¿Qué es la energía nuclear?

Muy a menudo escuchamos noticias o comentarios sobre reactores nucleares, desechos radiactivos, explosiones nucleares o atómicas, basureros nucleares, etc.

La discusión acerca de la contaminación provocada por la energía nuclear debe comenzarse por el conocimiento sobre su origen y sobre las consecuencias de su generación.

Trataremos aquí en la forma más sencilla y entendible posible de aportar a salvar esta falencia, haciendo la salvedad que en nuestro lenguaje privilegiará el ser comprensible al ser académico.

El principio de conservación de la masa es uno de los principios básicos de la físico-química clásica.

Todo fenómeno físico o químico estaba regido por este principio. Era sabido que la suma de la masa de los reactivos era igual a la suma de la masa de los productos.

A principios del siglo XIX, Albert Einstein desarrolló su teoría general de la relatividad.

En la misma, planteó el concepto de equivalencia masa-energía.

Hablando en términos sencillos, en forma teórica la masa puede ser transformada en energía y viceversa.

Por supuesto que hoy no tenemos la tecnología para transformar, digamos, una piedra de un kilogramo en energía, pero sólo para tener una idea, podemos fantasear acerca de ello.

La equivalencia masa energía se rige por la fórmula E = mc².

Donde E es la energía, m es la masa y c es la velocidad de la luz. Reemplazando m por 1kg y c por 300.000km/seg, nos da que la energía encerrada en una piedra de 1kg es de 90.000.000.000.000.000 de Joules. Esta energía es suficiente para encender 30.000 lámparas de 100W durante 1.000años. Dicho de esta forma, estamos ante la solución del problema energético mundial.

Por ahora el hombre está muy lejos de realizar este prodigio, pero sí ha avanzado, en ciertas condiciones muy especiales y con materiales específicos en transformar muy pequeñas cantidades de masa en energía. Para entender esto, debemos entender el concepto de reacción nuclear.

Reacciones nucleares

Las reacciones químicas se producen cuando, por alguna razón, dos sustancias que entran en contacto dan lugar al origen de otra sustancia completamente distinta que no tiene porqué poseer las características físico químicas de los reactivos.

Por ejemplo, la molécula de agua está compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Las propiedades del agua son completamente diferentes de sus componentes: El agua apaga el fuego, el oxígeno lo aviva y el hidrógeno es un buen combustible.

Sin embargo, los núcleos de los átomos de hidrógeno y oxígeno están ahí, no se han destruido ni se destruirán mientras las reacciones sean puramente químicas. Si el agua reacciona ahora con, por ejemplo óxido de sodio, los núcleos de los átomos de oxígeno, hidrógeno y sodio se reordenarán para formar hidróxido de sodio, pero seguirán ahí, sin modificarse.

Las reacciones nucleares en cambio, implican cambios en la composición del núcleo, por lo que los átomos se transforman unos en otros.

Tanto las reacciones nucleares como las químicas pueden liberar energía, sin embargo la energía producto de las reacciones nucleares (energía nuclear) es mucho más intensa que la liberada en una reacción química.

En las reacciones químicas, la energía liberada se produce por reacomodamiento de los electrones, en cambio, en el caso de las reacciones nucleares la energía liberada es la que mantenía unido el núcleo del átomo (esta fuerza es mucho más intensa).

Un ejemplo de reacción nuclear se produce en las estrellas, como el sol. Las estrellas jóvenes son grandes bolas de hidrógeno. Las condiciones de alta presión y temperatura en su centro provocan la unión de 4 átomos de hidrógeno para formar uno de helio. Si se miden, en forma precisa, las masas de los átomos de hidrógeno y el helio resulta una diferencia que se libera en forma de energía.

Este proceso se denomina fusión nuclear y es el responsable de la energía más limpia conocida: la energía solar.

Sin embargo se ha descubierto otro proceso inducido en laboratorio: el conocido como fisión nuclear: el mismo consiste en la partición de un núcleo con la consiguiente liberación de energía.

Particularmente la fisión se vuelve realizable con una variedad del uranio, el isótopo 235.

Cuando un neutrón golpea un núcleo de Uranio 235, el mismo se parte en dos núcleos, uno de Cesio 140 y el otro de Rubidio 93 y se generan tres neutrones y energía. Los tres neutrones fisionan otros tres núcleos de Uranio 235, los que generan 9 neutrones, luego 27, luego 81 y siguiendo, generando lo que se conoce como una reacción en cadena.

Cada una de estas fisiones generan energía. Se calcula que con 1 kg de Uranio 235 se generan 65 billones de Joules; para usar la comparación anterior, alcanza para encender 23 lamparitas de 100W durante 1000 años.

En la naturaleza, el Uranio aparece en dos variedades: el Uranio 238 y el Uranio 235. En cualquier trozo de Uranio, el Uranio 235 es minoría (aproximadamente un 3%). De esta forma, como la fisión sólo es posible con el Uranio 235, es preciso enriquecer el Uranio (Aumentar la concentración de Uranio 235), para producir la reacción en cadena.

De todas formas, el problema mayor se plantea con los núcleos de Cesio 140 y Rubidio 93 que se generan como residuos. Desgraciadamente estos núcleos son radiactivos, es decir que con una cierta velocidad, transforman su masa en energía: Esta energía se libera en forma de radiación gamma, la cual es extremadamente peligrosa pues puede provocar mutaciones, cánceres y la muerte en altas dosis.

No se ha hecho gran cosa para solucionar el problema de los desechos radiactivos, sólo arbitrar los medios para que la radiactividad no sea problema en el corto plazo, ya sea encerrándola en sacos de plomo o en basureros nucleares.

Sin embargo es menester arbitrar los medios para darle una solución a este problema, pues la realidad es que la energía nuclear existe y se desarrolla y si se logra reutilizar los desechos radiactivos o descubrir otra reacción que no los genere, estaremos ante una fuente de energía prácticamente ilimitada, limpia y de generación rápida.

Esto último se vuelve especialmente importante si tenemos en cuentas que los combustibles fósiles (principal fuente de energía mundial) son escasos y sucios y que la energía solar (ilimitada y limpia) presenta problemas pues se vuelve engorroso colectarla y almacenarla (tengamos en cuenta que la cantidad de energía solar que llega al planeta es limitada a pesar de que está garantizada por millones de años).