Yo soy nuclear

¿Qué es una central nuclear?

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Una central nuclear es una central termoeléctrica en la que actúa como caldera un reactor nuclear. La energía térmica se origina por las reacciones nucleares de fisión en el combustible nuclear formado por un compuesto de uranio.   El combustible nuclear se encuentra en el interior de una vasija herméticamente cerrada, junto con un sistema de control de la reacción nuclear y un fluido refrigerante, constituyendo lo que se llama un reactor nuclear. El calor generado en el combustible del reactor y transmitido después a un refrigerante se emplea para producir vapor de agua, que acciona el conjunto turbina-alternador, generando la energía eléctrica.

 

La central se ha realizado con un diseño específico que prevé estructuras civiles adecuadas, sistemas duplicados que responden al fallo previsto de uno de ellos y coeficientes de sobredimensionamiento para resistir el sismo máximo esperable, proteger contra las radiaciones ionizantes, prevenir los accidentes posibles y mitigar sus consecuencias. Por este motivo, los edificios de una central nuclear en comparación con una convencional de similar potencia son mucho más robustos y más grandes para alojar los sistemas redundantes instalados.

 

Funcionamiento de una central nuclear


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Diferencias entre fisión y fusión nuclear

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Fisión nuclear

La fisión nuclear es una reacción en la cual al hacer incidir neutrones sobre un núcleo pesado, éste se divide en dos núcleos, liberando una gran cantidad de energía y emitiendo dos o tres neutrones.

Fue descubierta por O. Hahn y F. Strassmann en 1938, al detectar elementos de pequeña masa en una muestra de uranio puro irradiada con neutrones.

El proceso de fisión es posible por la inestabilidad que tienen los núcleos de algunos isótopos de elementos químicos de alto número atómico, como por ejemplo el uranio 235, debido a la relación existente entre el número de partículas de carga eléctrica positiva (protones) y el número de partículas nucleares de dichos núcleos (protones y neutrones).

 

Basta una pequeña cantidad de energía como la que transporta el neutrón que colisiona con el núcleo, para que pueda producirse la reacción de fisión. A su vez, los neutrones emitidos en la fisión de un núcleo pueden ocasionar nuevas fisiones al interaccionar con nuevos núcleos fisionables que emitirán nuevos neutrones y así sucesivamente. A este efecto multiplicador se le conoce con el nombre de reacción en cadena.

 

La primera reacción de fisión en cadena sostenida la consiguió Enrico Fermi en 1942, en la Universidad de Chicago. En una pequeña fracción de segundo, el número de núcleos que se han fisionado libera una energía un millón de veces mayor que la obtenida al quemar un bloque de carbón o explotar un bloque de dinamita de la misma masa.

 

Cuando se consigue que sólo un neutrón de los liberados produzca una fisión posterior, el número de fisiones que tienen lugar por segundo es constante y la reacción está controlada.

 

En este principio de fisión están basados los 436 reactores nucleares que funcionan en todo el mundo y que producen el 17% de la electricidad que se consume mundialmente.

 

Fusión nuclear

La fusión nuclear es la reacción en la que dos núcleos muy ligeros, en general el hidrógeno y sus isótopos, se unen para formar un núcleo más pesado y estable, con gran desprendimiento de energía. La energía producida por el Sol tiene este origen.

Para que se produzca la fusión, es necesario que los núcleos cargados positivamente se aproximen venciendo las fuerzas electrostáticas de repulsión. En la Tierra, donde no se puede alcanzar la gran presión que existe en el interior del Sol, la energía necesaria para que los núcleos que reaccionan venzan las interacciones se puede suministrar en forma de energía térmica o utilizando un acelerador de partículas.

La solución más viable es la fusión térmica. Estas reacciones de fusión térmica, llamadas reacciones termonucleares, se producen en los reactores de fusión y fundamentalmente con los isótopos de hidrógeno.

El aprovechamiento por el hombre de la energía de fusión pasa por la investigación y el desarrollo de sistemas tecnológicos que cumplan dos requisitos fundamentales: calentar y confinar. Calentar para conseguir un gas sobrecalentado (plasma) en donde los electrones salgan de sus órbitas y donde los núcleos puedan ser controlados por un campo magnético; y confinar, para mantener la materia en estado de plasma o gas ionizado, encerrada en la cavidad del reactor el tiempo suficiente para que pueda reaccionar.

La ganancia energética de la fusión consiste en que la energía necesaria para calentar y confinar el plasma sea menor que la energía liberada por las reacciones de fusión.

Este tipo de reacciones son muy atractivas como fuente de energía ya que el deuterio no es radiactivo y se encuentra de forma natural y prácticamente ilimitada en la naturaleza. El tritio no se presenta de forma natural y además es radiactivo. Sin embargo las investigaciones están básicamente centradas en las reacciones deuterio-tritio, debido a que liberan una mayor energía y la temperatura a la que tiene lugar la fusión es considerablemente menor que en las otras.

La tecnología de fusión se está desarrollando en dos líneas principales:

  • Fusión por confinamiento magnético: Las partículas eléctricamente cargadas del plasma son atrapadas en un espacio limitado por un campo magnético al describir trayectorias helicoidales determinadas por las líneas de fuerza de dicho campo. El dispositivo más desarrollado tiene forma toroidal y se denomina Tokamak (siendo esta la tecnología utilizada en el proyecto ITER).
  • Fusión por confinamiento inercial: Consiste en crear un medio tan denso que las partículas no tengan prácticamente ninguna posibilidad de escapar sin chocar entre sí. Súbitamente impactada por poderosos haces luminosos creados por láser, una pequeña esfera de un compuesto sólido de deuterio y tritio implosiona bajo los efectos de la onda de choque. De esta forma, se hace cientos de veces más densa que en su estado sólido normal y explosiona bajo los efectos de la reacción de fusión.

Actualmente hay reactores de investigación para lograr producir electricidad a través de este proceso. Cabe destacar el Reactor Experimental Termonuclear Internacional ITER en el que participan la Unión Europea, China, Japón, Rusia, India, Corea del Sur y Estados Unidos.


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Preguntas y respuestas sobre el plutonio

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¿Qué es el plutonio?

El plutonio es el elemento químico 94 de la Tabla Periódica. Se descubrió en 1940 por un equipo de científicos que investigaba el comportamiento del uranio en la fisión. Glenn T. Seaborg (Premio Nobel de Química) era el director de este equipo.

El plutonio es el elemento 94 del sistema periódico, pertenece a la serie de los elementos actínidos y tiene 16 isótopos, todos ellos radiactivos. El elemento es un metal de aspecto semejante a la plata y presenta 5 estructuras cristalinas diferentes.

Químicamente el plutonio es muy activo. Forma compuestos con todos los elementos no metálicos, excepto los gases nobles. Los halógenos y los hidrácidos forman haluros, el oxígeno óxidos, el hidrógeno hidruros, el nitrógeno y el amoníaco nitruros y el monóxido de carbono carburos. El metal se disuelve en ácidos y reacciona con agua, aunque moderadamente en comparación con los ácidos.


¿Cuál es la radiactividad del plutonio?

Los 16 isótopos del Pu son todos artificiales. Sus formas de desintegración radiactiva, períodos de semi desintegración y energía de las partículas emitidas se dan en la figura 1.

Técnicamente, el isótopo 239 es el más importante por el alto valor de su sección eficaz de fisión por neutrones, que lo hacen apropiado para poder ser empleado en reactores nucleares comerciales. En orden de importancia le sigue el isótopo 238, que se emplea como fuente de calor para generadores termoeléctricos. Una característica notable de muchos de los isótopos del plutonio es que presentan el fenómeno de la fisión espontánea.


¿De dónde procede el plutonio?

El plutonio no existe en la naturaleza más que a niveles mínimos de trazas. Se produce cuando el combustible nuclear se quema en los reactores nucleares convencionales. El combustible irradiado procedente de los reactores nucleares está formado fundamentalmente por uranio (con un porcentaje del 96%, aproximadamente) y plutonio (con un porcentaje algo inferior al 1%).

La gestión de combustible gastado tiene dos alternativas en la gestión a largo plazo, denominadas ciclo abierto y ciclo cerrado.

El ciclo abierto consiste en considerar que el combustible gastado es un residuo radiactivo de alta actividad desde el momento de su descarga del reactor, teniendo que almacenar el combustible de manera definitiva.

El ciclo cerrado consiste en someter al combustible gastado a un proceso mecánico-químico que permite separar al uranio y plutonio que aun contienen productos de fisión y transuránicos. El uranio y plutonio recuperados se emplean para fabricar nuevo combustible y los productos de fisión y los transuránicos constituyen el residuo de alta actividad. El proceso mecánico-químico se conoce como reelaboración o reproceso.


¿Cómo actúa el plutonio en los reactores actuales?

Al mismo tiempo que se genera en el interior del combustible de los reactores nucleares, el Pu-239 se fisiona, colaborando así con el U-235 en la producción de energía. Absorciones adicionales de neutrones y desintegraciones de otros elementos radiactivos que se forman originan también los isótopos 240 (absorbente de neutrones), 241 (fisionable) y 242 (absorbente).

La proporción de estos isótopos en el combustible varía con el tiempo de irradiación o grado de quemado a que se llegue. A quemados reducidos la proporción de Pu-239 es muy alta, mientras que a quemados altos aumenta la proporción de los isótopos superiores, reduciéndose la del Pu-239.

En los reactores comerciales, los elementos combustibles permanecen en el reactor largos tiempos hasta que la acumulación de productos de fisión y el consumo del material fisionable anulan su contribución al funcionamiento del reactor. El grado de quemado al que se llega es alto, unos 45 MWd por kg de uranio. El combustible usado, al salir del reactor, contiene de 0,8 a 1,0% de plutonio, con una composición isotópica alrededor de 65% de Pu-239 + Pu-241 (fisionables), y 35% de Pu-240 + Pu-242 (absorbentes), además de pequeñas cantidades de Pu-238. Este plutonio se suele denominar como plutonio comercial o plutonio de grado de reactor.


¿Cuáles son las aplicaciones del plutonio recuperado?

El plutonio producido en los combustibles nucleares se quema en parte durante la estancia de éste en el reactor, contribuyendo a la producción de energía y al inventario de los productos de fisión.

En el combustible gastado quedan entre 7 y 8 kilogramos por tonelada de plutonio sin quemar. Este plutonio, recuperado en el reproceso, se puede usar para sustituir el uranio- 235 en el combustible nuclear, fabricando pastillas de óxido de uranio y óxido de plutonio mezclados, que se llama combustible MOX.

El combustible MOX puede sustituir al combustible de uranio enriquecido en los reactores nucleares de agua ligera. Las características del plutonio hacen necesarias ciertas medidas tanto en las instalaciones que fabrican los combustibles como en los reactores que los utilizan.

 

¿Es peligroso el plutonio?

El plutonio es radiactivo y tóxico.

El principal tipo de radiación que emite (radiación alfa) no atraviesa una hoja de papel, es decir, una fina capa de un material puede parar la radiación. Por ejemplo, unos guantes de algodón podrían proteger las manos contra la radiación en la manipulación del plutonio.

La peligrosidad del plutonio se debe, sobre todo, a su radiotoxicidad. La radiación que emite (alfa) cuando se ha ingerido o inhalado, puede producir cáncer de pulmón (si se ha inhalado) o cánceres de otros tipos según donde esté depositado en el cuerpo.

No se conoce ninguna muerte provocada por inhalación o ingestión de plutonio, aunque algunas personas tengan cantidades medibles de plutonio en sus organismos.


¿Es igual el plutonio que puede extraerse del combustible gastado procedente de una central nuclear que el plutonio que se emplea en bombas atómicas?

No. El plutonio que se emplea en la fabricación de las bombas atómicas tiene una concentración en el isótopo plutonio-239 del orden del 90%, mientras que el plutonio que se produce en las centrales nucleares alcanza, como máximo, una concentración del 60%.


¿Cuáles son los aspectos legales de salvaguardia del plutonio?

La producción, transporte y manipulación de materiales nucleares, incluyendo el combustible gastado que contiene plutonio, está sujeto a una estricta normativa a nivel internacional y nacional.

En materia de seguridad nuclear y protección radiológica, en España se aplican las disposiciones que elabora el poder legislativo, a las que hay que añadir las que, por formar parte de la Unión Europea (EURATOM), son de obligado cumplimiento desde el momento de nuestra adhesión a la U.E.; así como aquéllas que se derivan de las Convenciones y Protocolos internacionales ratificados por España.


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Energía nuclear y medio ambiente

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Mientras las centrales térmicas convencionales queman combustibles fósiles para la producción de electricidad, una central nuclear obtiene su energía de la fisión del átomo de uranio. Esto significa que una central de este tipo no envía a la atmósfera óxidos de carbono, de azufre, de nitrógeno, ni otros productos de combustión, tales como las cenizas.

Desde el punto de vista de la protección del medio ambiente, las centrales nucleares siempre han estado sujetas a un estricto control reglamentario institucional difícil de igualar por otras actividades industriales. Dicho marco reglamentario contempla todas y cada una de las fases que componen el ciclo de producción, así como la protección de los trabajadores de la central y del público en general y el desmantelamiento de la planta al final de su vida útil.

Las centrales nucleares, al no quemar combustibles fósiles, no emiten CO2 durante su operación. En cuanto a las “emisiones” de las torres de refrigeración, tan frecuentemente utilizadas como símbolo de la contaminación producida por las centrales nucleares, son sólo vapor de agua.

La energía nuclear es hoy en día la única fuente capaz de suministrar grandes cantidades de electricidad sin contribuir de forma significativa al cambio climático. Al no generar dióxido de carbono, las centrales nucleares permiten ahorrar un 8% de las emisiones de CO2 a nivel mundial. En España, las plantas atómicas evitan la emisión anual de 40 millones de toneladas de dióxido de carbono, una cifra que equivale aproximadamente a las emisiones que realiza la mitad del parque automovilístico español. Además, nuestro país incumple de manera significativa, en un 37%, el compromiso adquirido en el Protocolo de Kioto, y sin las nucleares esta cifra estaría por encima del 50%.

Las centrales nucleares generan emisiones de efluentes radiactivos en cantidades limitadas de acuerdo con esa regulación. Estas emisiones quedan registradas continuamente y son objeto de constante seguimiento mediante un extenso programa de análisis realizado por entidades independientes y por la administración. Los valores de esos efluentes medidos en términos de actividad radiológica y de dosis son mil veces inferiores a lo permitido.

El territorio español está provisto de una red de vigilancia ambiental y control de efluentes bajo la supervisión del Consejo de Seguridad Nuclear (CSN) y de la Dirección General de Protección Civil. Dicha red detecta la presencia y vigila la evolución de elementos radiactivos en el medio ambiente. Los valores obtenidos en las mediciones de la red de vigilancia son públicos y una lectura de los mismos no indica ninguna correlación entre los valores máximos medidos y su localización en el entorno de las centrales.

Las centrales nucleares son, por tanto, respetuosas con el medio ambiente y a la vez proporcionan una solución factible para satisfacer los incrementos de la demanda de electricidad de forma económica. La energía atómica es la única fuente disponible actualmente capaz de suministrar grandes cantidades de electricidad sin afectar al calentamiento global. Esta afirmación la comparten figuras destacadas del ecologismo como James Lovelock o Patrick Moore.


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La Energía Nuclear en España

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Un poco de historia…

Actualmente operan en España 6 centrales nucleares con 8 reactores acoplados a la red eléctrica peninsular. Se las suele clasificar en tres etapas en función de su época de construcción y de otros criterios aún más relevantes. La Central de Santa María de Garoña pertenece a la primera etapa, junto a las ya clausuradas de Vandellós I (se cerró en 1989) y José Cabrera cerrada en 2006. Estas centrales se construyeron en la segunda mitad de la década de los 60.

A la segunda etapa pertenecen las centrales de Almaraz (que tiene dos reactores), Ascó (también con dos reactores) y Cofrentes, conectadas a la red entre 1983 y 1986. La construcción de los cinco reactores hoy en funcionamiento se dilató a lo largo de unos diez años -fueron autorizadas entre 1971 y 1972- por las incertidumbres políticas de la época. La participación nacional se situó en torno al 60 por 100 entre obra civil y equipo, con importantes efectos impulsores sobre la industria española.

A la tercera etapa pertenecen las centrales de Trillo y Vandellós II, tras doce años de construcción plagada de incertidumbres políticas. La industria nuclear española se consolidó en esta etapa, con la construcción de fábricas tanto de equipos como de combustible, la puesta en marcha de un buen número de empresas de servicios especializados y la creación de la Empresa Nacional de Residuos Radiactivos (ENRESA).

Toda esta actividad implicó un importante esfuerzo de asimilación de tecnología y de formación en técnicos y especialistas, que dio como resultado un parque nuclear de gran calidad, unos equipos de operación muy expertos y unas cifras muy altas de participación nacional en la construcción de centrales nucleares, pasando de un 43% total en las centrales de primera generación a un 75% en las de segunda y un 85% en las de tercera.

Las centrales nucleares que se construyeron constituyen hoy un activo muy importante en el mercado de la generación eléctrica. La tecnología ha demostrado ser capaz de mantenerlas operativas y de incluir en ellas las mejoras técnicas que se han ido desarrollando, haciendo posible una operación continua y segura, permitiendo alargar su vida útil.

Central Nuclear de Vandellós          Central Nuclear de Trillo

         VANDELLÓS 2 (TARRAGONA)                            TRILLO (GUADALAJARA)

Actualidad de la Energía Nuclear en España

Las centrales nucleares españolas, con un 8,14% de la potencia instalada, producen más del 18% de la electricidad. Sin embargo, nuestro país importa cerca del 85% de los productos energéticos que consume, por lo que su dependencia energética exterior es muy alta. Esta cifra supera a la de la dependencia de la Unión Europea, que supera el 50%.

Mapa de España con la ubicación de las centrales

La construcción de nuevos reactores ayudaría a lograr los objetivos estratégicos de mejora de la seguridad de suministro eléctrico en España y permitiría reactivar la economía, ya que este desarrollo nuclear permitiría un empleo acumulado de 170.000 empleos-año, que es equivalente a 8.500 personas trabajando de forma continua durante 20 años. Actualmente, el sector nuclear emplea en España a 30.000 personas entre puestos directos e indirectos.

La capacidad de mantener las centrales nucleares operativas con todas las garantías de seguridad y la incorporación de mejoras técnicas para una operación continua y segura es posible gracias a que España cuenta con una industria altamente cualificada que garantiza la aplicación de los avances tecnológicos. Además, la fiabilidad del funcionamiento de las instalaciones nucleares con arreglo a estas pautas ha sido un ejemplo para otros sectores industriales, que se han beneficiado de grandes avances tecnológicos y de la gestión de los residuos radiactivos.

En cuanto a la internacionalización de la industria nuclear española, las empresas de ingeniería y de servicios especializados han encontrado un importante mercado en los países de Latinoamérica (Brasil y México), de Europa Central y Oriental y en los de la antigua Unión Soviética, que necesitan mejoras sustanciales en sus instalaciones y en sus estructuras organizativas y en sus sistemas de calidad. Las empresas españolas han realizado en estos países un gran número de estudios, proyectos y suministro de simuladores, equipos de inspección y cursos de formación.

 

Tabla con la producción energética de cada una de las centrales nucleares
 

 


 


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Sabías Que ...1 pastilla de uranio proporciona la misma energía que:

* 810 kilos de carbón

* 565 litros de petróleo

* 480 metros cúbicos de gas natural

 
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