Reactor Nuclear

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.

Elementos de un reactor

1. Núcleo	5. Vasija	9. Condensador
2. Barras de control	6. Turbina	10. Agua de refrigeración
3. Generador de vapor	7. Alternador	11. Contención de hormigón
4. Presionador	8. Bomba

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.

La seguridad, tal como se entiende y aplica actualmente a los reactores nucleares, tiene dos objetos claros:

·         Minimizar la probabilidad de que se produzca un accidente.

·         Minimizar las consecuencias del mismo, si es que llegara a producirse.

La normatividad de la seguridad en reactores de investigación está descrita en el documento “Requisitos de seguridad Nº NS-R-4” de la OIEA (organismo internacional de la energía atómica).

CICLO DEL COMBUSTIBLE NUCLEAR

POSIBLE FUENTE DE ENERGIA ILIMITADA

Es bien sabido que las tres cuartas parte del Planeta están cubiertas por agua, cuyas moléculas están formadas por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.

El Deuterio es un isótopo estable del hidrógeno formado por un protón y un neutrón. Su abundancia en el agua es de un átomo por cada 6.500 átomos de Hidrógeno, lo que significa que con el contenido de deuterio existente en el agua del mar (34 gramos por metro cúbico) es posible obtener una energía inagotable mediante la fusión nuclear, y cuyo contenido energético es tal que con la cantidad de deuterio existente en cada litro de agua de mar, la energía obtenida por la fusión nuclear de estos átomos de deuterio equivale a 250 litros de petróleo.

Omar Jose Beltran Rodrigez Cód. 257910
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