Introducción a la energía nuclear

Introducción a la energía
nuclear
Jorge Barón
Marzo de MMXI
UFPE
Conceptos Básicos
de
Física de Reactores
La operación de un reactor nuclear se fundamenta en el control
exitoso del flujo neutrónico (potencia), como respuesta a los
cambios temporales de éste.
El arranque y la parada del reactor, así como los cambios en el
valor de su potencia, son operaciones típicas que involucran
condiciones transitorias.
Factores que afectan el comportamiento del reactor:
Movimiento de las barras de control.
Quemado del combustible.
Envenamiento del núcleo.
Variaciones de la temperatura, la densidad y la presión del
refrigerante.
Reactores 1 a 4
Ciclo BWR Mark-I (GE)
Corte
Secuencia
• Terremoto de magnitud 8.8
–
–
–
–
Parada automática de los reactores
Pérdida de las líneas eléctricas
Arranque de equipos diesel
Refrigeración en emergencia
• Tsunami (olas de ~10m)
– Destrucción de tanques de gas-oil
– Pérdida de capacidad de bombeo al agotarse el
gas-oil
– Pérdida de capacidad de refrigeración en
emergencia
Accidente severo
• Descubrimiento y calentamiento
• Inicio de la oxidación de los metales
(~1000ºC)
– Zr + 2H2O = ZrO2 + 2H2 + calor
– Rotura de vainas de combustible
– Liberación de radionucleidos volátiles
(I, Cs, gases nobles)
– Presurización de contención inerte
Alivio de presión
• Apertura manual de válvulas de alivio
de presión
– Liberación de vapor de agua y de
hidrógeno
– Contacto con el aire
– Explosión de hidrógeno
– 2H2 + O2 = 2H2O + calor
– Liberación al ambiente de radionucleidos
volátiles
Explosión de H2
escala
INES
Dispersión en aire
• Dominada por los vientos
• Disminuye la concentración a medida
que se aleja
• Puede dejar depósitos de material
radiactivo en suelo
Efectos de la radiación sobre las
personas
• Efectos agudos
– Aparecen en poco tiempo (horas, días)
– Aparecen para dosis superiores a 0.1 Sv
– Mortalidad para dosis superiores a 7 Sv
• Efectos estocásticos
– La dosis aumenta la probabilidad de
enfermedades (cánceres, defectos genéticos)
– Indetectables (¿inexistentes?) para dosis bajas
(miliSv)
Dosis en Fukishima
• Niveles de dosis medidos en la
cercanía de los reactores
– Del orden de miliSv ó microSv
– No hay efectos a la salud reportados
• Niveles de dosis medidos en Tokyo
– Comparables a la radiación natural
(2.4miliSv/año)
Plan de
emergencias
– Buenos datos meteorológicos
– Buenos pronósticos meteorológicos
• “sheltering” – cierre de puertas y
ventanas
• Bloqueo de tiroides mediante pastillas
de yodo
• Evacuación de personas
• Eventualmente decomiso de alimentos
¿Cómo sigue un
accidente severo?
• Continúa el calentamiento
– Fusión de vainas metálicas (~1400ºC)
– Colapso estructural parcial
• Posible fusión del UO2 (~2800ºC)
• Relocalización hacia el fondo del
recipiente
• Posible falla del recipiente
• Posible falla de la contención inerte
TMI2
con núcleo
fundido
Escenario optimista
• Restablecimiento de energía eléctrica
• Enfriamiento de los reactores (días)
• Liberaciones pequeñas de materiales
radiactivos
• Plan de emergencias eficiente
• No hay muertes por radiación ni efectos
agudos en la población
• Hay efectos estocásticos solamente
(¿indetectables?)
• Situación estable (semanas)
Escenario pesimista
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Refrigeración en modo precario
Fusión de núcleo y relocalización
Enfriamiento del núcleo fundido (semanas)
Plan de emergencias eficiente
Liberaciones significativas de materiales radiactivos
Algunos casos de efectos agudos (operarios)
No habrían muertes por radiación en el público
Algunos efectos agudos y estocásticos en el público
Situación estable (meses)
El factor tiempo…
En la Argentina
•
•
•
•
3 Centrales Nucleares
Riesgo sísmico moderado
No existe riesgo de tsunami
Altos niveles de seguridad
– Monitoreo permanente de la ARN
– Planes de emergencia ensayados
anualmente
Central Nuclear Embalse
Central Nuclear Atucha I y II
Muchas gracias
Primeros Reactores
Prototipos
Reactores de Potencia
Comerciales
Reactores Avanzados
de agua liviana
-Estandarización
de sistemas
- Mejoras
económicas
Diseños
Evolucionarios que
ofrecen mejoras en
lo Económico y en
la Seguridad para
la construcción en
el Corto Plazo
- Mejor uso del
combustible y eco.
- Seguridad Pasiva
- Reducción de los
Residuos
-Mayor resistencia a
la Proliferación