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28/10/2015 Centrales nucleares | ENDESA EDUCA
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Centrales nucleares
1. La radioactividad
La radiación es la emisión o propagación de energía en forma de ondas o de partículas subatómicas como, por ejemplo, lasondas electromagnéticas emitidas por el Sol o las partículas emitidas por sustancias radioactivas.
La radioactividad es una propiedad interna de los átomos, por eso está muy relacionada con el estudio de la estructura de la materia.Numerosos científicos colaboraron en estos descubrimientos: Rutherford, Pierre y Marie Curie, Bequerel, Geiger y Marsden, Planck,Bohr, Hertz, entre muchos más.
Emisiones radioactivasCuando se produce alguna transformación en los núcleos atómicos se emiten partículas y radiaciones electromagnéticas de elevadafrecuencia. Hay elementos que pueden producir este fenómeno de manera natural y hay otros de los cuales se pueden obtenerisótopos radioactivos de forma artificial.
Radioactividad naturalPuede ofrecer tres tipos de transiciones radioactivas, a cada una de las cuales le corresponde un tipo de radiación:
Radiación Alfa. Una desestabilización del núcleo puede llegar a hacer quedos protones y dos neutrones se junten y formen un núcleo de helio con energíasuficiente como para abandonar el núcleo inicial.
Radiación Beta. En esta radiación un neutrón se transforma en un protón.Esta radiación es mucho más penetrante que la radiación Alfa y para frenarla esnecesaria una lámina de aluminio de unos cuantos milímetros de grosor. Por lotanto, puede afectar fácilmente a los tejidos humanos.
Radiación Gamma. Consiste en una radiación electromagnética emitida porun núcleo en estado de excitación. Cuando desparece la excitación siempre seforma un núcleo más estable. Esta es muy difícil de parar, pudiendo traspasarcon naturalidad el cuerpo humano.
Radioactividad artificialCuando se bombardea un núcleo con las partículas adecuadas , estas pueden penetrar en el núcleo y formar uno nuevo.
La radioactividad artificial fue descubierta en el año 1939 por el matrimonio Curie.
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La fisión nuclearLa fisión nuclear consiste en la división del núcleo de un átomo pesado (como puede ser el uranio) en otros elementos más ligeros,de forma que en esta reacción se genere una gran cantidad de energía. Esta división es provocada por el choque del átomo conun neutrón.
El proceso de fisión es posible a causa de la inestabilidad que tienen los núcleos de algunos elementos químicos de elevado númeroatómico. En estas condiciones solo hace falta una pequeña cantidad de energía para provocar que el núcleo se rompa en dostrozos.
Tienes a tu disposición un juego interactivo que explica la fisión nuclear de una manera sencilla.
La reacción nuclear de fisión fue descubierta por los científicos O. Hahn y F. Strassmann el año 1938.
2. ¿Qué es una central nuclear?
Una central nuclear es una instalación industrial construida para generarelectricidad a partir de la energía nuclear.
Las centrales nucleares forman parte de la familia de las centralestermoeléctricas, lo que implica que utilizan el calor para generar laenergía eléctrica. Este calor proviene de la fisión de materiales como eluranio y el plutonio.
3. Funcionamiento de una central nuclear
El funcionamiento de una central nuclear se basa en el aprovechamientodel calor para mover una turbina por la acción del vapor de agua,la cual está conectada a un generador eléctrico. Para conseguir el vaporde agua se utiliza como combustible el uranio o el plutonio.
El proceso se puede simplificar en cinco fases:
Debido a la fisión del uranio que se lleva a cabo en el reactor nuclear, se libera una gran cantidad de energíaque calienta el agua hasta evaporarla.
Este vapor se transporta al conjunto turbina–generador mediante un circuito de vapor.
Una vez ahí, las aspas de la turbina giran por la acción del vapor y mueven el generador que trasforma la energíamecánica en electricidad.
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Una vez el vapor de agua ha pasado por la turbina, se envía a un condensador donde se enfría y se vuelve líquido.
Y nuevamente se transporta el agua para volver a conseguir vapor, cerrando así el circuito del agua.
Los residuos generados por la fisión del uranio son almacenados dentro de la propia central, en unas piscinas de hormigón especialespara materiales radioactivos.
Cómo funciona una central nuclear
4. Reactores nucleares de fisión
Un reactor nuclear de fisión es una instalación capaz de iniciar, mantener y controlar las reacciones de fisión encadena, disponiendo de los medios adecuados para extraer el calor generado.
Los elementos esenciales que forman un reactor nuclear son:
Combustible. Formado por un material fisionable, generalmente compuesto de uranio en el que tienen lugar lasreacciones de fisión. Es, por lo tanto, la fuente de generación de calor.
Moderador. Hace disminuir la velocidad de los neutrones rápidos generados en la fisión, manteniendo la reacción. Seacostumbra a utilizar agua, agua pesada, helio, grafito o sodio metálico.
Elementos de control. Permiten controlar en todo momento la población de neutrones y mantener estable el
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reactor.
Refrigerante. Extrae el calor generado por el combustible. Generalmente se utilizan refrigerantes líquidos como el agualigera y el agua pesada o gases como el anhídrido carbónico y el helio.
Blindaje. Evita que les radiaciones y los neutrones del reactor se escapen al exterior. Se acostumbra a usar hormigón,acero o plomo.
Elementos de seguridad. Todas las centrales nucleares de fisión disponen de múltiples sistemas que evitan que seproduzcan accidentes que provoquen una liberación de la radioactividad al exterior del reactor nuclear.
5. Tipos de reactores nucleares
Los reactores térmicos se pueden clasificar según el moderador que utilicen. Generalmente, cada moderador tiene asociado untipo de combustible y un tipo de refrigerante. Las diferencias esenciales entre estos reactores son los siguientes:
Reactor de agua ligeraDentro de este grupo existen dos tipos de reactores:
Reactor de agua a presión (PWR – Pressurized water reactor). Utilizan agua como moderador y refrigerante. Elcombustible utilizado es el uranio ligeramente enriquecido en forma de dióxido de uranio. Este tipo de reactor se hadesarrollado principalmente en los Estados Unidos, Rusia, Alemania, Francia y Japón.
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Reactor de agua en ebullición (BWR – Boiling water reactor). En este tipo de reactor, una parte del agua delrefrigerante (que a la vez actúa como moderador) pasa a la fase vapor en el propio reactor. Se ha desarrolladoprincipalmente en los Estados Unidos.
Reactor de agua pesadaEl reactor de agua pesada usa como combustible uranio natural y el agua pesada se utiliza como moderador y como refrigerante.
Este tipo de reactor se ha desarrollado principalmente en Canadá.
Reactor de uranio natural, gas y grafitoEste tipo de reactor utiliza como combustible uranio natural en forma metálica. Utilizan grafito como moderador y anhídridocarbónico como refrigerante.
Estos reactores se han desarrollado principalmente en Francia y Gran Bretaña.
Reactor avanzado de gasLas principales diferencias se presentan en el combustible. Estos utilizan óxido de uranio ligeramente enriquecido y dispuesto entubos de acero inoxidable.
Reactor de grafito y agua ligeraEste diseño, exclusivamente soviético, utiliza uranio ligeramente enriquecido como combustible, grafito como moderador y aguacomo refrigerante, que se transforma en vapor en el propio reactor.
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6. Características de una central nuclear de agua a presión (PWR)
El combustible que utilizan las centrales nucleares PWR es dióxido de uranio enriquecido y el proceso comienza introduciéndolo enforma de pastillas en unos tubos.
Los elementos de combustible se refrigeran mediante un circuito de agua(llamado circuito primario ) que, a su vez, sirve como moderador.
El agua aumenta la temperatura y se mantiene en estado líquido a causa de laelevada presión del sistema.
El refrigerante circula por los generadores de vapor, cediendo el calor a otrocircuito de agua diferente y totalmente independiente (circuitosecundario ) que se transforma en vapor, haciendo girar los álabes de laturbina, que está acoplada a un generador eléctrico.
El vapor, una vez ha pasado por la turbina, se condensa y vuelve al generadorde vapor.
Todo este circuito está situado en el interior de un edifico de contención,constituido de hormigón armado con un espesor de entre 50 y 100 cm y con uncubrimiento interior de acero que hace que sea hermético. Este edificio decontención se mantiene por debajo de la presión atmosférica para evitar, encaso de accidente, que los posibles escapes salgan al exterior.
Puedes entender mejor el funcionamiento de una central nuclear de agua a presión mediante un juego.
7. Características de una central nuclear de agua en ebullición (BWR)
Las centrales BWR se diferencian de las anteriores principalmente en que no tienen circuito de agua secundario.
Además, el circuito primario trabaja a una presión inferior y el vapor se produce en el reactor desde donde se envíadirectamente a la turbina para mover el generador.
Tanto las centrales PWR como las BWR disponen de un edificio de combustible que sirve para almacenar los elementos decombustible nuevos y para guardar el combustible ya utilizado hasta que se pueda trasladar a un centro de almacenaje final de
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combustible gastado.
El edificio de combustible y el de contención están conectados entre sí parapoder trasladar los elementos combustibles sin salir de la zona controlada dela central y que se encuentra totalmente aislada del resto de instalaciones dela central.
Además, las centrales nucleares disponen de edificios auxiliares en los queestán situados los equipos y sistemas de seguridad.
Puedes profundizar en el funcionamiento de una central nuclear deagua en ebullición con el siguiente juego interactivo.
8. Impacto ambiental de las centrales nucleares
Cabe destacar que lascentrales nucleares no envían a
la atmósfera óxidos de carbono, azufre, nitrógeno ni otros elementos derivados a lacombustión, como las cenizas. Por lo tanto, no contribuyen al calentamientoglobal, el cual es el responsable del clima del planeta o la lluvia ácida.
No obstante, debe tenerse precaución en la generación de electricidad mediante laenergía nuclear, tanto en la extracción, el concentrado y enriquecimiento del uraniocomo en la propia producción de energía eléctrica.
La producción de energía eléctrica en centrales nucleares genera residuosradioactivos de larga duración que deben almacenarse en la misma central y endepósitos especiales para materiales radioactivos.
Las centrales nucleares han estado siempre sujetas a un estricto controlreglamentario institucional difícil de igualar por otras actividades industriales. Estareglamentación tiene en cuenta todas y cada una de las fases que forman el ciclo deproducción, contemplando también la protección de los trabajadores, el público engeneral y el desmantelamiento de la central al final de su vida útil.
