Fisión nuclear

La fisión nuclear es una reacción en la cual al hacer incidir neutrones sobre un núcleo pesado, éste se divide en dos núcleos, liberando una gran cantidad de energía y emitiendo dos o tres neutrones.

Fue descubierta por O. Hahn y F. Strassmann en 1938, al detectar elementos de pequeña masa en una muestra de uranio puro irradiada con neutrones.

El proceso de fisión es posible por la inestabilidad que tienen los núcleos de algunos isótopos de elementos químicos de alto número atómico, como por ejemplo el uranio 235, debido a la relación existente entre el número de partículas de carga eléctrica positiva (protones) y el número de partículas nucleares de dichos núcleos (protones y neutrones).

Basta una pequeña cantidad de energía como la que transporta el neutrón que colisiona con el núcleo, para que pueda producirse la reacción de fisión. A su vez, los neutrones emitidos en la fisión de un núcleo pueden ocasionar nuevas fisiones al interaccionar con nuevos núcleos fisionables que emitirán nuevos neutrones y así sucesivamente. A este efecto multiplicador se le conoce con el nombre de reacción en cadena.

La primera reacción de fisión en cadena sostenida la consiguió Enrico Fermi en 1942, en la Universidad de Chicago. En una pequeña fracción de segundo, el número de núcleos que se han fisionado libera una energía un millón de veces mayor que la obtenida al quemar un bloque de carbón o explotar un bloque de dinamita de la misma masa.

Cuando se consigue que sólo un neutrón de los liberados produzca una fisión posterior, el número de fisiones que tienen lugar por segundo es constante y la reacción está controlada.

Fusión nuclear

La fusión nuclear es la reacción en la que dos núcleos muy ligeros, en general el hidrógeno y sus isótopos, se unen para formar un núcleo más pesado y estable, con gran desprendimiento de energía. La energía producida por el Sol tiene este origen.

Para que se produzca la fusión, es necesario que los núcleos cargados positivamente se aproximen venciendo las fuerzas electrostáticas de repulsión. En la Tierra, donde no se puede alcanzar la gran presión que existe en el interior del Sol, la energía necesaria para que los núcleos que reaccionan venzan las interacciones se puede suministrar en forma de energía térmica o utilizando un acelerador de partículas.

La solución más viable es la fusión térmica. Estas reacciones de fusión térmica, llamadas reacciones termonucleares, se producen en los reactores de fusión y fundamentalmente con los isótopos de hidrógeno.

El aprovechamiento por el hombre de la energía de fusión pasa por la investigación y el desarrollo de sistemas tecnológicos que cumplan dos requisitos fundamentales: calentar y confinar. Calentar para conseguir un gas sobrecalentado (plasma) en donde los electrones salgan de sus órbitas y donde los núcleos puedan ser controlados por un campo magnético; y confinar, para mantener la materia en estado de plasma o gas ionizado, encerrada en la cavidad del reactor el tiempo suficiente para que pueda reaccionar.

La ganancia energética de la fusión consiste en que la energía necesaria para calentar y confinar el plasma sea menor que la energía liberada por las reacciones de fusión.

Este tipo de reacciones son muy atractivas como fuente de energía ya que el deuterio no es radiactivo y se encuentra de forma natural y prácticamente ilimitada en la naturaleza. El tritio no se presenta de forma natural y además es radiactivo. Sin embargo las investigaciones están básicamente centradas en las reacciones deuterio-tritio, debido a que liberan una mayor energía y la temperatura a la que tiene lugar la fusión es considerablemente menor que en las otras.

La tecnología de fusión se está desarrollando en dos líneas principales:

• Fusión por confinamiento magnético: Las partículas eléctricamente cargadas del plasma son atrapadas en un espacio limitado por un campo magnético al describir trayectorias helicoidales determinadas por las líneas de fuerza de dicho campo. El dispositivo más desarrollado tiene forma toroidal y se denomina Tokamak (siendo esta la tecnología utilizada en el proyecto ITER).
• Fusión por confinamiento inercial: Consiste en crear un medio tan denso que las partículas no tengan prácticamente ninguna posibilidad de escapar sin chocar entre sí. Súbitamente impactada por poderosos haces luminosos creados por láser, una pequeña esfera de un compuesto sólido de deuterio y tritio implosiona bajo los efectos de la onda de choque. De esta forma, se hace cientos de veces más densa que en su estado sólido normal y explosiona bajo los efectos de la reacción de fusión.

Actualmente hay reactores de investigación para lograr producir electricidad a través de este proceso. Cabe destacar el Reactor Experimental Termonuclear Internacional ITER en el que participan la Unión Europea, China, Japón, Rusia, India, Corea del Sur y Estados Unidos.

Mientras las centrales térmicas convencionales queman combustibles fósiles para la producción de electricidad, una central nuclear obtiene su energía de la fisión del átomo de uranio. Esto significa que una central de este tipo no envía a la atmósfera óxidos de carbono, de azufre, de nitrógeno, ni otros productos de combustión, tales como las cenizas.

Desde el punto de vista de la protección del medio ambiente, las centrales nucleares siempre han estado sujetas a un estricto control reglamentario institucional difícil de igualar por otras actividades industriales. Dicho marco reglamentario contempla todas y cada una de las fases que componen el ciclo de producción, así como la protección de los trabajadores de la central y del público en general y el desmantelamiento de la planta al final de su vida útil.

Las centrales nucleares, al no quemar combustibles fósiles, no emiten CO₂ durante su operación. En cuanto a las “emisiones” de las torres de refrigeración, tan frecuentemente utilizadas como símbolo de la contaminación producida por las centrales nucleares, son sólo vapor de agua.

La energía nuclear es hoy en día la única fuente capaz de suministrar grandes cantidades de electricidad sin contribuir de forma significativa al cambio climático. Al no generar dióxido de carbono, las centrales nucleares permiten ahorrar un 8% de las emisiones de CO₂ a nivel mundial. En España, las plantas atómicas evitan la emisión anual de 40 millones de toneladas de dióxido de carbono, una cifra que equivale aproximadamente a las emisiones que realiza la mitad del parque automovilístico español. Además, nuestro país incumple de manera significativa, en un 37%, el compromiso adquirido en el Protocolo de Kioto, y sin las nucleares esta cifra estaría por encima del 50%.

Las centrales nucleares generan emisiones de efluentes radiactivos en cantidades limitadas de acuerdo con esa regulación. Estas emisiones quedan registradas continuamente y son objeto de constante seguimiento mediante un extenso programa de análisis realizado por entidades independientes y por la administración. Los valores de esos efluentes medidos en términos de actividad radiológica y de dosis son mil veces inferiores a lo permitido.

El territorio español está provisto de una red de vigilancia ambiental y control de efluentes bajo la supervisión del Consejo de Seguridad Nuclear (CSN) y de la Dirección General de Protección Civil. Dicha red detecta la presencia y vigila la evolución de elementos radiactivos en el medio ambiente. Los valores obtenidos en las mediciones de la red de vigilancia son públicos y una lectura de los mismos no indica ninguna correlación entre los valores máximos medidos y su localización en el entorno de las centrales.

Las centrales nucleares son, por tanto, respetuosas con el medio ambiente y a la vez proporcionan una solución factible para satisfacer los incrementos de la demanda de electricidad de forma económica. La energía atómica es la única fuente disponible actualmente capaz de suministrar grandes cantidades de electricidad sin afectar al calentamiento global. Esta afirmación la comparten figuras destacadas del ecologismo como James Lovelock o Patrick Moore.

Un poco de historia…

Actualmente operan en España 6 centrales nucleares con 8 reactores acoplados a la red eléctrica peninsular. Se las suele clasificar en tres etapas en función de su época de construcción y de otros criterios aún más relevantes. La Central de Santa María de Garoña pertenece a la primera etapa, junto a las ya clausuradas de Vandellós I (se cerró en 1989) y José Cabrera cerrada en 2006. Estas centrales se construyeron en la segunda mitad de la década de los 60.

A la segunda etapa pertenecen las centrales de Almaraz (que tiene dos reactores), Ascó (también con dos reactores) y Cofrentes, conectadas a la red entre 1983 y 1986. La construcción de los cinco reactores hoy en funcionamiento se dilató a lo largo de unos diez años -fueron autorizadas entre 1971 y 1972- por las incertidumbres políticas de la época. La participación nacional se situó en torno al 60 por 100 entre obra civil y equipo, con importantes efectos impulsores sobre la industria española.

A la tercera etapa pertenecen las centrales de Trillo y Vandellós II, tras doce años de construcción plagada de incertidumbres políticas. La industria nuclear española se consolidó en esta etapa, con la construcción de fábricas tanto de equipos como de combustible, la puesta en marcha de un buen número de empresas de servicios especializados y la creación de la Empresa Nacional de Residuos Radiactivos (ENRESA).

Toda esta actividad implicó un importante esfuerzo de asimilación de tecnología y de formación en técnicos y especialistas, que dio como resultado un parque nuclear de gran calidad, unos equipos de operación muy expertos y unas cifras muy altas de participación nacional en la construcción de centrales nucleares, pasando de un 43% total en las centrales de primera generación a un 75% en las de segunda y un 85% en las de tercera.

Las centrales nucleares que se construyeron constituyen hoy un activo muy importante en el mercado de la generación eléctrica. La tecnología ha demostrado ser capaz de mantenerlas operativas y de incluir en ellas las mejoras técnicas que se han ido desarrollando, haciendo posible una operación continua y segura, permitiendo alargar su vida útil.

         VANDELLÓS 2 (TARRAGONA)                            TRILLO (GUADALAJARA)

Actualidad de la Energía Nuclear en España

Las centrales nucleares españolas, con un 8,14% de la potencia instalada, producen más del 18% de la electricidad. Sin embargo, nuestro país importa cerca del 85% de los productos energéticos que consume, por lo que su dependencia energética exterior es muy alta. Esta cifra supera a la de la dependencia de la Unión Europea, que supera el 50%.

La construcción de nuevos reactores ayudaría a lograr los objetivos estratégicos de mejora de la seguridad de suministro eléctrico en España y permitiría reactivar la economía, ya que este desarrollo nuclear permitiría un empleo acumulado de 170.000 empleos-año, que es equivalente a 8.500 personas trabajando de forma continua durante 20 años. Actualmente, el sector nuclear emplea en España a 30.000 personas entre puestos directos e indirectos.

La capacidad de mantener las centrales nucleares operativas con todas las garantías de seguridad y la incorporación de mejoras técnicas para una operación continua y segura es posible gracias a que España cuenta con una industria altamente cualificada que garantiza la aplicación de los avances tecnológicos. Además, la fiabilidad del funcionamiento de las instalaciones nucleares con arreglo a estas pautas ha sido un ejemplo para otros sectores industriales, que se han beneficiado de grandes avances tecnológicos y de la gestión de los residuos radiactivos.

En cuanto a la internacionalización de la industria nuclear española, las empresas de ingeniería y de servicios especializados han encontrado un importante mercado en los países de Latinoamérica (Brasil y México), de Europa Central y Oriental y en los de la antigua Unión Soviética, que necesitan mejoras sustanciales en sus instalaciones y en sus estructuras organizativas y en sus sistemas de calidad. Las empresas españolas han realizado en estos países un gran número de estudios, proyectos y suministro de simuladores, equipos de inspección y cursos de formación.

En España hay actualmente unas 30.000 personas empleadas en el sector nuclear de forma directa e indirecta y en la Unión Europea esta cifra alcanza las 400.000.

En nuestro país, la industria nuclear, competitiva y experta, es garantía de que la tecnología nuclear no sólo se mantiene, sino que sigue desarrollándose para apoyar a los reactores actualmente en operación y atender un mercado nuclear internacional en crecimiento. Resulta, por tanto, fundamental para la economía española mantener las capacidades científicas y tecnológicas desarrolladas por esta industria.

Historia

La estructura nuclear industrial en España comenzó a crearse en los años 60, como consecuencia de la decisión de construir las centrales nucleares de Zorita, Garoña y Vandellós I y ha ido evolucionando con la incorporación de nuevas tecnologías adaptadas a las necesidades y requisitos actuales.

La Administración apoyó este desarrollo industrial ya que fomentaba la creación de puestos de trabajo cualificados, el avance tecnológico contribuía a la mejora general de la industria, y posibilitaba una independencia del exterior en un sector estratégico, especialmente por la necesidad de disponer de servicios técnicos adecuados mientras las centrales estuvieran en funcionamiento.

La industria nuclear española se consolidó durante la construcción de las centrales de tercera generación (Vandellós II y Trillo), con la construcción de fábricas, tanto de equipos como de combustible, y el funcionamiento de un buen número de empresas de servicios especializados y se creó la Empresa Nacional de Residuos Radiactivos (ENRESA).

En la década de los años 80 fue el momento de máxima actividad de la industria nuclear en España, proporcionando empleo a más de 20.000 personas, entre ellas más de 5.000 técnicos de alta cualificación. Además, hay que añadir aproximadamente 20.000 personas más de empleo indirecto, en múltiples empresas suministradoras de bienes y servicios.

Toda esta actividad implicó un importante esfuerzo de asimilación de tecnología y de formación en técnicos y especialistas, que dio como resultado un parque nuclear de gran calidad, unos equipos de operación muy expertos, y unas cifras muy altas de participación nacional en la construcción de las centrales nucleares, pasando de un 43% total en las centrales de primera generación a un 75% en las de segunda y a un 85% en las centrales de tercera generación.

En la actualidad

Las empresas del sector nuclear, una vez terminada la construcción de las centrales españolas, continúan apoyando las actividades de suministro de ingeniería y componentes para reparaciones o modificaciones, suministro de combustibles y servicios de inspección durante el funcionamiento, así como prestación de servicios de apoyo a las recargas y de protección radiológica.

Las empresas españolas de bienes de equipo han exportado componentes para centrales nuevas y para sustitución de otros equipos, desde generadores de vapor, elementos de la vasija o presionadores, hasta bastidores y contenedores para combustible gastado, pasando por válvulas y tuberías, encontrando en los últimos años un mercado importante en los países asiáticos.

La excelencia y fiabilidad del funcionamiento de las instalaciones nucleares ha sido un ejemplo para otros sectores industriales, que se han beneficiado de los grandes avances tecnológicos logrados por la industria nuclear.

La industria nuclear española ha entrado en el mercado internacional. Las empresas de ingeniería y de servicios especializados han encontrado un importante mercado en los países de Latinoamérica (Brasil y México), de Europa Central y Oriental y en los de la antigua Unión Soviética, que necesitan mejoras sustanciales en sus instalaciones y en sus estructuras organizativas, así como en sus sistemas de calidad. Las empresas españolas han realizado en estos países un gran número de estudios, proyectos y suministros de simuladores, equipos de inspección y cursos de formación.

Futuro

Las empresas españolas toman parte en las actividades internacionales de proyecto, investigación y desarrollo sobre reactores avanzados y grandes programas multinacionales como los de fusión nuclear y física de altas energías.

Si en España se abordaran nuevos proyectos nucleares, se crearían nuevos puestos de trabajo y la industria afrontaría el 80% de los programas de construcción. Mientras tanto, la industria nuclear exporta bienes de equipo y servicios a nivel internacional con una participación de entre un 4% y 5% en el programa nuclear global.

En definitiva, la industria nuclear española está preparada para el futuro y necesario desarrollo nuclear en nuestro país. El inicio de un programa de construcción de nuevas centrales sería un acto de responsabilidad por parte de la industria y de los representantes políticos.