Emitida por elementos muy pesados, el núcleo de estos    átomos tiene bastantes más neutrones que protones, lo que los vuelve inestables. Al ser pesadas y con doble carga interactúan casi con cualquier otra partícula que encuentren, a excepción de los átomos que constituyen los componentes del aire. Debido a ello, y aunque no exentas de riesgo para la salud, son radiaciones de poca penetración y es fácil evitarlas.

– Radiación Beta: Sus partículas poseen carga negativa y masa muy pequeña, por lo cual reaccionan menos que las Alfa con las partículas que encuentran, siendo su poder de penetración mucho mayor. A pesar de ello, un volumen grande de agua o una lámina de aluminio pueden frenar su propagación.

– Radiación Gamma: Partículas que tienen su origen en el exceso de energía de la excitación del núcleo del átomo. No poseen carga y su masa es ínfima. Si bien su propagación es mas lenta, debido a su elevada frecuencia ondulatoria su alcance no solo es mayor, sino que interacciona con la materia a niveles muy inferiores a los de las radiaciones Alfa y Beta. Por ello, son las más dañinas para el organismo, así como las más difíciles de detener: no existe ningún EPI (equipo de protección individual) capaz de asegurar un aislamiento total contra este tipo de radiación; solo una gruesa pared de aleación de plomo es capaz de frenar su propagación.

  A la luz de estos conocimientos, y conscientes de hechos como los acaecidos en Three Mile Island, Chernobyl, Goiania o la mas reciente Fukushima, se plantea un interesante interrogante: ¿Sí o no a la energía nuclear?

  Diversos miembros de la comunidad científica han defendido ambas posturas durante el siglo XX en un acalorado e intenso debate: James Lovelock, químico ambientalista y fundador de la hipótesis de Gaia, ha defendido la energía nuclear como la alternativa limpia y segura al empleo de combustibles fósiles qué, según dice, provocan incontroladas emisiones de gases a la atmósfera, mientras que los residuos nucleares son semisólidos/líquidos y fácilmente cuantificables y almacenables en barriles guardados en hangares seguros.

  En el otro extremo, tenemos a detractores del uso generalizado de la energía atómica, como por ejemplo Carl Sagan (imagen 4), astrofísico y célebre por su biblioteca y serie de divulgación científica Cosmos. En su obra El Invierno Nuclear, llegó a postular que un posible descontrol de la energía nuclear empleada a gran escala en el mundo podría dar lugar a una situación de enfriamiento global de las temperaturas, debido a la acción de grandes cantidades de materiales radiactivos expuestos a la atmósfera.

  En la actualidad se estudia la posibilidad de emplear el proceso inverso a la fisión, llamado fusión nuclear, que si bien elimina completamente el riesgo de contaminación radiactiva, aún no se ha desarrollado a gran escala. No será hasta ese momento cuando comprobemos si este método es capaz de satisfacer la demanda energética tan amplia que sí es capaz de cubrir la energía nuclear tradicional.

  Como conclusión final, podemos destacar que el átomo es una fuente de energía prácticamente inagotable, si bien conlleva severos riesgos para la salud pública y el medio ambiente que, aunque para unos son ínfimos y asumibles, para otros suponen un coste excesivo a pagar en caso de perder el control sobre esta poderosa fuente de energía.

Bibliografía:
Agüero A. :Metodologías, Modelos y Parametros para Evaluacion del Impacto Ambiental de Contaminantes Peligrosos y Radiactivos. Cinemat (2003).
The Nuclear Shell Model – Springer Verlag, New York (1994).
 
Recursos electrónicos
Web de World Nuclear Association: Nuclear Power, a sustainable Energy. www.world-nuclear.org
Web de Department of Atomic Energy: www.dae.gov.in

1 comentario

  1. Álvaro dice:

    Está muy bien, claro y conciso, sin embargo no me ha parecido ver algo que siempre hecho en falta en cuanto a los argumentos del debate nuclear. Y no lo digo por este artículo, sino que en general no sale a relucir esto y me parece interesante. He oído alguna vez en la radio que en verdad la materia prima de la que se extrae esta energía da para menos de cien años, por lo que dentro de un tiempo volveríamos al mismo debate, con la diferencia de que habríamos perdido un tiempo en el que podríamos haber consolidado otras fuentes de energía y encima tendríamos residuos nucleares por todo el mundo para varios miles de años( con el peligro que puede conllevar teniendo en cuenta la cantidad de locos que aparecen en nuestra especie cada poco tiempo). Igual podríamos solucionar todo apostando ahora decididamente por otras energías.
    En verdad no soy anti nada de esto ni pro nada, no he leído en tanta profundidad para hablar con poderio, pero quería aportar algo para un posible debate :p
    Un saludillo, seguid creciendo que ya veo que van llegando los frutos al buen trabajo.