4- Usos y aplicaciones de las sustancias radioactivas

En nuestros días, las aplicaciones de la radiactividad son cada vez más numerosas:

La Arqueología, la Geología y la Antropología emplean métodos de datación de objetos y sucesos históricos utilizando el carbono 14 u otros isótopos, que permiten definir una edad para los acontecimientos que describen la historia de la Tierra, su clima y los seres vivos que la habitaban.

Menos conocido es el uso de la activación neutrónica para, por ejemplo, determinar las rutas comerciales de la antigüedad mediante el análisis de los elementos contenidos en fragmentos de cerámica, o de la técnica denominada de fluorescencia de rayos X para analizar las características básicas de las pinturas o tintas utilizadas en cuadros y manuscritos.

En Biología, numerosos adelantos realizados durante la segunda mitad del siglo XX están vinculados a la utilización de radiactividad. Entre los más importantes hay que destacar el funcionamiento del genoma humano y de otros animales, el metabolismo celular o la transmisión de mensajes químicos en el organismo.

La radiactividad cubre un abanico de aplicaciones tan amplio que pocas tecnologías pueden compararse con ella. Abarca desde la prehistoria al estudio del genoma o la curación del cáncer.

En Medicina la radiactividad es usada como método de diagnóstico (rayos X, estudios metabólicos con sustancias trazadoras, tomografía axial computarizada y tomografía por emisión de positrones) y de curación (los tratamientos de radiactividad contra el cáncer curan a miles de personas cada año). Se utiliza cotidianamente en investigación (estudio del funcionamiento de sustancias relevantes para la vida, como son los aminoácidos, el ADN, los azúcares, las penicilinas, etc., mediante el uso de núcleos radiactivos trazadores). Sirve para entender cómo funciona el cerebro, qué acción realizan los medicamentos. De igual forma, las radiaciones pueden destruir las células tumorales.

En Agricultura se utilizan las técnicas con sustancias trazadoras para analizar las funciones de fertilizantes, hormonas, herbicidas, pesticidas, etc.; con sustancias radiactivas se pueden producir mutaciones que mejoren cosechas o erradicar plagas.

En la Industria, los rayos X y la radiación gamma se usan para la detección de defectos en fundición y soldadura y la medida de espesores de láminas de los más variados materiales. Los trazadores permiten el análisis de problemas tales como el desgaste de los neumáticos de los automóviles, la detección de fugas en tuberías subterráneas, la determinación de la eficacia de los detergentes, etc.

Los contenidos de partículas materiales en el aire, de gran importancia en Ecología para la determinación de los niveles de polución atmosférica, pueden analizarse con la técnica que se denomina activación neutrónica.

Otras muchas aplicaciones de la radiactividad pueden catalogarse de curiosas, la utilización de sustancias radiactivas en detectores de humo o en pararayos (estos últimos ya prácticamente erradicados a pesar de su eficacia).

El término radiactividad se encuentra bastante extendido en la sociedad. Se habla de residuos radiactivos, datación de restos arqueológicos usando isótopos radiactivos (Como el Carbono 14), bombas nucleares, aplicaciones médicas, etc. Sin embargo, realmente es poco lo que se conoce del tema. Hace falta conocer los beneficios que generan, los alcances científicos, etc. La importancia de las aplicaciones radica en el hecho de que todos los seres vivos están involucrados, se quiera o no con ella, no importando el lugar en donde se encuentren, ya sea en la casa, en la oficina, en el campo, en la calle, o en el colegio.

5- Radioactividad natural y artificial

1- Radiactividad natural

En 1896 Becquerel descubrió que ciertas sales de uranio emitían radiaciones espontáneamente, al observar que velaban las placas fotográficas envueltas en papel negro. Hizo ensayos con el mineral emamae, en frío, pulverizado, disuelto en ácidos y la intensidad de la misteriosa radiación era siempre la misma. Por tanto, esta nueva propiedad de la materia, que recibió el nombre de radiactividad, no dependía de la forma física o química en la que se encontraban los átomos del cuerpo radiactivo, sino que era una propiedad que radicaba en el interior mismo del átomo.

El estudio del nuevo fenómeno y su desarrollo posterior se debe casi exclusivamente al matrimonio Curie, quienes encontraron otras sustancias radiactivas como el torio, polonio y radio. La intensidad de la radiación emitida era proporcional a la cantidad de uranio presente, por lo que dedujo Marie Curie que la radiactividad era una propiedad atómica. El fenómeno de la radiactividad se origina exclusivamente en el núcleo de los átomos radiactivos. Se cree que la causa que lo origina es debida a la interacción neutrón-protón del mismo. Al estudiar la radiación emitida por el radio se comprobó que era compleja, pues al aplicarle un campo magnético parte de ella se desviaba de su trayectoria y otra parte no.

Pronto se vio que todas estas reacciones provenían del núcleo atómico que describió Rutherford en 1911, quien también demostró que las radiaciones emitidas por las sales de uranio eran capaces de ionizar el aire y de producir la descarga de cuerpos cargados eléctricamente.

Con el uso del neutrino, partícula descrita en 1930 por Pauli pero no medida hasta 1956 por Clyde Cowan y sus colaboradores, consiguió describirse la radiación beta.

En 1932 James Chadwick descubrió la existencia del neutrón que Wolfgang Pauli había predicho en 1930, e inmediatamente después Enrico Fermi descubrió que ciertas radiaciones emitidas en fenómenos no muy comunes de desintegración eran en realidad neutrones.

2- Radiactividad artificial

Se produce la radiactividad inducida cuando se bombardean ciertos núcleos estables con partículas apropiadas. Si la energía de estas partículas tiene un valor adecuado penetran dentro del núcleo bombardeado y forman un nuevo núcleo que, en caso de ser inestable, se desintegra después radiactivamente. Fue descubierta por los esposos Jean Frédéric Joliot-Curie e Irène Joliot-Curie, bombardeando núcleos de boro y aluminio con partículas alfa. Observaron que las sustancias bombardeadas emitían radiaciones después de retirar el cuerpo radiactivo emisor de las partículas de bombardeo.

En 1934 Fermi se encontraba en un experimento bombardeando núcleos de uranio con los neutrones recién descubiertos. En 1938, en Alemania, Lise Meitner, Otto Hahn y Fritz Strassmann verificaron los experimentos de Fermi. Es más, en 1939 demostraron que parte de los productos que aparecían al llevar a cabo estos experimentos era bario. Muy pronto confirmaron que era resultado de la división de los núcleos de uranio: la primera observación experimental de la fisión. En Francia, Jean Frédéric Joliot-Curie descubrió que además del bario, se emitían neutrones secundarios en esa reacción, haciendo factible la reacción en cadena.

También en 1932 Mark Oliphant teorizó sobre la fusión de núcleos ligeros (de hidrógeno), describiendo poco después Hans Bethe el funcionamiento de las estrellas en base a este mecanismo.

El estudio de la radiactividad permitió un mayor conocimiento de la estructura del núcleo atómico y de las partículas sub atómicas. Se abre la posibilidad de convertir unos elementos en otros. Incluso el sueño de los alquimistas de transformar otros elementos en oro se hace realidad, aunque no resulte rentable.

6- Isótopos radiactivos artificiales

Se conoce como isótopo a las variedades de átomos que tienen el mismo número atómico y que, por lo tanto, constituyen el mismo elemento aunque tengan un diferente número másico. Los átomos que son isótopos entre sí tienen el mismo número de protones en el núcleo y ocupan el mismo lugar en la tabla periódica.

Cabe destacar que la mayoría de los elementos químicos cuentan con más de un isótopo. Apenas 21 elementos, como el sodio, tienen un único isótopo natural. Es posible dividir los isótopos en isótopos estables e isótopos no estables o radiactivos.

Para que un isótopo sea radiactivo, debe exhibir una relación entre el número de protones y de neutrones que no resulte propicia para mantener la estabilidad nuclear. La noción de estabilidad, de todas maneras, no es muy precisa ya que hay isótopos que son casi estables gracias a un tiempo de neutralización extremadamente largo.

El isótopo radiactivo tiene un núcleo atómico inestable ante el balance dente neutrones y protones. Esta misma característica hace que emita energía cuando muta de forma hacia condiciones más estables. Los isótopos no estables tienen un período de desintegración donde la energía es emitida en forma de rayos beta (electrones o positrones), alfa (núcleos de helio) o gamma (energía electromagnética).

La radiactividad artificial es un tipo de radiactividad que surge de un isótopo que se produce previamente en el laboratorio mediante una reacción nuclear. Este isótopo sigue todas las leyes radiactivas estudiadas para la radiactividad natural.

En 1919, Rutherford, al bombardear nitrógeno con partículas a procedentes de una sustancia radiactiva, provocó la primera reacción nuclear conducente a la producción “artificial” de un isótopo del oxígeno. El N se transmutaba en O y emitía un protón.

En 1934, los esposos Irene Curie y Fréderic Joliot, estudiando la producción de neutrones al bombardear una lámina de aluminio con partículas alfa, descubrieron que se formaba un isótopo radiactivo del fósforo. Comprobaron que además de los neutrones aparecían positrones que no esperaban (ni cabía esperar) y que no cesaban de producirse al dejar de bombardear, tal como sucedía con los neutrones.

Los proyectiles utilizados para la producción de isótopos son los neutrones ya que al no poseer carga eléctrica no experimentan fuerzas de repulsión electrostática por parte de los protones de los núcleos en los que penetran para desestabilizarlos.

La producción de positrones es más abundante en la radiactividad artificial ya que en la natural se producen espontáneamente partículas alfa y beta y radiación gamma.

Los isótopos radiactivos artificiales tienen periodos de semi desintegración pequeños. Seguramente se formaron al mismo tiempo que los otros componentes de Tierra, pero han desaparecido. Actualmente sólo quedan radioisótopos de periodo grande.

En Medicina se manejan diferentes tipos de isótopos que son administrados a los pacientes. Se usan isótopos radiactivos en investigación, para el tratamiento de tumores malignos o como trazadores para visualizar órganos, dando lugar a la Medicina Nuclear con diversas funciones, como la identificación de vasos sanguíneos bloqueados.

Ejemplos de isótopos radiactivos artificiales

• Plutonio 239Pu y 241Pu

• Curio 242Cm y 244Cm

• Americio 241Am

• Cesio 134Cs, 135Cs y 137Cs

• Yodo 129I, 131I y 133I

• Antimonio 125Sb

• Rutenio 106Ru

• Estroncio 90Sr

• Criptón 85Kr y 89Kr

• Selenio 75Se

• Cobalto 60Co

• Cloro 36Cl

7- Fisión Nuclear

El estudio de las reacciones nucleares y la búsqueda de nuevos isótopos radiactivos artificiales, sobre todo entre los elementos más pesados, llevó al descubrimiento de la fisión nuclear y al posterior desarrollo de la bomba atómica. También se descubrieron varios elementos nuevos que no existen en la naturaleza. El desarrollo de reactores nucleares hizo posible la producción a gran escala de isótopos radiactivos de casi todos los elementos de la tabla periódica, y la disponibilidad de estos isótopos supone una ayuda incalculable para la investigación química y biomédica. Entre los isótopos radiactivos producidos artificialmente tiene gran importancia el carbono 14, con un periodo de semidesintegración de 5.730 ± 40 años. La disponibilidad de esta sustancia ha permitido investigar con mayor profundidad numerosos aspectos de procesos vitales, como la fotosíntesis.

Se entiende por fisión, la división de un núcleo muy pesado en un par de núcleos de masa próxima a 60, proceso en el cual se libera gran cantidad de energía.

A finales de 1938, O.Hann y F. Strassmann descubrieron en uranio bombardeado con neutrones, la presencia del radioisótopo 139Ba, formado necesariamente por escisión del núcleo de uranio. Este proceso se denominó Fisión nuclear.

Según el modelo de la gota líquida, la fisión se produce porque al captar un neutrón, el núcleo oscila y se deforma, con lo que pierde su forma esférica adquiriendo la figura de un elipsoide entre cuyos extremos se produce una repulsión electrostática que puede llegar a provocar la rotura del núcleo pesado en dos fragmentos. En el caso del uranio-235, los fragmentos que se forman son núcleos de masas próximas a 95, el menor, y a 139, el mayor. Una reacción de fisión típica es:

235 1 90 144 1

29 0 38 54 0

Puesto que la relación neutrones/protones es más elevada en el uranio que en los dos núcleos formados en la fisión, quedan dos neutrones en exceso que se liberan con gran energía. Si estos neutrones no son captados por núcleos de otros elementos y no escapan de la masa escindible, pueden provocar nuevas fisiones, siempre y cuando se hayan convertido en neutrones lentos mediante moderadores. Se logra así un proceso auto sostenido.

La energía liberada en la fisión de 1 g de uranio-235 es del orden de 108 kJ, es decir unos dos millones de veces la energía que se obtiene por combustión de 1 g de petróleo.

El primer reactor nuclear fue construido por Fermi en 1942, utilizando grafito como moderador. Así, los neutrones liberados al escindirse un núcleo de uranio-235 provocaban la escisión de nuevos núcleos de uranio-235 o la transmutación del uranio-238 en plutonio-239, que es así mismo fisionable.

En las bombas atómicas de fisión, la explosión se produce al unir dos masas de material fisionable de tamaño inferior al crítico. Es decir, que el recorrido medio que debe atravesar un neutrón liberado, en una fisión espontánea para provocar una nueva fisión, es mayor que el diámetro de esas masas. Al unirlas, se supera el tamaño crítico, con lo que se produce una reacción en cadena.

8- Fusión Nuclear

La fusión nuclear es la unión de dos núcleos livianos acompañada por una liberación de energía.

Además de la fisión de núcleos de átomos pesados, también se libera energía en la formación de núcleos intermedios a partir de núcleos muy ligeros, por ejemplo, de deuterio, 21H, y de tritio, 31H. Este proceso se conoce como fusión nuclear.

Una reacción de fusión típica es la unión de un núcleo del deuterio y uno de tritio para dar un núcleo de Helio y un neutrón:

2 3 4 1

1 1 2 0

Por gramo de combustible, esta reacción comporta la liberación de tres o cuatro veces más energía que una reacción de fisión. La energía liberada corresponde a la diferencia de masa entre el núcleo formado y sus constituyentes.

Las reacciones de fusión son las responsables de la energía que emiten el Sol y las estrellas, en cuyo interior la temperatura es del orden de 20 millones de grados y los átomos de hidrógeno están completamente ionizados. La energía emitida por el Sol equivale a la pérdida de una masa de 4,3 millones de toneladas en un segundo.

A diferencia de lo que ocurre con la fisión, los productos que se forman en las reacciones de fusión no son radiactivos y, además, los isótopos ligeros necesarios para la fusión son comunes (por ejemplo el deuterio existe en el mar), de ahí las grandes esperanzas depositadas en llegar a producir energía a partir de un proceso de fusión. El problema más importante planteado estriba en que los núcleos que se fusionan deben poseer suficiente energía para vencer las fuerzas electrostáticas de repulsión, lo que exige temperaturas de millones de grados. El material se hallará así en estado de plasma, y este plasma debe confinarse durante un tiempo suficientemente largo en un volumen no muy grande para que se produzca una reacción auto sostenida.

En las bombas termonucleares (bombas de hidrógeno) la temperatura necesaria se alcanza mediante la explosión de una o más bombas atómicas que actúan como detonantes de la fusión subsiguiente.

9-Utilización y obtención de la energía nuclear

Los primeros pasos que dio el hombre para la obtención y transformación de esta clase de energía, data de los años 1930-1945, cuando se obtuvo en forma artificial y controlada esta forma de energía, para la construcción de la primera bomba atómica.

La obtención de energía atómica o nuclear se basa fundamentalmente en la famosa fórmula de Einstein:

E=mc2

En esa fórmula, es E energía, m masa, c= 300000000 metros por segundo, velocidad de la luz en el vacío aproximadamente. El cuadrado de c, que es como aparece en la fórmula es 9 seguido de 16 ceros. Por eso aunque la masa m sea muy pequeña, la energía atómica que se puede obtener de ella es sumamente grande.

El uranio (símbolo químico U), es uno de los cuerpos más utilizados para obtener energía atómica o nuclear. Su masa o peso atómico (número de protones mas neutrones en el núcleo de su átomo) es 235.

Si su núcleo es “tiroteado” con neutrones, se divide, se parte (se fisiona) en dos núcleos, uno de kryptón (Kr) y otro de bario (Ba). Esto lo podemos representar esquemáticamente así:

U → Kr + Ba (reacción nuclear de fisión del U)

Ya vimos que el peso atómico del U es 235, pues bien, el del Kr es 93 y el del Ba es 140.

En la reacción de fisión del U se da el caso de que la suma de los pesos atómicos de Kr y Ba, (233), es menor que el peso o masa atómica del U (235).

En la fisión del U se ha perdido una masa m = 2 unidades de masa por cada núcleo fisionado de ese elemento. Esa masa perdida se convierte en energía (calor, velocidad de las partículas, etc.), en virtud de la fórmula de Einstein antes vista.

La fórmula de Einstein nos muestra que por cada gramo de masa perdida se obtiene una energía enorme de 9 seguido de 13 ceros, joules.

Si la energía atómica o nuclear se controla debidamente, evitando que neutrones que se emiten en la fisión de un núcleo, fisionen otros en una reacción en cadena explosiva, en instalaciones llamadas reactores, puede utilizarse en plantas eléctricas nucleares que tiene la ventaja que no necesitan combustibles no renovables, que se están agotando como el petróleo y además el daño al medio ambiente es mínimo.

Sin embargo, también se utiliza la energía nuclear en la Bomba Atómica aprovechando el hecho de que cuando el uranio no alcanza una determinada masa crítica no hay reacción en cadena.

El mecanismo de la bomba consiste esquemáticamente en preparar dos cantidades de uranio de masa igual a la mitad de la crítica., mantenerlas separadas mientras no se quiera una explosión y tener preparado un dispositivo que cuando se quiera la explosión, una las dos mitades y al tenerse ya la masa crítica, comience la reacción en cadena y por ende ocurra la explosión.

Existen otras sustancias además del uranio que se utilizan para estos fines como es el plutonio.

Existe otra posibilidad de obtener energía nuclear. El procedimiento a emplear en este caso, se conoce como fusión que significa unión, lo contrario del procedimiento de fisión antes descrito.

La fusión nuclear se basa en el llamado efecto de empaquetamiento el cual se manifiesta por el hecho de que la suma de las masas medidas aisladamente de los protones y neutrones del núcleo atómico, resulta mayor que la masa total al empaquetarse, fusionarse, para formar el núcleo. De modo que en la fusión se pierde cierta cantidad m de masa. Esa masa m, como ya vimos por la fórmula de Einstein, se convierte en energía cuyo enorme valor resulta de la multiplicación por el enorme cuadrado de la velocidad c de la luz.

La formidable cantidad de energía que se produce en nuestro sol resulta de una perenne reacción de fusión nuclear como la descrita.

Llevado a la práctica, la “materia prima” la constituyen núcleos de hidrogeno (H) que al fusionarse uno de ellos con un neutrón, se obtiene un núcleo de deuterio (D) con la citada pérdida de masa y consecuente obtención de fabulosa cantidad de energía.

Al igual que la fisión, la fusión nuclear debidamente controlada puede ser una muy eficiente forma de obtener energía que sólo necesita una de las sustancias más abundantes en el mundo como componente del agua: el hidrógeno.. La forma de controlarla resulta mucho más difícil y peligrosa que en el caso de la fisión.

Afortunadamente los usos más extendidos de la energía nuclear son los civiles, tanto para producir la electricidad que utilizamos en nuestras casas y en la industria, como para usos médicos y de investigación.

Desde los Rayos X hasta las últimas aplicaciones, la energía nuclear, al margen de las controversias que crea, nos ayuda cada día en los aspectos más desconocidos de la labor humana. Veamos los usos más conocidos:

- Producción de electricidad.- El uso más conocido es la generación de energía eléctrica en las centrales nucleares. La fisión -como en general la utilización de otros combustibles- genera calor que calienta agua para producir vapor, el cual mueve unas turbinas y éstas unos generadores eléctricos que producen la electricidad. En las centrales nucleares se controla la reacción de fisión -la emisión de neutrones- para que el reactor no explote, mediante elementos de control, como pueden ser barras de boro, que absorbe dichos neutrones.

- Rayos X.- Llamados así por desconocerse -en su momento- su origen. Se trata de fotones de energía (como los rayos gamma), por lo que no son partículas, sino ondas electromagnéticas. Su principal uso es en la realización de las radiografías gracias a su poder de atravesar unos cuerpos -tejidos blandos- y no otros -ej. huesos, metal... - dependiendo de la potencia que se le dé, según su uso. Así, se pueden localizar fisuras o roturas de hueso, o incluso cuerpos extraños en el organismo. Por ser peligrosos se limita la exposición a los mismos durante mucho tiempo. Los propios profesionales médicos están protegidos con elementos de plomo y tienen limitado el tiempo de exposición.

Otro uso de los Rayos X es en el campo de la construcción. Con ellos se comprueban las soldaduras en las obras de construcción de edificios, buques, etc...

- Datación con Carbono 14.- La datación de una muestra arqueológica es el procedimiento por el cual se determina su antigüedad. El más conocido es el que emplea el isótopo carbono-14 y que permite determinar la edad de restos fósiles o piezas fabricadas por el hombre de hasta 50.000 años de antigüedad.

El carbono está presente en la atmósfera terrestre, formando dióxido de carbono, en tres variedades isotópicas: el carbono-12, -13 y -14. El carbono-12 y -13 son estables, sin embargo el segundo es muy raro: tan sólo 1 de cada 100 átomos de carbono es carbono-13. En cambio, el carbono-14 es radiactivo con un período de semi desintegración de 5700 años.

Al desintegrarse, el carbono-14 se transforma en nitrógeno-14 y emite radiación Beta y debería desaparecer paulatinamente de la atmósfera. Sin embargo, si bien se lo encuentra en proporción escasísima, hay evidencia de que ésta ha permanecido casi inalterada por muchas decenas de miles de años. Esto es debido a que también existe un mecanismo por el cual se forma carbono-14 a partir del nitrógeno-14. Este hecho tiene lugar en las capas más altas de la atmósfera y consiste en la transmutación del nitrógeno-14 en carbono-14 producida por la radiación cósmica. El carbono-14 así formado se combina con el oxígeno para dar dióxido de carbono y es transportado a las capas más bajas de la atmósfera por las corrientes de aire. Estos dos mecanismos, el de desintegración y el de creación, han llegado a un equilibrio: la cantidad de carbono-14 que se desintegra durante cierto tiempo es igual a la que se crea en ese tiempo. De tal modo la abundancia de carbono-14 en la atmósfera permanece constante.

Durante el proceso de fotosíntesis las plantas toman dióxido de carbono de la atmósfera y asimilan el carbono a su organismo. Por este motivo, una parte del carbono que hay en las plantas será carbono-14. Cuando la planta muere, el carbono-14 de su organismo comienza a desaparecer lenta pero inevitablemente, debido a su desintegración.

El resultado de este complicado mecanismo es: ¡un fósil vegetal tiene incorporado su propio reloj! Para saber el tiempo que ha trascurrido desde su muerte bastará con medir la abundancia de carbono-14 que hay en él y que será tanto menor cuanto más tiempo haya transcurrido. Los físicos han podido establecer cuál es la ley que sigue esta disminución y confeccionaron tablas de la abundancia en función del tiempo. Por lo tanto, una vez conocida esa abundancia bastará con comparar el valor medido con esa tabla para saber la edad del fósil.

Este fenómeno que afecta el carbono que hay en las plantas también afecta a los animales pues, en algún paso de la cadena alimentada, ellos se nutren de las plantas. También afecta la composición del suelo, pues en la mayor parte de los casos las plantas al morir se integran a él. También a los utensilios y objetos creados por los hombres primitivos, como las vasijas de barro. Por estas razones, este método de datación sirve para analizar una variedad muy grande de muestras. Debemos decir, sin embargo, que falla cuando se trata de determinar edades de más de 50.000 años, en cuyo caso se emplean otros métodos.

- Radioterapia.- Para el tratamiento del cáncer se aplica la radioterapia a través de rayos X, gamma y rayos ionizantes.

10- Centrales Nucleares

Una central nuclear es una instalación industrial empleada para la generación de energía eléctrica a partir de energía nuclear, que se caracteriza por el empleo de materiales fisionables que mediante reacciones nucleares proporcionan calor. Este calor es empleado por un ciclo termodinámico convencional para mover un alternador y producir energía eléctrica.

Estas centrales constan de uno o varios reactores, que son contenedores (llamados habitualmente vasijas) en cuyo interior se albergan varillas u otras configuraciones geométricas de minerales con algún elemento fisil (es decir, que puede fisionarse) o fértil (que puede convertirse en fisil por reacciones nucleares), usualmente uranio, y en algunos combustibles también plutonio, generado a partir de la activación del uranio. En el proceso de fisión radiactiva, se establece una reacción que es sostenida y moderada mediante el empleo de elementos auxiliares dependientes del tipo de tecnología empleada.

Las instalaciones nucleares son construcciones complejas por la variedad de tecnologías industriales empleadas y por la elevada seguridad con la que se les dota. Las características de la reacción nuclear hacen que pueda resultar peligrosa si se pierde su control y prolifera por encima de una determinada temperatura a la que funden los materiales empleados en el reactor, así como si se producen escapes de radiación nociva por esa u otra causa.

La energía nuclear se caracteriza por producir, además de una gran cantidad de energía eléctrica, residuos nucleares que hay que albergar en depósitos aislados y controlados durante largo tiempo. A cambio, no produce contaminación atmosférica de gases derivados de la combustión que producen el efecto invernadero, ni precisan el empleo de combustibles fósiles para su operación. Sin embargo, las emisiones contaminantes indirectas derivadas de su propia construcción, de la fabricación del combustible y de la gestión posterior de los residuos radiactivos (se denomina gestión a todos los procesos de tratamiento de los residuos, incluido su almacenamiento) no son despreciables.

Las centrales nucleares constan principalmente de cuatro partes:

• El reactor nuclear, donde se produce la reacción nuclear.
• El generador de vapor de agua (sólo en las centrales de tipo PWR).
• La turbina, que mueve un generador eléctrico para producir electricidad con la expansión del vapor.
• El condensador, un intercambiador de calor que enfría el vapor transformándolo nuevamente en líquido.

• El reactor nuclear es el encargado de realizar la fisión o fusión de los átomos del combustible nuclear, como uranio o plutonio, liberando una gran cantidad de energía calorífica por unidad de masa de combustible.

• El generador de vapor es un intercambiador de calor que transmite calor del circuito primario, por el que circula el agua que se calienta en reactor, al circuito secundario, transformando el agua en vapor de agua que posteriormente se expande en las turbinas, produciendo el movimiento de éstas que a la vez hacen girar los generadores, produciendo la energía eléctrica. Mediante un transformador se aumenta la tensión eléctrica a la de la red de transporte de energía eléctrica.

• Después de la expansión en la turbina el vapor es condensado en el condensador, donde cede calor al agua fría refrigerante, que en las centrales PWR procede de las torres de refrigeración. Una vez condensado, vuelve al reactor nuclear para empezar el proceso de nuevo.

Las centrales nucleares siempre están cercanas a un suministro de agua fría, como un río, un lago o el mar, para el circuito de refrigeración, ya sea utilizando torres de refrigeración o no.