Energía nuclear a pequeña escala

La energía nuclear no requiere necesariamente grandes centrales. También puede emplearse en vehículos espaciales, submarinos o portaaviones.

El vehículo explorador Curiosity, de la NASA, recorre el terreno de Marte utilizando energía nuclear. En su parte posterior lleva un generador térmico de radioisótopos (flecha), el cual presenta una longitud de unos 60 centímetros. [BRUNO VACARO]

Cuando pensamos en la energía nuclear, la imagen que nos viene a la cabeza suele ser la de un penacho de vapor de agua sobre unas gigantescas torres de refrigeración. Sin embargo, esto no tiene por qué ser siempre así. Este tipo de energía puede generarse en dispositivos de tamaños muy diversos y hacer mucho más que proporcionar electricidad a la red. Hoy en día impulsa sondas espaciales, submarinos o portaaviones. Y, desde hace algunos años, los ingenieros han comenzado a diseñar centrales nucleares pequeñas, modulares y de media potencia. Todo ello nos brinda una excelente excusa para descubrir algunos de los mecanismos físicos que actúan en estos sistemas.

La famosa ecuación de Einstein E=mc2 refleja el hecho de que la masa puede convertirse en energía y viceversa. En las reacciones químicas, las energías implicadas son del orden de centenares de kilojulios por mol, por lo que el cambio de masa asociado apenas sería del orden del nanogramo. No ocurre así en las reacciones nucleares, donde la energía liberada por la desintegración de los núcleos atómicos alcanza, por cada mol, decenas de miles de gigajulios, el equivalente a unas décimas de gramo. En última instancia, esa energía acaba presentándose en forma de calor, el cual puede convertirse en energía útil con el dispositivo adecuado.

Desintegraciones que calientan

Entre los sistemas de producción de energía nuclear más sencillos que existen se encuentran los generadores termoeléctricos de radioisótopos. También conocidos como RTG, por sus siglas en inglés, en ellos se utilizan termopilas para convertir la energía en electricidad. Este es el tipo de dispositivo que alimentó las sondas Cassini o New Horizons en sus viajes a Saturno y Plutón, respectivamente. En estos casos los paneles fotovoltaicos habrían sido ineficaces, ya que, a medida que nos alejamos del Sol, el flujo de luz solar disminuye de manera considerable.

Los RTG también se emplean en los vehículos exploradores que recorren Marte, como el Curiosity y el Perseverance. Presentan la forma de un cilindro de 64centímetros de diámetro y 66 de altura, y su masa asciende a 45 kilogramos, 4,8 de los cuales son óxido de plutonio-228. La desintegración natural de este isótopo produce una potencia térmica de 2 kilovatios al principio de la misión, la cual irá disminuyendo lentamente a lo largo de las décadas. Esto resulta más que suficiente para exploraciones prolongadas, por más que las termopilas tengan una baja eficiencia y solo proporcionen 120 vatios de potencia eléctrica [véase «Cuando el calor se convierte en electricidad», por Jean-Michel Courty y Édouard Kierlik; Investigación y Ciencia, julio de 2017].

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