Central eléctrica de Millstone: Fisión nuclear
Estudio de caso HS-PS1-8 y HS-ESS3-2
Analiza la enorme cantidad de energía liberada por la fisión del uranio-235 y evalúa la relación coste-beneficio de generar electricidad libre de carbono frente al almacenamiento de residuos nucleares a largo plazo.
Contexto: Waterford, CT
La central nuclear de Millstone es la única central nuclear en funcionamiento en Connecticut. Genera más del 40% de la electricidad del estado.
A diferencia de las centrales de combustibles fósiles (carbón, gas natural) que queman enlaces químicos, Millstone se basa en la fisión nuclear . Utiliza neutrones de movimiento lento para dividir átomos pesados de uranio-235, liberando enormes cantidades de calor para hervir agua y hacer girar turbinas.
Fisión nuclear del U-235
Cómo genera calor Millstone
Un neutrón de movimiento lento impacta contra un núcleo fisionable de uranio-235 en el núcleo del reactor. Este absorbe temporalmente el neutrón, convirtiéndose en uranio-236, altamente inestable. Casi instantáneamente, se divide violentamente en dos núcleos radiactivos más ligeros (como el bario-144 y el criptón-89) y libera 3 neutrones rápidos.
Esta división libera una enorme cantidad de energía debido a un "defecto de masa" (una pequeña fracción de la masa se convierte directamente en energía mediante la ecuación E=mc²). Los 3 neutrones eyectados pueden impactar contra otros átomos de U-235, creando una reacción en cadena controlada.
Fisión nuclear frente a combustión química
Para comprender por qué la reacción de Millstone es tan poderosa, debemos comparar la energía liberada al dividir un núcleo con la energía liberada al romper o formar enlaces electrónicos en una reacción química (como la combustión del carbón).
Reacción química (combustión de carbono)
~4 eV
Energía por átomo
Reacción nuclear (fisión del U-235)
~200.000.000 eV
Energía por átomo (200 MeV)
Evaluación de los recursos energéticos
Los ingenieros y los responsables políticos deben realizar un análisis de coste-beneficio a la hora de decidir cómo generar electricidad para la red.
Los beneficios (ventajas)
- Cero emisiones de carbono: A diferencia del carbón o el gas natural, el proceso de fisión no produce CO₂, lo que lo hace crucial para mitigar el cambio climático.
- Alta densidad energética: Gracias a su multiplicador de 50.000.000x, una pequeña cantidad de combustible de uranio puede alimentar millones de hogares.
- Fiabilidad: Proporciona energía de "carga base" constante las 24 horas del día, los 7 días de la semana, independientemente de las condiciones climáticas (a diferencia de la energía solar o eólica).
Costos y riesgos (Desventajas)
- Residuos radiactivos: Los productos de fisión (como el Ba-144 y el Kr-89) son "combustible gastado" altamente radiactivo que sigue siendo peligroso durante más de 10.000 años.
- Geopolítica del almacenamiento: En Estados Unidos no existe un depósito nacional permanente. El combustible gastado se almacena en contenedores secos en las instalaciones de Millstone, lo que requiere medidas de seguridad a largo plazo.
- Alto coste de capital: Construir reactores nucleares nuevos y seguros es extremadamente caro y lleva décadas.