Una central eléctrica nuclear es una instalación en donde la energía mecánica que se necesita para mover el rotor del generador y por tanto, obtener la energía eléctrica, se obtiene a partir del vapor formado al hervir el agua en un reactor nuclear.

Conceptos básicos de Física Nuclear

El átomo

La teoría atómica-molecular fue establecida a principios del siglo XIX; Dalton, Avogadro y Proust fueron sus principales artífices. Según ella, la materia es discontínua, de tal modo que la menor parte que se puede obtener de un cuerpo es una molécula. Las moléculas, a su vez, pueden dividirse en unas entidades menores denominadas átomos; las moléculas de los cuerpos simples (elementos químicos) están formadas por átomos iguales entre sí, mientras que las moléculas de los cuerpos compuestos están formadas por átomos de dos o más clases.

También afirmaba esta teoría que los átomos eran indivisibles, a lo que alude su nombre ("átomos" significa "no divisible" en griego), y que todos los átomos de un mismo elemento eran iguales. Por lo tanto, podemos definir un átomo como "la parte más pequeña y eléctricamente neutra de que está compuesto un elemento químico y que puede intervenir en las reacciones químicas sin perder su integridad". Hoy se conocen 107 elementos químicos distintos algunos de los cuales no existen en la naturaleza y se han obtenido artificialmente.

Una serie de descubrimientos que tuvieron lugar en el último tercio del pasado siglo y primer tercio del presente obligaron a revisar esta teoría atómica:
como La ley periódica de Mendeleiev, Las teorías sobre la ionización y La radiactividad, dieron lugar a que, primero, Rutherford y, luego, Bohr y Heisenberg establecieran el modelo atómico hoy vigente. Según este modelo el átomo no es indivisible sino que está formado por entidades más pequeñas, llamadas
"partículas elementales" En el átomo se pueden considerar dos partes:

El radio del átomo es de unos 10-8 cm, y el del núcleo es de 10-13 cm, lo que nos indica que la materia está casi totalmente vacía.

 

Partículas elementales

Las tres partículas elementales que entran a formar parte del átomo son: el electrón, el protón y el neutrón.

 Una especie atómica viene definida por dos números enteros:

Ocurre que existen varias especies atómicas (o clase de átomos) que tienen el mismo número atómico pero poseen números másicos distintos. Esto significa que, dentro de cada elemento químico, existen varias especies atómicas que difieren en su masa atómica. Estas especies de un mismo elemento se llaman isótopos, nombre que alude (isos: igual; topos: lugar) a que estos átomos ocupan el mismo lugar en la tabla periódica de los elementos.

Por ejemplo, el hidrógeno tienje tres isótopos:

Simbólicamente cada núcleo de un determinado elemento se representa por:

 

Donde M es el símbolo del elemento químico al que pertenece, y A y Z, son sus números másico y atómico respectivamente.

Radiactividad

La radiactividad fue descubierta por el científico francés Antoine Henri Becquerel en 1896. El descubrimiento tuvo lugar de una forma casi ocasional: Becquerel realizaba investigaciones sobre la fluorescencia del sulfato doble de uranio y potasio y descubrió que el uranio emitía espontáneamente una radiación misteriosa. Esta propiedad del uranio (después se vería que hay otros elementos que la poseen) de emitir radiaciones, sin ser excitado previamente, recibió el nombre de radiactividad.

El descubrimiento dio lugar a un gran número de investigaciones sobre el tema. Quizás las más importantes en lo referente a la caracterización de otras sustancias radiactivas fueron realizadas por el matrimonio, también francés, Pierre y Marie Curie, quienes descubrieron el polonio y el radio, ambos en 1898.

La anturaleza de la radiación emitida y el fenómeno de la radiactividad fueron estudiados en inglaterra por Ernest Rutherford, principalmente, y por Frederick Soddy. Como resultado pronto se supo que la radiación emitida podía ser de tres clases distintas, a las que se llamó alfa, beta y gamma, y que al fianl del proceso el átomo radiactivo original se había transformado en un átomo de naturaleza distinta, es decir, había tenido lugar una transmutación de una especie atómica en otra distinta.

Hoy sabemos que la radiactividad es una reacción nuclear de "descomposición espontánea", es decir, un núcleo inestable se descompone en otro más estable que él, a la vez que emite una "radiación".
El núcleo hijo (el que resulta de la desintegración) puede no ser estable, y entonces se desintegra en un tercero, el cual puede continuar el proceso, hasta que finalmente se llega a un núcleo estable. Se dice que los sucesivos núcleo de un conjunto de desintegraciones forman una serie radiactiva o familia radiactiva.

Clases de radiaciones

Al estudiar el fenómeno de la radiactividad, Rutherford descubrió que la radiación emitida por una desintegración radiactiva podía ser de tres clases:alfa, beta y gamma; además también hay que considerar la emisión de neutrones.

  • La radiación alfa (a):
    Está formada por núcleos del isótopo 4 del helio, es decir, está constituida por una radiación corpuscular, en la que cada corpúsculo está formado por dos protones y dos neutrones. Ello significa que tiene una masa atómica de 4 u. y una carga eléctrica de 2 unidades positivas. Estos protones y neutrones formaban antes parte del núcleo que se ha desintegrado.
    La radiación beta (b):
    Está constituida por electrones, lo que significa que es también de naturaleza corpuscular, en la que cada corpúsculo tiene una masa atómica 1/1800, aproximadamente, y una carga de 1 unidad negativa. A diferencia del caso anterior, el electrón emergente no existía anteriormente en el núcleo sino que procede de la transformación de un neutrón en un protón, que queda dentro del núcleo, y el electrón que es eyectado.
    Posteriormente, se descubrió la radiación beta positiva, semejante a la beta pero con carga positiva. Está formada por positrones procedentes de la transformación de un protón en un neutrón.
  • La radiación gamma (c):
    Es de naturaleza electromagnética, semejante a la luz ordinaria o a la radiación X, pero con mucho menor longitud de onda. Es, por lo tanto, de naturaleza ondulatoria, carente de masa en reposo y de carga. Esta radiación tampoco existía antes en el núcleo, sino que es energía que se emite como consecuencia de un reajuste enrgético del núcleo.
  • Neutrones:
    En la fisión espontánea, así como en la fisión inducida y en otras reacciones nucleares, se produce una radiación de neutrones, formada por estas partículas, con masa, por lo tanto, de 1 u. y sin carga.
    Las leyes que rigen los distintos tipos de desintegración fueron descubiertas por Soddy y Fajans. Estas leyes son:

              En la desintegración alfa:
    Puesto que se emiten dos protones y dos neutrones, el núcleo hijo tiene dos protones menos que el padre, lo que significa que ha retrocedido dos puestos en el sistema periódico y su masa ha disminuido en cuatro unidades.

    Periodo de semidesintegración,T

    La desintegración de un cuerpo radiactivo es un proceso estadístico; ello quiere decir que si consideramos un determinado átomo radiactivo no podemos conocr en qué momento tendrá lugar su desintegración, pero si tomamos un número muy grande de átomos de un mismo núvleo, podemos conocer la ley que, como promedio, sigue el conjunto en su desintegración.

    Se demuestra que la probabilidad de que se desintegre un átomo radiactivo permanece constante a lo largo del tiempo. Ello se traduce en que al desintegrarse una sustancia radiactiva la cantidad de ella que no se ha desintegrado disminuye exponencialmente con el tiempo. Se llama periodo de semidesintegración, T, al tiempo que ha de transcurrir para que la cantidad de sustancia radiactiva se haya reducido a la mitad. El valor de T puede variar entre fracciones muy pequeñas de segundos (isótopos de vida corta) a millones de años (isótopos de vida larga).

    Reacciones nucleares

    Por analogía con las reacciones químicas, se llaman reacciones nucleares las interacciones entre núcleos atómicos o entre núcleos atómicos y partículas elementales; por extensión, se incluyen también las interacciones entre partículas elementales.

    La primera reacción nuclear llevada a cabo en el laboratorio, la realizó Rutherford, en 1919, bombardeando el isótopo 14 del nitrógeno con partículas alfa. En la reacción se produce el isótopo 17 del oxígeno y un protón. Simbólicamente se representa por la ecuación:  

    14

    7

    N +
    4

    2

    He ® 
    17

    8

    O +
    1

    1

    H

    Al igual que en química se considera que la descomposición espontánea de una molécula inestable es la reacción química más simple (reacción monomolecular), la radiactividad es el tipo más simple de reacción nuclear, y es la que se descubrió primero. En los demás tipos de reacciones nucleares hay, en general, dos núcleos o partículas que reaccionan, para dar lugar a productos de reacción. A semejanza de lo que ocurre en una reacción química, para producir una reacción nuclear normalmente es necesario comunicar al sistema inicial una energía de activación. En la reacción se libera energía, que se manifiesta en forma de energía cinética de los productos de la reacción, acompañada en ocasiones por la producción de radiación gamma.

    Una reacción nuclear puede representarse esquemáticamente en la forma:

     a + X ® Y + b

    Donde X e Y son los núcleos inicial y final, a es la partícula empleada como proyectil y b la partícula emergente.
    Para que ocurra la reacción es necesario que la partícula a tenga una energía suficiente para producirla. En las primeras reacciones nucleares realizadas en el laboratorio se emplearon como proyectiles partículas procedentes de una desintegración radiactiva. Más adelante se construyeron los llamados aceleradores de partículas, donde la energía necesaria se obtiene mediante la acción de campos eléctricos o magnéticos.

    Un criterio ampliamente usado para clasificar las reacciones nucleares consiste en definirlas sobre la base de las dos partículas incidente y emergente, a y b. Así se habla de reacciones (n, p) en las que la partícula incidente es un neutrón y la emergente un protón, etc.

    Cuando no existían aún los aceleradores, se utilizaba como proyectil la radiación alfa de una desintegración radiactiva; los trabajos de Rutherford en los primeros decenios del siglo XX se centraron en este tipo de reacciones. La construcción de aceleradores de partículas permitió el empleo de otros proyectiles cargados, principalmente protones. En 1934 el físico italiano Enrico Fermi concibió la idea de emplear el neutrón como proyectil y el grupo de investigadores dirigido por él estudió sistemáticamente las reacciones entre neutrones y los diversdos elementos de la tabla periódica. En una de estas reacciones, la que tiene lugar entre el uranio 235 y el neutrón, en los últimos días de 1938 Otto Hahn descubrió la fisión. Entre los tipos más importantes de reacciones nucleares debemos citar:

    Dispersión: En ellas la partícula emergente es de la misma naturaleza que el proyectil. Todo ocurre como si éste hubiese rebotado contra el blanco, aunque nadie podría asegurar que la partícula emergente sea la misma que incidió. Cuando la energía cinética total de los productos originales es igual a la de los productos finales de la reacción se dice que se trata de una dispersión elástica. Si, por el contrario, la energía cinética total de los productos de la reacción es menor que la inicial, diremos que es una dispersión inelástica. En este caso, la diferencia entre ambas energías es absorbida por el blanco, el cual queda excitado.

    Captura: En esta reacción la partícula incidente es absorbida por el blanco sin que se produzca ninguna partícula emergente, con la excepción de fotones gamma.

    Fisión: En este tipo de reacción, un núcleo pesado se rompe en, generalmente, dos fragmentos cuyos tamaños son del mismo orden de magnitud, lo que va acompañado de una emisión de neutrones y radiación gamma, con la liberación de una gran cantidad de energía. Aunque existen casos de fisión espontánea o de fisión por captura de un fotón, la reacción se produce normalmente por la captura de un neutrón.

    Fusión nuclear: Es una reacción entre dos núcleos de átomos ligeros en la que se produce un núcleo de un átomo más pesado, unido a la liberación de partículas elementales y de una gran cantidad de energía. La energía liberada en el Sol y en las estrellas proviene de reacciones de fusión nuclear.

    Reacción de fisión en cadena

    La fisión nuclear es una reacción que se produce mediante el bombardeo con neutrones de determinados núcleos, denominados nucleos fisionables. En la fisión acontece que al romperse el núcleo blanco se liberan varios neutrones con una energía igual o superior a la de los neutrones incidentes, lo que permite que los neutrones producidos den lugar a nuevas fisiones, y los liberados en ellas a otras nuevas, etc.
    Con ello se puede conseguir que una vez iniciada la reacción no sea necesario continuar con el bombardeo de neutrones externos, sino que la reacción se mantenga por sí misma. Cuando una vez iniciada una reacción es capaz de mantenrse por sí sola se dice que se trata de una reacción en cadena. Según esta definición, una reacción de fisión nuclear en cadena es un proceso de fisiones nucleares sucesivas en las que todos a partes de los neutrones liberados en cada fisión originan nuevas fisiones, y así sucesivamente.  

    Para conocer en qué condiciones puede tener lugar la reacción de fisión nuclear en cadena, es preciso estudiar las vicisitudes que siguen los neutrones producidos en la fisión. Si imaginamos un neutrón que reacciona con un núcleo de uranio 235, dará lugar a su fisión, proceso en el que como promedio se liberan 2'5 neutrones. Una parte de los neutrones producidos dará lugar a nuevas fisiones; otra parte será absorbida por núcleos de otros elementos presentes en el sistema, sin dar lugar a fisiones; una última parte escapará al exterior, sin que tampoco origine nuevas fisiones.

    Si el número de neutrones del primer grupo es igual a la unidad se habrá obtenido una reacción autosostenida y con un número constante de fisiones por unidad de tiempo, ya que cada neutrón que produjo inicialmente una fisión dará lugar a otro neutrón útil para continuar el proceso.
    Se dice, entonces, que el sistema forma un conjunto crítico.
    Si el núemro de neutrones útiles para producir nuevas fisiones fuera mayor que la unidad, el número de fisiones por unidad de tiempo sería creciente y tendríamos un conjunto hipercrítico.
    Si, por el contrario, fuera menor que la unidad, la reacción decrecería con el tiempo y acabaría deteniéndose; el conjunto recibe el nombre de subcrítico.

    Un conjunto será crítico, hipercrítico o subcrítico dependiendo de la proporción relativa de neutrones en cada uno de los tres grupos, lo que es función de la concentración de átomos de U-235 en el medio, de la concentración y naturaleza de los restantes núcleos presentes, y de la relación entre volumen y superficie del medio donde tiene lugar la reacción.

    El hecho de que la fisión pueda dar lugar a una reacción de fisión nuclear en cadena permite que, una vez iniciada ésta, se mantenga por sí misma, lo que significa que puede obtenerse una producción de energía en régimen estacionario. La consecuencia práctica es que la fisión es una reacción nuclear que puede servir como fuente de energía para cubrir necesidades energéticas de la sociedad.
    Esto es semejante, en un proceso nuclear, a lo que ocurre con las reacciones químicas de combustión, que también sirven como fuentes de energía porque una vez iniciada la combustión del carbón o del petróleo, la reacción se mantiene por sí misma sin necesidad de ninguna acción exterior.  

    La fusión nuclear

    La fusión nuclear es la unión de dos núcleos ligeros para dar otro núcleo más pesado, todo ello acompañado de una enorme liberación de energía.
    Para que la unión suceda, los núcleos ligeros, con carga eléctrica positiva, se deben aproximar a distancias extremadamente cortas. Ahora bien sabemos que dos cargas de igual signo se repelen tanto más cuanto más cerca estén una de otra.

    Para acercar un núcleo al otro suficientemente deben tenr una enorme velocidad, como sucede cuando están a muy alta temperaturas.
    La fusión termonuclear sucede en la naturaleza cuando el medio ambiente es extremadamente caliente, como sucede en las estrellas, por ejemplo nuestro Sol. En el centro del Sol la temperatura es de varias decenas de millones de grados, lo que permite la fusión de núcleos ligeros. En el Sol los núcleos de Hidrógeno se fusionan para dar Helio.

    Las reacciones de fusión termonuclear producidas en el centro del Sol liberan mucha energía, lo que explica la alta temperatura de este astro. Una muy pequeña parte de esta prodigiosa energía irradiada por el Sol nos llega a la Tierra y es el soporte de la vida en ella.  El Sol es un gran reactor nuclear donde la fusión se mantiene permanentemente.

    Supongamos que podemos conseguir el choque entre dos átomos de deuterio a gran velocidad. En este caso, los dos núcleos se juntarán por un instante. En circunstancias particulares se puede conseguir que un neutrón salga despedido, mientras que el neutrón restante quede retenido en el nuevo núcleo formado, junto con los dos protones originales.

    Se ha producido una reacción nuclear; veamos ahora las consecuencias. En primer lugar, el nuevo núcleo formado resulta de la fusión de dos núcleos individuales de deuterio menos el neutrón perdido; por otro lado, como existen dos protones en el núcleo, se conservan los dos electrones orbitales cuyas cargas negativas compensan y equilibran las cargas positivas de los protones nucleares. Es decir que partiendo de dos átomos de deuterio:

                                                          2

    1

    H +

    2

    1

    H ®

    2

    3

    2

    He +

    1

    0

    n

     
    Estos se han fusionado en un sólo núcleo de helio. La reacción nuclear asi producida se llama fusión. En la práctica resulta muy difícil provocar una reacción nuclear de este tipo pues para conseguirla es absolutamente necesario que los dos átomos choquen a velocidades enormes; para conseguir estas inmesas velocidades, es preciso aumentar la temperatura de los átomos, y como resulta que este aumento de la temperatura ha de ser de millones de grados, puede comprenderse muy bien que las dificultades técnicas son casi insuperables, cuando se trata de iniciar y controlar una reacción de este tipo. Sin embargo, como las reservas de combustible para provocar esta reacción (el hidrógeno pesado) son prácticamente inagotables (piensese que todo el hidrógeno contenido en el agua de los oceanos, que puede convertirse en deuterio fácilmente) se ha pensado en la fusión para las futuras centrales nucleares. Poe esta razón se están realizando, en varios paises, trabajos de investigación paras lograr un resultado práctico desde el punto de vista comercial.

    Reactor Nuclear

    Un reactor nuclear es una instalación capaz de iniciar, mantener y controlar las reacciones de fisión en cadena, con los medios adecuados para extraer el calor generado.

    Un reactor nuclear consta de varioas elementos, que tienen cada uno un papel importante en la generación del calor. Estos elementos son: El combustible, formado por un material fisionable, generalmente un compuestro de uranio, en el que tienen lugar las reacciones de fisión, y por tantro, es la fuente de generación del calor. El moderador, que hace disminuir la velocidad de los neutrones rápidos, llevándolos a neutrones lentos o térmicos. Este elemento no existe en los reactores denominados rápidos. Se emplean como materiales moderadores el agua , el grafito y el agua pesada. El refrigerante, que extrae el calor generado por el combustible del reactor. Generalmente se usan refrigerantes líquidos, como el agua ligera y el agua pesada, o gases como el anhídrido carbónico y el helio. El reflector, que permite reducir el esacape de neutrones de la zona del combustible, y por tanto disponer de más neutrones para la reacción en cadena. Los materiales usados como reflectores son el agua, el grafito y el agua pesada. Los elementos de control, que actúan como absorbentes de neutrones, permiten controlar en todo momento la población de neutrones, y por tanto, la reactividad del reactor, haciendo que sea crítico durante su funcionamiento, y subcrítico durante las paradas. Los elementos de control tienen formas de barras, aunque también pueden encontrarse diluido en el refrigerante. El blindaje, que evita el escape de radiación gamma y de neutrones del reactor. Los materiales usados como blindaje son el hormigón, el agua y el plomo.

    Combustible nuclear

    Se llama combustible nuclear cualquier material que contiene núcleos fisionables y puede emplearse en un reactor nuclear para que en él se desarrolle una reacción nuclear en cadena. Según esto el uranio es un combustible nuclear, como también lo es el óxido de uranio. En el primer caso nos referimos a un elemento químico, algunos de cuyos isótopos son fisionables; en el segundo, a un compuesto químico determinado que contiene tales isótopos.  

    Entendemos por isótopos fisionables aquellos núcleos susceptibles de experimentar fisión. Para hablar con precisión, sería necesario especificar la energía de los neutrones que pueden hacer fisionar dichos isótopos; por ejemplo, el U-238 no es fisionable por los neutrones térmicos (baja velocidad), pero si por los rápidos, aunque con pequeña sección eficaz. Normalmente, y a no ser que se hagan mayores precisiones, suele entenderse por isótopo fisionable cualquier núcleo que fisiona por la acción de los neutrones térmicos.

    El único isótopo fisionable por neutrones térmicos que existe en la naturaleza es el U-235. Se encuentra en una proporción del 0'711% en el uranio natural.

    Hay otros isótopos fisionables que no existen en la naturaleza pero que pueden obtenerse artificialmente. Los principales son:

              El uranio-233, que se obtiene por captura de un neutrón por un núcleo de torio-232. El núcleo intermedio           formado sufre dos desintegraciones beta, dando lugar al mencionado U-233.

    La obtención de los dos primeros isótopos, el U-233 y el Pu-239, se puede realizar en los propios reactores nucleares, si introducimos en los mismos núcleos de torio-232 y uranio-238, que son los átomos que por captura de un neutrón dan lugar a los isótopos fisionables. Este material se llama material fertil.

    Elementos combustibles. Los elementos combustibles son los responsables de producir energía en los Reactores Nucleares, generando calor durante dicho prceso como cualquier otro tipo de combustible.  Los Elementos Combustibles están formados normalmente, por:

    Ciclo del combustible nuclear

    Se denomina ciclo del combustible nuclear al conjunto de operaciones necesarias para la fabricación del combustible destindao a las centrales nucleares, así como al tratamiento del combustible gastado producido por la operación de las mismas.

    En el caso del uranio, el ciclo cerrado incluye la minería, la producción de concentrados de uranio, el enriquecimiento (si procede), la fabricación de los elementos combustibles, su empleo en el reactor y la reelaboración de los elementos combustibles irradiados, para recuperar el uranio remanente y el plutonio producido, separando ambos de los residuos de alta actividad que hay que evacuar definitivamente.  Si el combustible irradiado no se reelabora es considerado en su totalidad como residuo radiactivo, lo que se denomina ciclo abierto, con lo que no se completa el denominado ciclo del combustible nuclear.

    Tipos de Reactores Nucleares

    Los reactores nucleares se clasifican, de acuerdo con la velocidad de los neutrones que producen las reacciones de fisión, en:reactores rápidos y reactores térmicos. A su vez, los reactores térmicos se clasifican, de acuerdo con el tipo de moderadore empleado, en: reactores de agua ligera, reactores de agua pesada y reactores de grafito. Con cada uno de estos reactores está asociado generalmente el tipo de combustible usado, así como el refrigerante empleado.

    Los reactores más empleados en las centrales nucleoeléctricas son:

    Reactor de agua a presión (PWR), que emplea agua ligera como moderador y refrigerante; óxido de uranio enriquecido como combustible. El refrigerante circula a una presión tal que el agua no alcanza la ebullición, y extrae el calor del reactor, que después lleva a un intercambiador de calor, donde se genera el vapor que alimenta a la turbina. Reactor de agua en ebullición (BWR), que emplea elementos similares al anterior, pero ahora el refrigerante, al trabajar a menor presión, alcanza la temperatura de ebullición al pasar por el núcleo del reactor, y parte del líquido se transforma en vapor, el cual una vez separado de aquél y reducido su contenido de humedad, se conduce hacia la turbina sin necesidad de emplear el generador de vapor. Reactor de agua pesada (HWR), que emplea agua pesada como moderador. Existen versiones en las que el refrigerante es agua pesada a presión, o agua pesada en ebullición. Puede emplear uranio natural o ligeramnte enriquecido como combustible. Reactor de grafito-gas. Este tipo de reactores usan grafito como moderador y CO2 como refrigerante. Mientras que los primeros reactores de este tipo emplearon uranio natural en forma metálica, los actuales denominados avanzados de gas (AGR) utilizan óxido de uranio enriquecido; y los denominados reactores de alta temperatura (HTGR), usan helio como refrigerante. Reactor de agua en ebullición (RBMK), moderado por grafito, desarrollado en la Unión Soviética, que consiste en un reactor moderado por grafito, con uranio enriquecido, y refrigerado por agua en ebullición. Este tipo de reactores no se han empleado en Europa occidental.

    Reactor Rápido

    En este tipo de reactores no existe el elemento moderador para los neutrones y por tanto el flujo de neutrones cae en la zona de los neutrones rápidos. En estos reactores el combustible de la zona central, formado por un óxido de uranio o de uranio y plutonio, se rodea de una zona de óxido de uranio muy empobrecido, con un contenido de U-235 menor o igual al del uranio natural. Con esta disposición, y si se usa un refrigerante que no produzca la moderación de neutrones (normalmente se emplea sodio), se puede conseguir que en la capa de U-238 que rodea al combustible se genere más plutonio que el que se consume. De esta forma, al mismo tiempo que se está generando energía térmica, se está produciendo combustible en forma de Pu-239, que puede usarse en cualquier tipo de reactor, tanto rápido como térmico.

    A este tipo de reactores también se les conoce por reactores reproductores, y su importancia es enorme, ya que permiten obtener un mejor aprovechamiento de los recursos existentes de uranio. En este momento existen muy pocos países que tengan centrales nucleoéléctricas con este tipo de reactores. En primer lugar, Francia con el Superphenix de 1200 MW funcionando en Crys-Malville, es la mayor central existente. Le sigue la antigua Unión Soviética con un proyecto de varias centrales con reactores de 600 MW, y finalmente Japón con una central de 300 MW.

    Funcionamiento de una central nuclear

    El esquema general de una central nuclear tipo, puede ser el siguiente:

     

    En este esquema se observan las tres partes de una central nuclear tipo: Circuito Primario, (Edificio del Reactor) Circuito Secundario, (Generación de electricidad) y Circuito de Refrigeración

    Circuito Primario


    El circuito primario es estanco y está formado por la vasija del reactor que contiene el núcleo, el presionador y tres lazos. Cada uno incorpora un generador de vapor y una bomba principal.

    El agua desminerilzada que circula por su interior toma el calor producido en el reactor por la fisión nuclear y lo transporta hasta el generador de vapor. En él, un segundo flujo de agua independiente del primero, absorbe el calor a través de su contacto exterior con las tuberias por las que circula el agua desminerilazada del circuito primario. Por fin, dicho fluido retorna a la vasija del reactor tras ser impulsado por las bombas principales.

    El reactor y su circuito de refrigeración están contenidos dentro de un recinto hermético y estanco, llamado "Contención" consistente en una estructura esférica de acero de 53 m de diámetro, construida mediante planchas de acero soldadas de 40 mm de espesor y que se soporta sobre una estructura de hormigón en forma de cáliz que se apoya sobre la losa de cimentación de 3'5 m de espesor.
    La Contención está ubicada en el interior de un segundo edificio, también de hormigón y cuyas paredes exteriores tienen un espesor de 60 cm, llamado edificio del Anillo del Reactor. Este tiene forma cilíndrica y está rematado por una cúpula semiesférica, que sirve de blindaje biológico.
    El funcionamiento del circuito primario se complementa con la presencia de una serie de sistemas auxiliares que aseguran el control de volumen, purificación y desgasificación del refrigerante.

     
    La salida al exterior tanto de la radiación como de productos radiactivos es imposible por tres barreras físicas, asegurando cada una de ellas, que la hipotética rotura de una barrera sea soportada por la siguiente.
    • 1ª Barrera:
      Las vainas que albergan el combustible.

       

    • 2ª Barrera:
      La propia vasija del reactor integrada en el circuito primario.

       

    • 3ª Barrera:
      El recinto de contención, estructura esférica de acero recubierto de hormigón.  

    Circuito Secundario. La Generación de Electricidad

    En el circuito secundario, el vapor producido en los generadores se conduce al foco frío o condensador, a través de la turbina que transforma la energía térmica (calor) en energía mecánica. La rotación de los álabes de la turbina acciona directamente el alternador de la central y produce energía eléctrica.
    El vapor de agua que sale de la turbina pasa a estado líquido en el condensador, retornando, mediante el concurso de las bombas de condensado, al generador de vapor para reiniciar el ciclo.

     El sistema de refrigeración

    Mediante un caudal de agua de 44.600 kg/s aportado por un tercer circuito semiabierto, denominado "Sistema de Circulación", se realiza la refrigeración del condensador.
    Este sistema consta de dos torres de refrigeración de tiro natural, un canal de recogida del agua y las correspondientes bombas de impulsión para la refrigeración del condensador y elevación del agua a las torres.
    El caudal de agua evaporado por la torre es restituido a partir de la toma de agua en un azud de un río próximo.

    Seguridad en una Central Nuclear

    Las salvaguardias técnicas deben mantener las siguientes funciones vitales deducidas del objetivo principal de la seguridad nuclear.

    Salvaguardia para mantener la refrigeración del Reactor ante el fallo del Circuito Primario

    El sistema asegura la refrigeración del Reactor Nuclear, en el supuesto de pérdida de la capacidad de refrigeración del Reactor por fallo o rotura del circuito Primario, y la evacuación del calor residual producido por los productos de fisión existentes en el núcleo del Reactor tras su parada. El sistema inyecta agua directamente en la Vasija a presión, que contiene el núcleo, de forma que asegura su refrigeración hasta que alcance un estado de parada segura (temperatura fría).

    El agua derramada del dañado circuito Primario es recogida en el sumidero del recinto de Contención y recirculada para volver a ser inyectada en la vasija, (circuito primario de emergencia).

     
    -1-

    El circuito primario encargado de transmitir el calor generado en el núcleo del Reactor se puede romper istantáneamente ,quedando el núcleo del reactor sin refrigerar.
    La fisión del combustible se detiene automáticamente.

    -2-

    Por diferencia de presión un depósito llamado acumulador descarga su contenido de agua pesada a ambos lados de la vasija del Reactor, de forma que al iniciar su descarga las condiciones físicas son las previstas para una segunda acción.

    -3-

    Desde el tanque de inudación y a través de sus bombas de impulsión se inyecta una segunda masa de agua durante un tiempo mucho mayor y que aegura unas condiciones de presión y temperaturas normales.

    -4-

    Por la rotura sigue fluyendo hacia fuera todo el agua del circuito, inundando el recinto estanco llamado "Contención". Este agua una vez refrigerada, asegurará, cuando el tanque del proceso 3 se haya vaciado, el proceso de refrigeración

    Salvaguarda para mantener la refrigeración del circuito primario a través del Generador de Vapor

    Actúa ante la pérdida de la capacidad de refrigeración a través del circuito Secundario y cuando un suceso exterior a la Central cuestiona la refrigeración del Reactor. El sistema asegura que el generador de vapor mantiene su función de transferir el calor del sistema de refrigeración del reactor, durante el tiempo que transcurra desde la detención del Reactor hasta que alcance el estado de parada fría.

    El sistema actúa directamente sobre el generador de vapor inyectándole agua proveniente de los depósitos localizados en el llamado edificio de alimentación de emergencia. Cuatro grupos diesel acoplados a generadores eléctricos garantizan el abastecimiento.

     

    La Energía Nuclear en España

    La Generación de Energía Eléctrica
    En 1968, la central nuclear José Cabrera iniciaba la era de la utilización de la energía nuclear para la producción de enería eléctrica en España, siendo seguida por las centrales de Santa María de Garoña y Vandellós I.
    La segunda generación de centrales nucleares fue puesta en marcha en 1980 y 1985. Incluye los reactores de Almaraz 1 y 2, Ascó 1 y 2, y Cofrentes. La participación nacional alcanzada en su construcción fue del 70%, lográndose que en los proyectos de la tercera generación (1987), Vandellós 2 y Trillo 1, alcanzase el porcentaje del 85%.

     

    C.N. José Cabrera
    • Localización: Almonacid de Zorita
    • Puesta en marcha: 1968
    • Potencia instalada: 160 MW
    • Producción desde origen: 29.371.418 MW·h
    C.N. Santa Mª de Garoña
    • Localización: Santa Mª de Garoña (Burgos)
    • Puesta en marcha: 1971
    • Potencia instalada: 466 MW
    • Producción desde origen: 84.222.228 MW·h
    C.N. Almaraz 1 y 2
    • Localización: Navalmoral de la Mata (Cáceres)
    • Puesta en marcha: 1971; 1983
    • Potencia instalada: 973'5 MW y 982'6 MW
    • Producción desde origen: 116.388.142 MW·h y 112.940.280 MW·h
    C.N. Ascó I y II
    • Localización: Ascó (Tarragona)
    • Puesta en marcha: 1983 y 1985
    • Potencia instalada: 979'05 MW y 976'24 MW
    • Producción desde origen: 107.710.342 MW·h y 99.664.600 MW·h
    C.N. Cofrentes
    • Localización: Cofrentes (Valencia)
    • Puesta en marcha: 1984
    • Potencia instalada: 1.025'4 MW
    • Producción desde origen: 113.367.155 MW·h
    C.N. Vandellós 2
    • Localización: Hospitalet de L'Infant (Tarragona)
    • Puesta en marcha: Marzo 1988
    • Potencia instalada: 1057 MW
    • Producción desde origen: 88.857.711 MW·h
    C.N. Trillo 1
    • Localización: Trillo (Guadalajara)
    • Puesta en marcha: Mayo 1988
    • Potencia instalada: 1.066 MW
    • Producción desde origen: 88.826.740 MW·h

     

    La Fabricación del Combustible
     
    JUZBADO. Empresa Nacional de Uranio.
    ENUSA, para el desarrollo de su actividad en la primera parte del ciclo de combustible nuclear, dispone de una mina con su planta de tratamiento para producción de concentrados de uranio, y una fábrica de elementos combustibles. La Fábrica de Elementos Combustibles de Juzbado, en la provincia de Salamanca, produce combustible nuclear para reactores de agua ligera, y tiene una capacidad de producción anual equivalente a 300 toneladas de uranio enriquecido. Dispone de tres líneas para la fabricación de combustible de óxido de uranio para centrales de agua a presión y de agua en ebullición, y una cuarta para fabricación de barras de combustible con óxido de gadolinio.   

    La Gestión de los Residuos Radiactivos

    La gestión de los residuos radiactivos en España está encomendada a la Empresa Nacional de Residuos Radiactivos, ENRESA, que elabora el Plan General de Residuos Radiactivos y lo presenta para su aprobación al Gobierno.

     
      EL CABRIL. Empresa Nacional de Residuos Radiactivos.
    El centro de almacenamiento de residuos de baja y media actividad de El Cabril está situado al noroeste de la provincia de Córdoba, en las estribaciones de Sierra Albarrana, dentro del término municipal de Hornachuelos.
    En el diseño y construcción de estas instalaciones se han utilizados las tecnologías de almacenamiento más avanzadas, dándole también la máxima importancia a su integración en el entorno. Las instalaciones tienen capacidad para cubrir las necesidades de almacenamiento de baja y media actividad de España hasta la segunda mitad del siglo XXI.
       

    La aportación de la Industria Nuclear a la economía española

    España se ha benficiado de una forma importante del desarrollo de los proyectos nucleares, que han supuesto una media de casi el 6% de la inversión nacional anual durante el príodo de construcción de las centrales (1977-1988).

    La transferencia de tecnología y el intercambio de conocimiento con los científicos y técnicos de los paises líderes, han posibilitado la creación y el desarrollo de una importante industria, capaz, hoy, de competir en el exterior tanto en el mercado nuclear, como en el resto de las tecnologías industriales.

    El sector nuclear español engloba, hoy, importantes empresas de la ingenieria, de la formación e inspección, y del sector de bienes de equipos. Su capacidad queda reflejada en los siguientes datos que muestran el grado de participación nacional lograda en los proyectos de la última generación de centrales nucleares construidas; las centrales de Vandellós 2 y Trillo.

    Equipos: ..... 80%
    Construcción: ..... 100%
    Ingeniería: ..... 85%
    Formación: ..... 100%

                                                                                               Javier de Lucas