Origen de la Industria Generatriz NUCLEAR

La industria generatriz nuclear fue la segunda fuente de energía de bajo impacto ambiental después de las plantas hidroeléctricas (i.e. 4,200TWh est.), al generar unos 2,567 tera-vatios por hora (TWh, por su siglas en inglés) en el 2018. Al tratarse de una tecnología que libera bajos niveles de emisiones de dióxido de carbono (CO2), también siendo reconocida por su estabilidad, en la actualidad operan alrededor de 451 reactores de poder en más de 50 países que suplen un 11.0% de la demanda energética global.  

Iniciando operaciones comerciales de poder eléctrico en los años 1950ta, los proveedores de energía nuclear han demostrado la durabilidad de sus operaciones al ser una fuente baja en carbón y que aun cuenta con áreas investigativas dentro de 225 de los reactores, los cuales también son capaces de producir isótopos para propósitos médicos e industriales. La historia de la energía nuclear es una sumamente compleja, ya que los adelantos y descubrimientos se dieron poco a poco en diversas partes del mundo, con iniciativas que comenzaron con la identificación de minerales radioactivos, luego cambiando sus objetivos al ser impulsados por el interés de lograr una reacción explosiva para aplicaciones militares, mucho antes de que se lograra la fisión controlada que caracteriza los reactores de poder.  

Fue en 1789 que el químico alemán Martin Klaproth descubrió el elemento uranio (U), nombrándolo en referencia al planeta en las afueras de nuestro sistema solar. Sobre cien años pasaron hasta que el ingeniero mecánico y físico también de Alemania, Wilhelm Conrad Röntgen produjo y detectó la radiación ionizante electromagnética, al pasar una corriente eléctrica de longitud de ondas (i.e. “wavelengths”) por un tubo evacuado de cristal, descubriendo los Rayos-X un 8 de noviembre de 1895, razón por la cual se ganó el primer Premio Nobel en Física en 1901.  

Durante los próximos años se estudiaron los átomos con mayor profundidad, al utilizar una “pechblenda”, una combinación impura de los minerales radio (Ra) y uranio (U), para conocer más acerca de los electrones dentro de la radiación beta (β) y de la emisión de partículas alfa (α) o núcleos de helio (He) que naturalmente liberan. Entre los años 1896 y 1939 hubo varios avances, como la identificación de los rayos gamma (γ), el aislamiento del polonio (Po), ordenamiento de los electrones (e) alrededor del núcleo, el reordenamiento nuclear, y la detección de radionúclidos y su creación artificial con el bombardeo de neutrones (n0) que producirían elementos más pesados y livianos derivados del uranio por Enrico Fermi, todos en un esfuerzo por entender el fenómeno que Pierre y Marie Curie llamaron “radioactividad” en 1896. Al producirse elementos más livianos como el Bario (Ba) con una masa molecular que era la mitad del uranio, se probó que hubo fisión nuclear al los neutrones ser capturados por el núcleo, causar vibraciones en el mismo y dividirlo en dos partes liberando 200 millones de voltios electrón.  

Los descubrimientos antes mencionados despertaron el interés en laboratorios alrededor del mundo, a medida que Otto Hahn, Lise Meitner y Fritz Strassmann desde Alemania determinaron que por medio de la fisión también se liberan neutrones adicionales que impactan otros núcleos de uranio (U), estableciéndose una reacción en cadena autosustentable que podría conllevar a una liberación enérgica enorme, lo que fue corroborado por Frédéric Joliot-Curie, su esposa Irène y sus asistentes Hans Halban y Lev Kovarski desde Paris, al igual que por Leo Szilard y Enrico Fermi desde Nueva York. Existen diversos isótopos de U, identificándose el U-235 como más propenso a crear fisión al bombardearse lentamente con neutrones en contraste del isótopo de uranio U-238, el cual existe con mayor frecuencia naturalmente. Como el isótopo U-235 se constituye de 0.7% uranio natural con el remanente 99.3% siendo U-238, el aumentar la proporción del elemento U-235 se conoce como “enriquecimiento” nuclear.  

Finalmente, yendo de la química a la matemática Francis Perrin en 1939 introdujo el concepto de masa crítica del uranio, teoría que fue avalada y extendida numéricamente por Rudolf Peierls de la Universidad de Birmingham, llegándose al consenso de que la reacción química se puede sostener dentro de una mezcla de agua con uranio, siendo el líquido el que causa que los neutrones se muevan despacito. Al inyectarle neutrones externos a la mezcla de agua pesada, al igual que material absorbente de neutrones, se limita la multiplicación de los mismos y se puede controlar la reacción nuclear, desarrollándose la base operacional detrás de las estaciones de poder nuclear de hoy.  

Cuando se trata del poder nuclear, el mismo genera calor a través de la fisión, en donde los átomos grandes de uranio radioactivo son bombardeados por neutrones, los cuales ocasionan que se dividan los átomos liberando energía en el proceso. Por medio de la fisión se liberan numerosos neutrones que causan una reacción en cadena a medida que los átomos chocan entre si, lo cual hace que la temperatura del agua aumente a sobre 270°C (i.e. 518°F), moviendo turbinas generadoras de electricidad. A pesar de las capacidades enérgicas, hubo tres instantes en donde la industria nuclear corrió un riesgo considerable, predominantemente por errores humanos, situaciones que causaron que incrementaran las reglamentaciones y que subsidiaron el incremento generatriz esperado al posponerse algunos proyectos.  

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Ocurrido el 28 de marzo de 1979 en el estado de Pennsylvania cuando el reactor número dos (TMI-2) se derritió (i.e. “meltdown”) parcialmente ocasionado una fuga de yodo y de gases radiactivos debido a la complejidad del sistema y la confusión que le ocasionó al personal en el momento de tomar acción; aunque no causó daños severos, la limpieza duró 14 años y tuvo un costo de $1 billón de dólares.

 

El Desastre de Chernóbil  

El accidente nuclear más catastrófico en la historia se dio en la ciudad de Pripyat del norte de Ucrania el 26 de abril de 1986 cuando se encontraban realizando una prueba del sistema de emergencia para enfriar el núcleo (i.e. “core”) nuclear del reactor número cuatro (RBMK), el cual fue destruido por una explosión masiva de vapor. El proceso de apagar el fuego expuesto del “core” duró 9 días, causó al menos 32 muertes directas, una evacuación de alrededor de 350,000 personas, y daños ambientales que han tenido hasta el momento un costo de limpieza de $68 billones de dólares ajustados a la inflación.

 

El Desastre de Fukushima Daiichi  

Justo después del terremoto Tōhoku el 11 de marzo de 2011, las unidades 1, 2 y 3 del reactor nuclear en Ōkuma, Japón fueron inundados como consecuencia del subsiguiente tsunami, impidiendo que los generadores de emergencia pudiesen bombear para enfriar los reactores. Aunque solo se ha identificado una muerte de cáncer como consecuencia directa a la exposición al líquido de enfriamiento radioactivo, se han tenido que evacuar a 171,000 personas; la descontaminación, compensación, desmantelamiento y almacenamiento de desperdicios radioactivos se estimó en $187 billones de dólares y se extenderá durante 30 a 40 años.

A pesar del miedo ocasionado en cuanto a la seguridad de las plantas nucleares, de acuerdo a la Asociación Nuclear Mundial (WNA, por sus siglas en inglés), sólo ha habido tres accidentes en sobre 14,500 años-reactor acumulados en más de 30 países. A continuación, se presenta el crecimiento esperado en los diversos segmentos del mercado nuclear, notándose el incremento en generación de $133 billones de dólares a $300bn y el de los costos de manejo de la radiación de $69bn a $267bn de dólares.  

El futuro de la industria dependerá de la política ambiental y de la opinión pública acerca de la seguridad de la tecnología nuclear, actualmente encontrándose la capacidad productiva entre un 16% a un 17%. Cuando el objetivo es reducir las emisiones de los gases de invernadero un 70% por un lado, pero la población aumentará de 6.5 billones a 9 billones de personas en las próximas tres décadas por otro, incrementando la demanda energética consigo, mantenerse abierto a esta tecnología continua siendo importante para nuestra seguridad energética.  

No solo esto, sino que aunque la mayoría de los reactores generatrices tienen entre 33 y 34 años operando, cerrándose 56 entre el 2005 y el 2018, hay 53 bajo construcción y 111 reactores planificados a medida que se reinvierte en la industria nuclear para mantener los costos energéticos y la contaminación en niveles reducidos. En las próximas ediciones se discutirá el desglose energético nuclear por país, comparando su impacto con el de otras fuentes renovables, al igual que el desarrollo de la tecnología generatriz y los innovadores reactores modulares pequeños (SMR, por sus siglas en inglés) para conocer más acerca de la oportunidad de complementar la “mezcla” de la carga con una fuente segura que brinda resiliencia.