El siguiente documento surge
como resultado del desarrollo de la tarea número 8, desarrollando dicha tarea leí un tema que me
pareció bastante interesante y era el
apartado en el que describían la posibilidad de obtener energía ilimitada
usando el agua de mar, a partir de ese texto me dediqué a leer un poco sobre
los reactores nucleares y he aquí una breve descripción
REACTOR
NUCLEAR
Es una instalación física
donde se produce, mantiene y controla una reacción nuclear en cadena. Por lo
tanto, en un reactor nuclear se utiliza un combustible adecuado que permita
asegurar la normal producción de energía generada por las sucesivas fisiones.
Algunos reactores pueden disipar el calor obtenido de las fisiones, otros sin
embargo utilizan el calor para producir energía eléctrica.
El primer
reactor nuclear funcionó en la Universidad de Chicago (Estados Unidos), en
1942. Muchos reactores se han construido desde entonces. Hoy en día hay unos
1.100 de ellos. Este número se reparte entre reactores para producir
electricidad (430), hacer investigación (270), propulsar naves marinas (más de
400) y otros pocos para propósitos especiales. Colombia posee un reactor de
investigación desde 1965, el cual es operado por el Instituto Colombiano de
Geología y Minería “INGEOMINAS”. Este equipo, donado por los Estados Unidos de
América, como parte del programa “Átomos para la Paz”, fue totalmente
modernizado en la década de los 90 del siglo pasado y está ubicado en la
Capital de la República, en la zona del Centro Administrativo Nacional “CAN”,
Avenida El Dorado con Carrera 50.
Para efectuar las reacciones de fusión nuclear, se
deben cumplir los siguientes requisitos:
·
Temperatura muy elevada para separar los electrones
del núcleo y que éste se aproxime a otro venciendo las fuerzas de repulsión
electrostáticas. La masa gaseosa compuesta por electrones libres y átomos
altamente ionizados se denomina PLASMA.
·
Confinamiento necesario para mantener el plasma a elevada
temperatura durante un tiempo mínimo.
·
Densidad del plasma suficiente para que los núcleos estén
cerca unos de otros y puedan lugar a reacciones de fusión.
Los
confinamientos convencionales, como las paredes de una vasija, no son factibles
debido a las altas temperaturas del plasma. Por este motivo, se encuentran en
desarrollo dos métodos de confinamiento:
·
Fusión nuclear por confinamiento inercial (FCI): Consiste en crear un medio tan
denso que las partículas no tengan casi ninguna posibilidad de escapar sin
chocar entre sí. Una pequeña esfera compuesta por deuterio y tritio es
impactada por un haz de láser, provocándose su implosión. Así, se hace cientos
de veces más densa y explosiona bajo los efectos de la reacción de fusión nuclear.
·
Fusión nuclear por confinamiento magnético (FCM): Las partículas eléctricamente
cargadas del plasma son atrapadas en un espacio reducido por la acción de un
campo magnético. El dispositivo más desarrollado tiene forma toroidal y se
denomina TOKAMAK.
Tanto el
combustible como el moderador se encuentran dentro de cápsulas o barras de
acero rodeadas de agua, que es el fluido refrigerante; estos elementos se
encuentran dentro de un tanque de acero con paredes de de 7 cm de espesor.
1. Núcleo
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5. Vasija
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9. Condensador
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2. Barras de control
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6. Turbina
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10. Agua de refrigeración
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3. Generador de vapor
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7. Alternador
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11. Contención de hormigón
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4. Presionador
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8. Bomba
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Núcleo
de un reactor
El
núcleo es la parte del reactor donde se produce y se mantiene la reacción
nuclear en cadena. Su objetivo es calentar
el agua del circuito primario. Se diseña para operar de forma segura y
controlada, de modo que se maximice la cantidad de energía extraída del
combustible.
Un reactor nuclear
de fisión consta de las siguientes partes esenciales:
·
Combustible
El
combustible de un reactor nuclear es un material fisionable en cantidades tales
que se alcance la masa crítica, y colocado de tal forma que sea posible extraer
rápidamente el calor que se produce en su interior debido a la reacción nuclear
en cadena.
Los
combustibles empleados en las centrales nucleares están en forma sólida, aunque
varían desde el dióxido de uranio cerámico ligeramente enriquecido, uranio en
tubos de aleación de magnesio hasta dióxido de uranio enriquecido o natural en
tubos de aleación de zirconio, todo depende del tipo de reactor.
En
general, un elemento de combustible está constituido por una disposición
cuadrangular de las varillas del combustible, aunque debe mencionarse la
disposición hexagonal del reactor ruso de agua a presión VVER.
Sujetando
los tubos guía a las rejillas de soporte de combustible se consigue que los
centros de las varillas de combustible y los tubos guía estén a la misma
distancia. Todos los elementos de combustible tienen el mismo diseño mecánico.
Algunos contienen haces de barras de control y otros contienen venenos
consumibles o fuentes neutrónicas.
Para
asegurar la calidad de los elementos de combustible, se realizan numerosas
inspecciones y ensayos tanto de las materias primas como del producto
final.
·
Barras de control
Los haces
de barras de control proporcionan un medio rápido para el control de la
reacción nuclear, permitiendo efectuar cambios rápidos de potencia del reactor
y su parada eventual en caso de emergencia. Están fabricadas con materiales
absorbentes de neutrones (carburo de boro o aleaciones de plata, indio y
cadmio, entre otros) y suelen tener las mismas dimensiones que los elementos de
combustible. La reactividad del núcleo aumenta o disminuye subiendo o bajando
las barras de control, es decir, modificando la presencia de material
absorbente de neutrones contenido en ellas en el núcleo.
Para que
un reactor funcione durante un periodo de tiempo tiene que tener un exceso de
reactividad, que es máximo con el combustible fresco y va disminuyendo con la
vida del mismo hasta que se anula, momento en el que se hace la recarga del
combustible.
En
funcionamiento normal, un reactor nuclear tiene las barras de control total o
parcialmente extraídas del núcleo, pero el diseño de las centrales nucleares es
tal que ante un fallo en un sistema de seguridad o de control del reactor,
siempre actúa en el sentido de seguridad de reactor introduciéndose totalmente
todas las barras de control en el núcleo y llevando el reactor a parada segura
en pocos segundos.
·
Moderador
Los
neutrones producidos en la fisión tienen una elevada energía en forma de
velocidad.
Conviene
disminuir su velocidad de modo que aumente la probabilidad de que fisionen
otros átomos y no se detenga la reacción en cadena. Esto se consigue mediante choques
elásticos de los neutrones con los núcleos del moderador.
Entre los
moderadores más utilizados están el agua ligera, el agua pesada y el
grafito.
·
Refrigerante
La mayor
parte de la energía desprendida por fisión es en forma de calor. A fin de poder
emplear éste, por el interior del reactor debe pasar un refrigerante que
absorba y transporte dicho calor. El refrigerante debe ser anticorrosivo, tener
una gran capacidad calorífica y no debe absorber neutrones. Los refrigerantes
más usuales son gases, como el anhídrido carbónico y el helio, y líquidos como
el agua ligera y el agua pesada. Incluso hay algunos compuestos orgánicos y
metales líquidos como el sodio, que también se empleen para este fin.
·
Reflector
Es una
reacción nuclear en cadena, un cierto número de neutrones tiende a escapar de
la región donde ésta se produce. Esta fuga neutrónica puede minimizarse con la
existencia de un medio reflector, aumentando así la eficiencia del reactor. El
medio reflector que rodea al núcleo debe tener una baja sección eficaz de
captura para no reducir el número de neutrones y que se reflejen el mayor
número posible de ellos.
La
elección del material depende del tipo de reactor. Si tenemos un reactor
térmico, el reflector puede ser el moderador, pero si tenemos un reactor rápido
el material del reflector debe tener una masa atómica grande para que los
neutrones se reflejen en el núcleo con su velocidad original (dispersión
inelástica).
·
Blindaje
Cuando el
reactor esté en operación, se genera gran cantidad de radiación. Es necesaria
una protección para aislar a los trabajadores de la instalación de las
radiaciones ocasionadas por los productos de fisión. Por ello, se coloca un
blindaje biológico alrededor del reactor para interceptar estas emisiones.
Los
materiales más usados para construir este blindaje son el hormigón, el agua y
el plomo.
·
Elementos
de Seguridad.
Todas las
centrales nucleares de fisión, constan en el 2007 de múltiples sistemas,
activos (responden a señales eléctricas), o pasivos (actúan de forma natural,
por gravedad, por ejemplo). La contención de hormigón que rodea a los reactores
es la principal de ellas. Evitan que se produzcan accidentes, o que, en caso de
producirse, haya una liberación de radiactividad al exterior del reactor.
Seguridad Nuclear
Para
cubrir un posible fallo del sistema normal de extracción de calor del reactor,
es decir, la generación de energía, se dispone de unos sistemas de emergencia
con capacidad y redundancias suficientes para mantener la refrigeración del
núcleo hasta llevar el reactor a la condición de parada segura, sin que se
excedan los límites de presión de la envolvente y temperatura
de diseño del combustible, no permitiendo el escape de productos de fisión al
exterior.
