Ingeniaritza nuklear

thumb|250px|Cattenom zentral nuklearra (Frantzia). Instalazio hauen diseinua, mantentzea eta ebaluazioa ingeniaritza nuklearraren ardatz nagusia da.
**Ingeniaritza nuklearra** atomo-nukleoari buruzko ezagutzen aplikazio praktiko eta teknologikoa da, nagusiki kimika nuklearraren eta fisika nuklearraren printzipioetan zein erradiazioaren eta materiaren arteko interakzioan oinarritua. Ingeniaritza-arlo honetan sartzen dira fisio nuklearreko sistemen eta osagaien diseinua, analisia, garapena, probak, funtzionamendua eta mantentze-lanak, bereziki erreaktore nuklearrenak eta zentral elektriko nuklearrenak. 

Horrez gain, diziplina honek aplikazio oso zabalak ditu: medikuntzaren arloan (medikuntza nuklearra, erradioterapia eta irudi bidezko diagnostikoa), industriako materialen azterketan, hegaldi espazialetarako propultsio nuklearrean eta defentsa arloan (armamentu nuklearraren diseinua eta mantentzea). Halaber, eremu honen ezinbesteko adar bat dira segurtasun nuklearra, erradiazio ionizatzailearen babesa, beroaren eta termodinamikaren garraioa, erregai nuklearraren zikloa, hondakin erradioaktiboen kudeaketa eta ezabaketa, eta mundu mailako ugaritze nuklearraren aurkako kontrol-arazoak. Bere izaera ezinbestez diziplinartekoa denez, ingeniaritza nuklearrak estuki lan egiten du ingeniaritza kimikoarekin, ingeniaritza elektrikoarekin, materialen zientziarekin eta ingeniaritza mekanikoarekin.

## Ikasketak eta Espezializazioak 
Jarraian, ingeniaritza nuklearreko unibertsitate-programa gehienetako prestakuntza tipikoa deskribatzen da. Herrialde batetik bestera aldaerak egon badaitezke ere (adibidez, Estatu Batuetan edo Frantzian), oinarri zientifikoa nazioartekoa da.

### Oinarri teknikoak 
Ikastaroen lehen faseetan ezinbestekoak dira:
* Matematika aurreratua: Kalkulu integrala eta ekuazio diferentzialak.
* Fisika klasikoa eta modernoa: Partikulen mugimenduaren mekanika eta dinamika, mekanika kuantikoaren oinarriak.
* Termodinamika eta oinarrizko fisika zein kimika.
* Konputagailuen programazioa: Ezinbestekoa da simulazioak egiteko, gaur egungo ingeniaritzan ia diseinu guztiak eredu konputazionalen bidez balioztatzen baitira (Monte Carlo simulazioak, adibidez).

### Espezializazio nagusiak 
Oinarri horien ondoren, ikasleek espezializazio bat aukeratzen dute beren ibilbide profesionalerako:
# **Fisio nuklearraren diseinua:** Erreaktore nuklearren eta energia sortzeko instalazioen azterketa sakona da. Kurtso hauen helburu nagusia neutroien jokabidea (neutroi-garraioa, difusio-ekuazioak) eta erreaktorearen barneko tenperatura-kontrola (hidraulika termikoa eta fluidoen mekanika) menderatzea da. Zirkuitu linealak eta erradiazioak materialetan sortzen dituen efektuak (degradazioa eta nekea) ere aztertzen dira.
# **Fusio nuklearra:** Fusioaren arloak izarren barnean gertatzen diren prozesuak lurrean imitatzea du helburu, etorkizuneko energia-iturri garbi, indartsu eta ia agortezin gisa. Espezializazio honek elektrodinamika, eremu magnetiko indartsuak (Tokamak diseinuak mantentzeko) eta plasmaren fisika barne hartzen ditu. Gaur egun, espezializazio hori ikerketa hutsera bideratuta dago nagusiki (adibidez, nazioarteko ITER proiektua), oraindik ez baitago sarera konektatutako fusio-erreaktore komertzialik.
# **Medikuntza nuklearra eta Osasun-fisika:** Erradiazioaren efektu biologikoak aztertzen ditu; gorputzeko ehunek erradiazio-dosiekin nola erreakzionatzen duten ulertzea du ardatz. Arlo honetako espezialistak, askotan medikuntzako langileekin batera, ospitaleetan eta zentro medikoetan aritzen dira. Irudi bidezko diagnostikoetarako isotopo erradioaktiboak prestatzen dituzte, edo minbiziaren aurkako erradioterapiarako ekipo konplexuak diseinatzen eta kalibratzen dituzte.

thumb|250px|PET eskaner moderno bat (Positroi Igorpenaren Tomografia). Ingeniaritza nuklearrak garatutako tresna hau ezinbestekoa da gaur egungo medikuntzan, minbizia eta bestelako gaixotasunak modu goiztiarrean detektatzeko.

## Historia 
### Erreakzio naturalak eta hastapenak 
Lurrean ezagutzen den erreakzio nuklear zaharrena era naturalean gertatu zen orain dela 1.700 milioi urte, Oklon (Gabon, Afrika). Bertako uranio-meategietan, iraganean uranio-235 isotopoaren kontzentrazioa altuagoa zenez eta lurpeko urak moderatzaile gisa funtzionatu zuenez, berezko fisio-erreakzio kateatu bat gertatu zen ehunka mila urtez.

Zientzia eta ingeniaritzaren ikuspegitik, ordea, fisio nuklearra 1938an aurkitu zuten Otto Hahn eta Fritz Strassmann kimikari alemaniarrek (Lise Meitner fisikariaren azalpen teorikoarekin batera). Aurkikuntza horrek frogatu zuen atomo astunak (uranioa, esaterako) neutroiekin bonbardatzean bi atomo arinagotan zati zitezkeela, prozesuan energia izugarria eta neutroi gehiago askatuz, erreakzio kateatu bati bide emanez.

### Manhattan Proiektua eta lehen erreaktoreak 
Ingeniaritza nuklearraren benetako abiapuntu ofiziala **1942ko abenduaren 2an** kokatzen da. Egun horretan, Enrico Fermi fisikariak gidatutako taldeak munduko lehen erreaktore nuklear artifiziala, Chicago Pile-1 (CP-1), eraiki eta martxan jarri zuen Chicagoko Unibertsitateko squash-kantxa zahar baten azpian. Grafitoz eta uranioz osatutako tontor (pile) horrek lehen erreakzio kateatu kontrolatua lortu zuen.

Lorpen hori Estatu Batuetako gobernuaren isilpeko Manhattan Proiektuaren barruan eman zen, Alemania naziak fisio nuklearrean oinarritutako arma bat garatu baino lehen bonba atomiko bat sortzeko helburuarekin. Manhattan Proiektuak ingeniaritzaren muga guztiak gainditu zituen hilabete gutxitan: plutonioa eskala handian ekoizteko Hanford Engineer Works-eko X-10 grafitozko erreaktoreak diseinatu zituzten, baita uranioa aberasteko Oak Ridge-ko instalazio erraldoiak ere. Azkenean, proiektuak Hiroshima eta Nagasakiko bonba atomikoak sortu zituen 1945ean, energia nuklearraren ahalmen suntsigarria munduari erakutsiz.

### Bake-erabilerak eta energia komertziala 
Bigarren Mundu Gerraren ostean, energia nuklearra erabilera zibiletara eta elektrizitate sorkuntzara bideratzeko ahalegin globalak hasi ziren, "Atoms for Peace" (Atomoak bakerako) lelopean. 
* Elektrizitatea sortu zuen lehen erreaktore nuklearra *Experimental Breeder Reactor I* (EBR-I) izan zen, 1951n Idahoko basamortuan (AEB). Instalazio txiki horrek lau bonbilla argitzea lortu zuen hasieran. Ondoren, BORAX ikerketa-serieko erreaktore batek Arco (Idaho) hiria energiaz hornitu zuen denbora labur batez 1955ean.
* Sare elektriko publiko batera konektatzeko eraiki zen lehen zentral nuklear komertziala **Obninskeko Zentral Nuklearra** izan zen, Sobietar Batasunean, 1954an funtzionatzen hasi zena.
* Mendebaldean, **Shippingporteko Zentral Nuklearra** (AEB) izan zen eskala handian elektrizitatea modu komertzialean sortzen lehena, 1957an martxan jarri zena, Hyman Rickover almirantearen ontziteria nuklearreko presiopeko ur-erreaktoreen (PWR) diseinuetan oinarrituta.

thumb|250px|USS Nautilus (SSN-571), munduko lehen itsaspeko nuklearra. Diseinu hau ingeniaritza nuklearraren mugarri ikaragarria izan zen 1950eko hamarkadan, barne errekuntzako motorrak eta bateriak gaindituz.

## Ontzi-eskola eta Propultsio Nuklearra 
Ingeniaritza nuklearraren arrakasta teknologiko handienetako bat itsas-garraio militarrean aplikatzea izan da. Erreaktore txiki batek ibilgailu bati ia modu mugagabean funtzionatzeko aukera ematen dio, ez baitu oxigenorik behar erreketarako, eta erregairik hartu gabe urteak igaro ditzakeelako urpean nabigatzen.

AEBetako itsas armadak Potentzia Nuklearreko Ontzi-eskola (ingelesez *Naval Nuclear Power School*) izeneko programa drakoniano bat du, aipatutako Hyman Rickoverrek sortua. Programa horretan, ofizialak eta itsas kaporalak entrenatzen dira itsaspekoetan eta hegazkin-ontzietan dauden instalazio nuklearren operazioak modu akatsgabean egiteko.
Ofizial batzuek ingeniaritza nuklearreko unibertsitate-ikasketak dituzte aurretik, baina gehienek ingeniaritzako beste adar batzuetako ikasketak dituzte. Marinel deituen (lerratutakoen) gehienek ez dute aldez aurretik unibertsitate mailako ikasketarik izaten, baina guztiak programa erabat zorrotz baten parte dira: 65 aste irauten du makinistentzat eta 18 hilabete teknikari elektronikoentzat. Han, termodinamika, erreaktoreen fisika, materialen erresistentzia eta lurrun-instalazioak erabiltzeko entrenatzen dira eskuarki. Entrenamendu honek kalitate handiko ziurtagiri teknikoa ematen die, eta marinel askok beren derrigorrezko soldadutza edo zerbitzua (sei urte inguru) bete ondoren, sektore zibilean (zentral nuklear komertzialetan) lan egiteko erabakia hartzen dute, beren eskarmentu handia oso preziatua baita industrian.

## Segurtasun Nuklearra eta Istripu Historikoak 
Ingeniaritza nuklearraren garapen historikoan ezin dira ahaztu diseinua eta araudia errotik aldatu dituzten istripu larriak. Ingeniari nuklearrek etengabe ikasten dute akats hauetatik, segurtasun-sistemak hobetzeko eta "Defentsa Sakoneran" (Defense in Depth) oinarritutako estrategiak garatzeko.

* **Three Mile Island (1979):** Estatu Batuetan gertatutako istripu honetan, hozte-sisteman gertatutako balbula akats baten ondorioz erreaktorearen nukleoaren zati bat urtu egin zen. Arrisku erradioaktiboa txikia izan bazen ere, ingeniariei erakutsi zien kontrol-aretoen diseinua (interfazeak) oso konplexua zela eta operadoreen prestakuntzan zein giza-faktoreen ingeniaritzan aldaketa sakonak behar zirela.
* **Txernobyl (1986):** (Ukraina, garai hartan Sobietar Batasuna). Historiako hondamendi nuklear larriena izan zen. RBMK motako erreaktore baten diseinu akats larrien (koefiziente positiboa tenperatura igotzean) eta proba batean gertatutako giza akats izugarrien ondorioz, leherketa masibo bat gertatu zen, hodei erradioaktibo bat Europa osora zabalduz. Istripu honek egitura eustailerik ezaren arriskua erakutsi zuen eta "segurtasun kultura" globala ezarri zuen nazioarteko industrian.
* **Fukushima Daiichi (2011):** Japoniako ekialdeko kostaldean lurrikara ikaragarri batek eta ondorengo tsunami erraldoi batek zentraleko babes-hormak gainditu zituzten, diesel sorgailuak urez betez eta hozte-sistema guztiak itzaliz. Horren ondorioz, hiru erreaktore urtu ziren. Istripu honek muturreko gertaera naturalen aurkako babesak berrinbertitzera behartu zuen ingeniaritza modernoa, eta elektrizitaterik gabe funtzionatzen duten hozte-sistema pasiboen ikerketa bultzatu zuen.

thumb|250px|Fukushima I Zentral Nuklearraren aireko irudia 1975ean. 2011n izandako tsunamiaren ondorioz izandako istripuak mundu osoko ingeniaritza nuklearraren araudiak eta segurtasun-sistemak berrikustea ekarri zuen.

## Etorkizuneko Erronkak: IV. Belaunaldia eta SMR-ak 
Gaur egun, ingeniaritza nuklearrak hainbat erronka eta berrikuntza ditu eskuartean, batez ere klima-aldaketari aurre egiteko energia-iturri garbi gisa duen papera aldarrikatuz:

* **Erreaktore Modular Txikiak (SMR - Small Modular Reactors):** Zentral erraldoiak eraiki beharrean, ingeniariak fabrika batean seriean ekoiztu eta kamioiz edota trenez garraiatu daitezkeen erreaktore txikiak diseinatzen ari dira. Kostuak izugarri murriztea eta segurtasun pasibo handiagoa eskaintzea dute helburu.
* **IV. Belaunaldiko Erreaktoreak (Gen IV):** Hurrengo hamarkadetan martxan jartzea espero diren diseinu berriak dira (esaterako, gatz urtuko erreaktoreak edo neutroi azkarrezko erreaktoreak). Hauek hondakin erradioaktibo askoz gutxiago sortzen dute, erregai gisa egungo hondakinak erabil ditzakete (ziklo itxia), eta ezinezkoa zaie fisikoki istripu baten ondorioz nukleoa urtzea.

## Ikus, gainera 
* Erreaktore nuklear
* Zentral nuklear
* Fisio nuklear
* Fusio nuklear
* Segurtasun nuklear
* Hondakin erradioaktibo

## Erreferentziak 
## Kanpo estekak 
*  World Nuclear Association (WNA)
*  International Atomic Energy Agency (IAEA)