Desventajas de la Energía Nuclear

Las desventajas reales son limitadas:

Deshechos nucleares -  Un reactor nuclear grande puede llegar a producir entre 25 y 30 toneladas de material radioactivo cada año.  En su mayoría, este material es uranio que ya se no utilizará, asi como también derivados del proceso de fisión, en su mayoría plutonio y curio.  Estos materiales son altamente radioactivos, y usualmente mantienen una temperatura elevada.  Estos deshechos radioactivos emiten particulas y rayos electromagnéticos que son dañinos para el ser humano, animales y plantas.

Costo - Construir un reactor nuclear tiene un precio elevado.  Solo la construcción inicial puede llegar a costar mas de USD $5,000M.  A largo plazo, es más barato generar energía eléctrica con plantas nucleares, pero los costos iniciales son considerables.  Esta desventaja disminuye considerablemente al subir de precio el petróleo.

Percepción - Más de 60 años después de los bombardeos de Hiroshima y Nagasaki, la palabra "nuclear" aún tiene una connotación negativa para la mayoría de personas.  Esto, junto con las desventajas dadas anteriormente, hace que haya muy poco apoyo público para construir más plantas nucleares.  En Estados Unidos, por ejemplo, hace más de 20 años que no se construye una sola planta nuclear.

De las desventajas mencionadas, la única que es un problema significativo son los deshechos nucleares.  Aun así, después de 40 años, la gran mayoria de deshechos emite solo una milésima parte de la radioactividad original, por lo que una de las mejores soluciones es simplemente guardar los deshechos de forma segura, y esperar a que bajen sus niveles de radioactividad. 

Estos deshechos usualmente se almacenan en las mismas plantas nucleares, en grandes depositos blindados subterráneos, rodeados de agua.  Esto permite reducir la temperatura del material radioactivo, y permite que el material se vuelva menos peligroso con el pasar de los años.  Al tiempo, estos deshechos se pasan a contenedores secos, usualmente grandes toneles hechos de varias capas de concreto y acero, rodeando el material radioactivo.  Estos toneles usualmente miden 5 metros de alto y 2 metros de diámetro, y pueden ser trasladados a lugares especificos para almacenar deshechos nucleares.  Estas son usualmente grandes depósitos subterráneos donde se depositan estos toneles, y al llenarse la capacidad de almacenamiento, se sellan con toneladas de concreto, para que sea imposible su extracción en el futuro. 

                                                       Samuel Alberto Beracasa Robles CI Nº 15775106

                                                          Comunicaciones de Radiofrecuencia (CRF)

                                
Fuente: http://www.explicame.org/content/view/58/1/1/4/

Ventajas de la energía nuclear

La generación de electricidad por medio de reactores nucleares tiene bastantes ventajas:

Predecible - A diferencia de otras tecnologías como energía solar o eólica, los reactores nucleares pueden funcionar de forma confiable y segura 24 horas al día, y no dependen del sol o del viento.

Eficiente - Un reactor nuclear puede funcionar perfectamente durante un año completo con unas cuantas toneladas de material radioactivo como combustible.  Una planta de carbón o búnker, sin embargo, necesita cientos de miles de toneladas de combustible al año, lo cual incurre en gastos de transporte y contaminación adicional. A largo plazo, el costo por kilovatio/hora de electricidad es significativamente más barato.

Limpia - Durante el proceso de generación de electricidad, lo único que el reactor nuclear expele es vapor de agua, a traves de las grandes torres de enfriamiento.  Este vapor no es radioactivo ni tiene químicos dañinos, y eventualmente se condensa de nuevo en agua pura.   Esto es muy diferente a una planta normal de generación eléctrica, donde constantemente se queman grandes cantidades de carbón, búnker o gas natural, lo que produce humo y contaminación en la atmósfera.

Segura -  Aunque la palabra "nuclear" evoca imágenes de bombas y guerra, un reactor nuclear es muy diferente a una bomba atómica.  Están diseñados de manera que se pueden desactivar automáticamente cuando existan situaciones de peligro, tienen una combinación de material radioactivo mucho más seguro, y nunca podría explotar por sí solo.  Además, están construídos de tal manera que pueden aguantar incluso el choque de un avion en la estructura principal, sin daños significativos al reactor central.

                                                     Samuel Alberto Beracasa Robles CI Nº 15775106

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Fuente: http://www.explicame.org/content/view/58/1/1/4/

Componentes de un reactor nuclear

Un reactor nuclear con uranio es el elemento principal dentro de una planta nuclear, pero no es el único.  Hay muchos otros elementos que contribuyen para que la planta nuclear pueda generar energía eléctrica de manera continua y segura.  A continuación listaremos estos componentes, y su función:

• Moderador de neutrones
• Refrigerante
• Turbinas de generación
• Condensador
• Torres de enfriamiento 

El moderador de neutrones rodea a los pellets de uranio.  Su función es desacelerar los neutrones que acaban de generarse por fusión.  Estos neutrones van demasiado rápido para que sean útiles en el proceso de fisión.  Debido a esto, usualmente se utiliza agua o grafito para desacelerar estos neutrones (de un 10% de la velocidad de la luz, a unos cuantos kilometros por segundo), de tal manera que colaboren a la reacción en cadena.   Este moderador también sirve como un desacelerante, en caso se necesite "apagar" el reactor.  Para esto, los operadores de una planta nuclear controlan grandes barras de grafito sólido dentro del reactor, para mantenerlo al nivel de calor deseado.

El refrigerante es un líquido que fluye a traves de tubos rodeando el reactor, absorbiendo el calor generado.  Aunque casi siempre se utiliza agua, en algunos casos se utiliza metal liquido, tal como sodio o potasio, para poder manejar temperaturas más altas.  Al calentarse este refrigerante, se genera vapor (de agua, sodio o potasio, según sea el caso), y este vapor se transporta donde se encuentran las turbinas de generación.

Las turbinas de generación aprovechan el vapor a alta presión para mover sus palas, similar a como funciona un reguilete o molino de viento.  Estas están conectadas a un eje central, el cual a su vez mueve un motor eléctrico convencional, que genera electricidad en forma constante.

Despues de haber sido utilizado por las turbinas, el vapor debe condensarse de nuevo, convertirlo en agua, sodio o potasio de nuevo, para volver a ser bombeado hacia el reactor.  Para condensarlo, se utilizan grandes cantidades de agua fría, que usualmente se extraen de un cuerpo de agua contiguo a la planta nuclear (un lago o río).  Esta agua nunca entra en contacto con el vapor radioactivo que proviene del reactor, por lo que es segura para volver a regresarla a la naturaleza.  Pero, antes de regresarla, hay que enfriarla de nuevo a temperatura ambiente, o podria afectar la fauna y flora del area.

Las torres de enfriamiento son las que se encargan de enfriar el agua, antes de ser regresada a la naturaleza.  Estas son las grandes torres que usualmente se pueden ver en fotos, con nubes de vapor escapando a la atmósfera por la parte superior.  Cabe mencionar que esto no es mas que vapor de agua generada por el enfriamiento.  Este vapor no es radioactivo ni dañino para el medio ambiente o seres humanos.

                                                

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Fuente: http://www.explicame.org/content/view/58/1/1/3/

Funcionamiento de un reactor nuclear

Un reactor nuclear, a pesar de ser tecnológicamente muy avanzado, funciona bajo un sencillo principio:  Generar grandes cantidades de calor, calentar agua hasta producir vapor a alta presión, y utilizarlo para mover un generador eléctrico.  Este es el mismo principio básico que utilizan las hidroeléctricas para generar electricidad.  La principal diferencia estriba en que la hidroeléctrica obtiene la presión del agua con gravedad, mientras que el reactor nuclear la obtiene produciendo vapor de agua.

El calor en un reactor nuclear se genera por la fisión del uranio U-235 en otros componentes. La fisión no es más que el proceso de partir el núcleo del átomo en átomos más livianos, y algunos neutrones sueltos.  Un detalle importante es que este proceso es altamenteexotérmico, o sea que genera calor.  Para comparación, un solo evento de fisión (un átomo de U-285 partiéndose) genera aproximadamente 200,000,000 de eV (electron-Volts) de energía.  Un proceso de oxidación química normal, tal como quemar carbón o gasolina, apenas genera menos de 20 eV de energía por evento.  De esta manera, vemos que las reacciones nucleares son por lo menos diez millones de veces más eficientes que cualquier combustible químico.  En un reactor nuclear, esta energía se genera en forma de radiación electromagnética y rayos gamma.  Esta radiación genera una reacción en cadena causada por el exceso de neutrones que se desprenden de previos eventos de fisión, y se controla con grandes barras de grafito.  Estas barras de grafito disminuyen la velocidad de los neutrones sueltos, lo que les permite actuar como agentes de control dentro del reactor.  Finalmente, y esta es la parte más importante, gran parte de la radiación se convierte en calor al hacerla chocar con los átomos de agua, que se encuentra en los tubos de enfriamiento que rodean al reactor.

Como residuos secundarios, en los reactores nucleares van quedando otros elementos pesados, tales como plutonio, curio y otros, que a su vez son radioactivos, pero ya no son útiles como combustible nuclear.

                                                    

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Fuente: http://www.explicame.org/content/view/58/1/1/2/

La Fusión Nuclear

La fusión nuclear es una reacción en la que se unen dos núcleos ligeros para formar uno más pesado. Este proceso desprende energía porque el peso del núcleo pesado es menor que la suma de los pesos de los núcleos más ligeros. Este defecto de masa se transforma en energía, se relaciona mediante la fórmula //E=mc2// , aunque el defecto de masa es muy pequeño y la ganancia por átomo es muy pequeña, se ha de tener en cuenta que es una energía muy concentrada, en un gramo de materia hay millones de átomos, con lo que poca cantidad de combustible da mucha energía. No todas las reacciones de fusión producen la misma energía, depende siempre de los núcleos que se unen y de lo productos de la reacción.

La reacción más fácil de conseguir el la del deuterio (un protón más un neutrón) y tritio (un protón y dos neutrones) para formar helio (dos neutrones y dos protones) y un neutrón, liberando una energía de 17,6 MeV. Es una fuente de energía prácticamente inagotable, ya que el deuterio se encuentra en el agua de mar y el tritio es fácil de producir a partir del neutrón que escapa de la reacción. 

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Fuente: http://www.wikilearning.com/apuntes/la_fusion_nuclear-que_es_la_fusion_nuclear/2695-1

La Fisión Nuclear

La fisión nuclear consiste en la divisíón del núcleo de un átomo pesado en otros elementos más ligeros, de forma que en esta reacción se libera gran cantidad de energía. A pesar de ser altamente productiva (energéticamente hablando), es también muy difícil de controlar, como podemos ver en el desastre de Chernobill, y en las bombas de Nagasaki e Hirosima.

Cuando este proceso de fisión nuclear se puede controlar, la energía se libera lentamente y es transformada en energía eléctrica en un reactor nuclear de fisión, como los utilizados en la actualidad en muchas partes del mundo, entre ellas en España.

Gran parte de las centrales nucleares existentes en la actualidad se basan en reactores de fisión, utilizando como combustible uranio compuesto de entre un 3,5% y un 4,5% de U-235 y el resto de U-238 (Este isótopo es el conocido uranio enriquecido). La reacción nuclear en cadena genera la energía controlada se producecuando un núcleo de Uranio-235 se divide en dos o más núcleos por la colisión de un neutrón. De este modo, los neutrones liberados colisionan de nuevo formando un reacción en cadena.

En las centrales nucleares por fisión, el calor desprendido de las reacciones genera vapor de agua, el cual, al pasar por un sistema de turbinas, genera la electricidad que puede ser trasladada a la red eléctrica.

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Fuente: http://erenovable.com/2006/06/01/fision-nuclear/

El Proyecto Manhattan

Según información confidencial, los nazis estaban en condiciones de desarrollar una bomba muy letal a partir de la fisión nuclear desde antes de la II Guerra Mundial. Esto puso en guardia a muchos científicos (entre ellos a Albert Einstein y Leo Szilard) que advirtieron al presidente estadounidense Franklin D. Roosevelt de tan grande peligro.

El 18 de junio de 1942, con la anuencia del jerarca americano, se empezaron a construir las instalaciones para desarrollar la bomba atómica. Como parte del trabajo de investigación previo se había realizado en la Universidad de Columbia, situada en Manhattan (Nueva York), el programa se llamó Distrito de Ingeniería Manhattan, o más simple, Proyecto Manhattan. El general Leslie Groves, responsable de la misión, nombró a Robert Oppenheimer director de investigación. Este físico de Berkeley fue el encargado de reclutar a las mentes más brillantes de la época para que contribuyeran con sus investigaciones y conocimientos a la creación del artefacto mortal. En 1945, a pesar de la rendición de Alemania, no se detuvieron las labores, porque el peligro provenía ahora del Japón. El 6 de agosto de ese año se detonó la primera bomba atómica de U-235 (apodada Little Boy) sobre una ciudad: Hiroshima. Tres días después, Nagasaki corrió la misma suerte, pero esta vez Fat Man (apodo de esta bomba) era de plutonio.

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Fuente: http://www.pulsodigital.net/2009/11/que-es-el-proyecto-manhattan.html

Inicio de la Era Atómica: Carta de Einstein a Roosevelt

Albert Einstein
Old Grove Rd.
Nassau Point
Peconic, Long Island

2 de Agosto de 1939

F. R. Roosevelt
President of the United States
White House
Washington, D.C.

Señor;
Algunos recientes trabajos de E. Fermi y L. Szilard, quienes me han sido comunicados mediante manuscritos, me llevan a esperar, que en el futuro inmediato, el elemento uranio puede ser convertido en una nueva e importante fuente de energía. Algunos aspectos de la situación que se han producido parecen requerir mucha atención y, si fuera necesario, inmediata acción de parte de la Administración. Por ello creo que es mi deber llevar a su atención los siguientes hechos y recomendaciones.

En el curso de los últimos cuatro meses se ha hecho probable -a través del trabajo de Loiot en Francia así como también de Fermi y Szilard en Estados Unidos- que podría ser posible el iniciar una reacción nuclear en cadena en una gran masa de uranio, por medio de la cual se generarían enormes cantidades de potencia y grandes cantidades de nuevos elementos parecidos al uranio. Ahora parece casi seguro que esto podría ser logrado en el futuro inmediato.

Este nuevo fenómeno podría utilizado para la construcción de bombas, y es concebible -pienso que inevitable- que pueden ser construidas bombas de un nuevo tipo extremadamente poderosas. Una sola bomba de ese tipo, llevada por un barco y explotada en un puerto, podría muy bien destruir el puerto por completo, conjuntamente con el territorio que lo rodea. Sin embargo, tales bombas podrían ser demasiado pesadas para ser transportadas por aire.

Los Estados Unidos tiene muy pocas minas de uranio, con vetas de poco valor y en cantidades moderadas. Hay muy buenas vetas en Canadá y en la ex-Checoslovaquia, mientras que la fuente más importante de uranio está en el Congo Belga.

En vista de esta situación usted podría considerar que es deseable tener algún tipo de contacto permanente entre la Administración y el grupo de físicos que están trabajando en reacciones en cadena en los Estados Unidos. Una forma posible de lograrlo podría ser comprometer en esta función a una persona de su entera confianza quien podría tal vez servir de manera extra oficial. Sus funciones serían las siguientes:

a) Estar en contacto con el Departamento de Gobierno, manteniéndolos informados de los próximos desarrollos, y hacer recomendaciones para las acciones de Gobierno, poniendo particular atención en los problemas de asegurar el suministro de mineral de uranio para los Estados Unidos.

b) acelerar el trabajo experimental, que en estos momentos se efectúa con los presupuestos limitados de los laboratorios de las universidades, con el suministro de fondos. Si esos fondos fueran necesarios con contactos con personas privadas que estuvieran dispuestas a hacer contribuciones para esta causa, y tal vez obteniendo cooperación de laboratorios industriales que tuvieran el equipo necesario.

Tengo entendido que Alemania actualmente ha detenido la venta de uranio de las minas de Checoslovaquia, las cuales han sido tomadas. Puede pensarse que Alemania ha hecho tan claras acciones, porque el hijo del Sub Secretario de Estado Alemán, von Weizacker, está asignado al Instituto Kaiser Wilheln de Berlín, donde algunos de los trabajos americanos están siendo duplicados.

Su Seguro Servidor,
A. Einstein

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Fuente: http://antropicos.blogspot.com/2008/03/carta-de-einstein-roossevelt.html

Fundamentos de la Energía Nuclear

La energía nuclear se genera en grandes reactores, donde se utiliza la radioactividad del uranio para generar grandes cantidades de calor.  Esto a su vez genera vapor de agua, y este vapor se utiliza para darle vuelta a grandes turbinas que generan electricidad, similar a las turbinas utilizadas en hidroeléctricas.  A diferencia de las plantas de gas natural y carbón, las plantas de energía nuclear solo usan como combustible pequeñas cantidades de uranio, y no contaminan el medio ambiente. Aunque usualmente se usa en plantas de generación eléctrica, también es utilizada como medio de propulsión para submarinos y barcos de guerra.

La energía nuclear utiliza un proceso llamado fisión, utilizando el isótopo U-235 de uranio, el cual no es más que un átomo de uranio con peso atómico de 235.  El 99.3% del uranio es 3 unidades mas pesado (U-238), pero este no es capaz de mantener la fisión nuclear por si solo.  Un solo kilogramo de uranio natural, el cual contiene menos de 1% de U-235, puede generar la misma cantidad de energía que 10 toneladas de antracita, un carbón de alto contenido energético. 

A pesar que tiene mala reputación, debido a su percibida relación con bombas nucleares, los reactores nucleares generan energía limpia, constante, de forma segura y a un bajo costo.  Países como Francia y Japón obtienen la mayor parte de su energía eléctrica de esta manera.  De hecho, a nivel mundial, mas del 15% de la energía eléctrica es generada por reactores nucleares.  Todo esto, combinado con los altos precios actuales del petróleo y gas natural, propician que en el futuro la energía nuclear sea una de las mejores alternativas de la humanidad para generar energía. 

                                                              Samuel Alberto Beracasa Robles CI Nº 15775106

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Fuente: http://www.explicame.org/content/view/58/1/1/0/

Historia del Átomo

Durante los siglos VI a IV antes de Cristo, en las ciudades griegas surgió una nueva mentalidad, una nueva forma de ver el mundo no como algo controlado por los dioses y manejado a su capricho, sino como una inmensa máquina gobernada por una leyes fijas e inmutables que el hombre podía llegar a comprender. Fue esta corriente de pensamiento la que puso las bases de la matemática y las ciencias experimentales.

Demócrito, uno de estos pensadores griego, en al siglo IV antes de Cristo, se interrogó sobre la divisibilidad de la materia. A simple vista las sustancias son continuas y se pueden dividir. ¿Es posible dividir una sustancia indefinidamente? Demócrito pensaba que no, que llegaba un momento en que se obtenían unas partículas que no podían ser divididas más; a esas partículas las denominó átomos, que en griego significa indivisible. Cada elemento tenía un átomo con unas propiedades y forma específicas, distintas de las de los átomos de los otros elementos.

Las ideas de Demócrito, sin estar olvidadas completamente, cayeron en desuso durante más de dos mil años.

Mientras tanto, se desarrolló la química, se descubrieron nuevos elementos y se descubrieron las leyes que gobiernan las transformaciones químicas.

Precisamente para explicar algunas de estas leyes, las leyes ponderales, Dalton, en 1808 propuso una nueva teoría atómica. Según esta teoría, los elementos estaban formados por átomos, indivisibles e indestructibles, todos iguales entre sí, pero distintos de los átomos de los otros elementos. la unión de los átomos daba lugar a la variedad de sustancias conocidas y la ruptura de las uniones entre los átomos para formar nuevas uniones era el origen de las transformaciones químicas. Cuando en 1800 el italiano Volta descubrió la pila eléctrica, los quimicos tuvieron una fuente continua de electricidad y se descubrieron muchos nuevos elementos gracias a ella. También se descubrió que algunas sustancias, como la sal, al disolverse en agua, podían transmitir la electricidad, mientras que otras, como el azúcar, no lo hacían. El físico y químico inglés Faraday, en la primera mitad del siglo XIX, estableció las leyes de la electroquímica, poniendo en relación cuantitativa algunas transformaciones químicas y la electricidad e intentó hacer pasar electricidad a través del vacío (lo que demostraría la existencia de partículas de electricidad), fracasando al no lograr un vacío lo bastante perfecto. A finales del siglo XIX Crookes obtuvo un vacío suficiente, observó que al someter en el vacío unas placas metálicas a una gran diferencia de potencial, unas partículas, con carga negativa, que se llamaron electrones, abandonaban la placa cargada negativamente y se movían hacia la que tenía carga positiva. Esas mismas partículas aparecían si se iluminaba un metal con luz ultravioleta. Estaba claro que sólo podían proceder de los átomos del metal, así que el átomo no era indivisible, estaba formado por partículas. El físico inglés Thomson creyó que el átomo estaba formado por una esfera de carga positiva en la que se engastaban, como pasas en un pastel, los electrones. Pero su propio discípulo Rutherford, descubrió que no podía ser así, que  toda la la carga positiva del átomo y casi toda su masa se encontraba en un reducido espacio, el núcleo atómico, mientras que su carga negativa de electrones estaban muy lejos de él, girando a su alrededor, de forma que la mayor parte del átomo estaba vacío (a escala, si el átomo tuviera el tamaño de una plaza de toros, el núcleo tendría el tamaño de un grano de arena). Posteriores investigaciones determinaron que el núcleo atómico estaba formado por dos tipos de partículas, los protones, de carga positiva, y los neutrones, sin carga eléctrica. En 1860, los físicos alemanes Bunsen y Kirchhoff descubrieron que cada átomo, sin importar su estado, al ser calentado emite una luz de colores característica, los espectros atómicos. Gracias a su invención, se descubrió el elemento Helio, que se emplea en los globos, en el Sol, antes de sospecharse su existencia en la Tierra. El físico danés Bohr, en 1913, explicó la existencia de los espectros atómicos suponiendo que los electrones no giran en torno al núcleo atómico en cualquier forma, sino que las órbitas de los electrones están cuantizadas mediante 3 números: El número cuántico principal, n, que determina la distancia al núcleo, el radio de la órbita; el número cuántico azimutal, l, que determina la excentricidad de la órbita; y el número cuántico magnético, m, que determina su orientación en el espacio. Con posterioridad se añadió un cuarto número cuántico, el número cuántico de spín, s, que indica la rotación del electrón sobre si mismo. n átomo emitía o absorbía luz cuando un electrón pasaba de una órbita a otra Y no podían existir dos electrones en el mismo átomo, con los cuatro números cuánticos iguales. Ya en la década de 1920 se propuso, gracias a los esfuerzos de Schrödinger, Heisenberg y el propio Bohr, la teoría de la mecánica cuántica, que da explicación del comportamiento de los electrones y átomos individualmente, en compuestos y en las transformaciones químicas... Pero eso, eso es otra historia....                                                         Samuel Alberto Beracasa Robles CI Nº 15775106                                                          Circuitos de Alta Frecuencia (CAF) Fuente:http://www.ite.educacion.es/w3/eos/MaterialesEducativos/mem2000/tablap/tabla/historiaatomo.htm