Trabajo Física y Química energía nuclear y proyecto ITER

Trabajo Física y Química energía nuclear y proyecto ITER Miguel Ángel y Ricardo

En estrada responderé a una serie de preguntas propuestas por el profesor de Física y Química en la sala de informática acerca de la energía nuclear y el proyecto ITER.

• ¿Qué es la energía nuclear? 
• La energía nuclear es la energía en el núcleo atómico, es decir, la parte central de un átomo. Los átomos son las partículas más pequeñas en que se puede dividir un material. En el núcleo de cada átomo hay dos tipos de partículas (neutrones y protones) que se mantienen unidas. La energía nuclear es la energía que mantiene unidos neutrones y protones. La tecnología nuclear nos permite transformar este tipo de energía en otros tipos de energía: energía eléctrica (en las centrales nucleares), energía cinética (en determinados sistemas de propulsión), ... El uso más común y conocido de la energía nuclear es la producción de energía eléctrica o electricidad.

• Tipos: fusión, fisión y ejemplo.
• Fisión: es la utilizada 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, luego se verifica la fórmula de Albert Einstein E=MC2, con lo que se desprende energía. Ejemplo: para romper un átomo, se emplea un neutrón (ya que es neutro eléctricamente, y no es desviado de su trayectoria), que se lanza contra el átomo a romper, por ejemplo, uranio. Al chocar el neutrón, el átomo de uranio-235 se convierte en uranio-236 durante un brevísimo espacio de tiempo, pues tiene un neutrón más que es el que ha chocado con él, siendo este último átomo sumamente inestable, dividiéndose en dos átomos diferentes y más ligeros que el Uranio-236 (por ejemplo kriptón y bario; o xenón y estroncio), desprendiendo 2 ó 3 neutrones (los neutrones desprendidos, dependen de los átomos obtenidos, nosotros tomamos como ejemplo 3 neutrones, pero puede que solo se desprendan 2. En caso de obtener bario y kriptón, se desprenden 3 neutrones; mientras que, si se obtiene xenón y estroncio, solo se liberan 2 neutrones), y liberando energía. Estos 3 neutrones, vuelven a chocar con otros 3 átomos de uranio-235, liberando en total 9 neutrones, energía y otros dos átomos más ligeros, y así sucesivamente, generando de esta forma una reacción en cadena.

• Fusión: la fusión nuclear, está actualmente en líneas de investigación, debido a que todavía hoy no es un proceso viable, ya que se invierte más energía en el proceso para que se produzca la fusión, que la energía obtenida mediante este método. La fusión, es un proceso natural en estrellas, produciéndose reacciones nucleares por fusión debido a la elevadísima temperatura de estas estrellas, que están compuestas principalmente por Hidrógeno y Helio. El hidrógeno, en condiciones normales de temperatura, se repelen entre sí cuando intentas unirlo (fusionarlo) a otro átomo de hidrógeno, debido a su repulsión electrostática. Para vencer esta repulsión electrostática, el átomo de hidrógeno debe chocar violentamente contra otro átomo de hidrógeno, fusionándose, y dando lugar a helio, que no es fusionable. La diferencia de masa entre el átomo obtenido y el original es mayor que en la fisión, liberándose así una gran cantidad de energía (muchísimo mayor que en la fisión). Estos choques violentos, se consiguen con una elevada temperatura, que excita los átomos de hidrógeno, y se mueven muy rápidamente, chocando unos contra otros. Ejemplo: la primera reacción de fusión realizada por el ser humano, tuvo origen militar, con una bomba termonuclear (o también llamada bomba-H o de Hidrógeno), que para obtener la temperatura adecuada (casi la del Sol, unos 20 millones de grados centígrados), se utilizó una bomba atómica. Esta bomba termonuclear libera grandes cantidades de energía. Las bombas termonucleares actuales, alcanzan los 60 megatones (equivalente a 60 millones de toneladas de explosivo TNT), lo cual puede arrasar todo lo que haya en un radio de 40 o 50 Kilómetros a la redonda, eso sin incluir la radiación electromagnética y la onda expansiva, así como la lluvia ácida.

• Proyecto ITER. 
• El ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor, en español Reactor Termonuclear Experimental Internacional) es un experimento científico a gran escala que intenta demostrar que es posible producir energía de forma comercial mediante fusión nuclear. Los participantes en el diseño conceptual de actividades del ITER eligieron esta palabra para expresar sus esperanzas comunes en que el proyecto podría conducir al desarrollo de una nueva forma de energía. Es un proyecto de gran complejidad ideado en 1986, para demostrar la factibilidad científica y tecnológica de la fusión nuclear. El ITER se está construyendo en Cadarache (Francia) y costará 24 000 millones de euros, convirtiéndolo en el quinto proyecto más costoso de la historia, después del Programa Apolo, de la Estación Espacial Internacional, del Proyecto Manhattan y del desarrollo del sistema GPS. cuenta con la colaboración de 35 países para construir el Tokamak más grande del mundo, un dispositivo de fusión magnética diseñado para demostrar la viabilidad de la fusión como fuente de energía a gran escala y libre de emisiones de carbono, basándose en el mismo principio por el cual el sol y las estrellas generan su energía. Este proyecto experimental es de crucial importancia para el avance de la fusión nuclear y para preparar el camino para las centrales comerciales de fusión. ITER será el primer dispositivo de fusión que conseguirá una ganancia neta de energía (es decir, se produce más energía que la absorbida por el funcionamiento del sistema), así como el primer dispositivo que mantendrá la fusión durante periodos largos de tiempo. También será el primero en poner a prueba las tecnologías integradas, materiales y física necesarios para la producción comercial de la electricidad de fusión.

• ¿Dónde está? Este proyecto se localiza en Cadarache (Francia). A finales del año 2004, se tomó una decisión en cuanto al emplazamiento definitivo del proyecto, entre las candidaturas de Cadarache al sur de Francia y de Rokkasho-Mura en Japón, eligiéndose el emplazamiento francés. Vandellós también optó para acoger este proyecto.
• Objetivos. Su objetivo es probar todos los elementos necesarios para la construcción y funcionamiento de un reactor de fusión nuclear que serviría de demostración comercial, además de reunir los recursos tecnológicos y científicos de los programas de investigación desarrollados en ese entonces por la Unión Soviética, los Estados Unidos, Europa (a través de EURATOM) y Japón. El ITER cuenta con el auspicio de la IAEA, así como una forma de compartir los gastos del proyecto. La finalidad de este proyecto es conseguir construir un reactor de fusión nuclear en la Tierra para poder obtener energía eléctrica de manera eficiente sin la emisión de gases contaminantes. Este proyecto podrá desarrollar una potencia de 500 MW, demostrar la operación integrada de tecnologías para una central de fusión, conseguir plasma de deuterio y tritio donde la reacción sea prolongada mediante calentamiento interno, hacer pruebas para la producción de tritio y demostrar la seguridad de las características de un dispositivo de fusión.
• ¿Cuándo? Cuando se puso la primera piedra de las obras, en 2010, se hablaba de tener listo el reactor para empezar los experimentos en 2019. Seis años después, como si se tratase de los habitantes del país de la Reina Roja de Alicia a través del espejo, que debían correr tan rápido como pudieran para permanecer en el mismo lugar porque el país avanzaba con ellos, siguen quedando nueve años para que el ITER comience a funcionar. Ahora, las primeras pruebas están previstas para 2025.
• Problemas. Antes de entrar en los detalles técnicos de cómo los científicos están intentando superar las inmensas dificultades que se presentan en ITER, es inevitable anticipar el rechazo de algunos sectores de la población ante cualquier tecnología con la palabra “nuclear”. Especialmente después del accidente de 2011 en Fukushima, un completo desastre que aún está muy lejos de estar controlado tras dos años de esfuerzos. Sin embargo, los reactores de fusión son esencialmente diferentes de los de fisión, como los de Fukushima y el resto de plantas nucleares. No obstante, muchas personas consideran que la fusión nuclear conlleva desventajas como ser peligrosa, ser energía más sucia, emitir radiactividad, ser muy cara, ser la fuente energética que menos empleo crea, ser rechazada socialmente, ser prescindible, suponer un riesgo potencial de ataques terroristas y ser el ITER un proyecto en fase experimental y sus resultados reales aún son una incógnita. Además, el ITER se expone a problemas para poder recoger tanta temperatura (de cientos de millones de grados) que ningún material es capaz de soportar y se necesita de campos magnéticos muy potentes. Por último, en la actualidad, producir energía de esta manera produce menos energía que la que se puede obtener, por lo que, de momento, no es rentable.