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LA ENERGÍA NUCLEAR
La energía nuclear es aquella que proviene de procesos que suceden en el núcleo del átomo. Pueden
producirse dos tipos de reacciones nucleares
 Energía nuclear de fisión: Se produce por la escisión o ruptura del núcleo de un átomo pesado,
al ser bombardeado por neutrones, liberándose gran cantidad de energía en forma de calor
durante el proceso. Constituye la base de las centrales nucleares destinadas a la generación de
electricidad
 Energía nuclear de fusión: Se produce al unir varios núcleos de átomos ligeros para formar uno
más pesado, liberando en el proceso muchísima energía. En la actualidad se encuentra en
investigación la construcción de centrales eléctricas económicamente viables que permitan
aprovechar este tipo de reacciones nucleares
LA REACIÓN NUCLEAR DE FISIÓN
Cuando se rompe un núcleo atómico se libera gran cantidad de energía a causa de la fuerte
interacción entre los componentes del núcleo atómico.
Todos los átomos de un elemento tienen el mismo número de protones en el núcleo pero puede
diferir el número de neutrones; estos átomos que tienen distinto número de neutrones se denominan
isótopos.
Los isótopos utilizados como combustibles en las centrales nucleares de fisión son en U 235, el U233 y el
Pu239, de los cuales el único que se encuentra en la naturaleza, formando parte del uranio natural, es el
U235; el Pu239 se obtiene a partir del U238 y el U233 a partir del Th232.
El combustible más habitual es el U235, que es sometido a una serie de transformaciones desde su
extracción hasta que se fabrican las barras de combustible. En la naturaleza, la concentración de este
isótopo es del 0,72%, pero en las centrales hay que enriquecer hasta el 5%, por lo que se habla de
uranio enriquecido. Las barras de combustibles se forman a partir de dióxido de uranio y se recubren
de una aleación de circonio .
La reacción más habitual es la siguiente:
U + n→
235
92
90
38
Sr + 144
54 Xe + 2n
En las reacciones de fisión la suma de las masas de los productos
resultantes no es igual a la suma de las masas de los productos
iniciales. Parte de la masa se ha convertido en energía, según la
ecuación de Einstein: E=m·c2. La fisión de 1kg de uranio produce
una energía de 8,38 x1013 J (equivalente a la combustión de 3000
Tn de carbón.
Cuando el núcleo de
235
92
U es bombardeado por neutrones lentos,
éste se escinde en otros dos núcleos más pequeños, emitiendo
por cada ruptura otros dos o tres neutrones rápidos. Estos nuevos neutrones pueden a su vez fisionar
otros átomos de uranio próximos, dando lugar a una reacción en cadena.
Para que los neutrones rápidos sean capaces de producir fisiones de forma controlada es necesario
frenarlos por medio de una sustancia que se denomina moderador. Los neutrones chocan contra los
núcleos del moderador, haciendo que aquellos pierdan energía y se frenen. Los moderadores más
utilizados son el grafito y el agua pesada.
ESTRUCTURA DE LAS CENTRALES NUCLEARES
Las instalaciones donde se produce la transformación de la energía nuclear en energía eléctrica son las
centrales nucleares. Su funcionamiento y estructura general es semejante al de las centrales térmicas
convencionales, salvo que en este caso la caldera es sustituida por el reactor nuclear.
Diagrama de transformaciones energéticas:
Energía
nuclear del
combustible
Energía
térmica
del vapor
Energía
cinética de
la turbina
Energía
eléctrica del
alternador
Las partes fundamentales de una central nuclear son las siguientes:

Reactor: es la parte principal de la central donde tiene lugar al reacción de fisión. Está
fabricado de acero y hormigón y, por medidas de seguridad, se encuentra dentro del
denominado edificio de contención. En el interior del reactor se depositan las barras de
combustible. El comienzo de la reacción se consigue mediante una fuente de neutrones (SbBe o Am-Be), situada dentro del núcleo del reactor. Dicho núcleo se encuentra sumergido en
un agente moderador, cuya misión es absorber parte de la energía con que salen despedidos
los neutrones a consecuencia de la fisión del uranio y conseguir una reacción en cadena
controlada. El conjunto se encuentra rodeado por un fluido refrigerante (que puede ser agua
ligera, agua pesada, gas, etc...), que recoge el calor originado en la reacción de fisión y lo
trasmite a un circuito de vapor, para su transformación en energía eléctrica. En ocasiones el
propio refrigerante puede actuar como moderador.
Dentro del núcleo del reactor, intercaladas entre las barras de combustible se introducen las
barras de control, formadas por materiales capaces de absorber fácilmente neutrones, como el
boro, el cadmio o el hafnio. Su misión es fundamental pues permiten regular la reacción
nuclear. Son unas barras deslizantes y cuanto más introducidas están en el núcleo más
neutrones absorben, con lo que se disminuye el número de fisiones. Por el contrario, el número
de fisiones aumenta al extraer las barras. De esta forma se puede controlar e incluso detener la
reacción en caso necesario.
Existen varios tipos de reactores nucleares de fisión. Los más utilizados son los PWR (reactor
de agua a presión) y los BWR (reactor de agua en ebullición)

Turbina: transforma la energía calorífica en energía mecánica (cinética). Al igual que en el caso
de las centrales térmicas convencionales suele haber tres grupos de turbinas (de alta, media y
baja presión)

Alternador: transforma la energía mecánica en energía eléctrica (corriente alterna)

Condensador: Toma agua fría procedente de una fuente exterior y la utiliza para enfriar el
vapor procedente de la turbina. Como resultado de este enfriamiento el vapor se condensa y
puede ser impulsado de nuevo hacia el reactor.

Instalación de gestión de residuos: es el lugar donde se recogen los residuos procedentes del
reactor almacenándolos temporalmente hasta su destino definitivo.
REACTORES PWR (Pressurized Water Reactor)
Este tipo de centrales tienen dos circuitos de refrigeración completamente aislados entre sí
denominados primario y secundario. Utilizan agua como moderador y como refrigerante.
El agua del circuito primario pasa por el interior de los tubos del generador de vapor. El agua del
circuito primario se mantiene a presión (157 kg/cm 2) para evitar que cambie de estado. El generador
de vapor es un intercambiador de calor por el que circula agua procedente del circuito secundario,
de forma que nunca se mezcla con el agua del primario.
El agua del circuito secundario absorbe el calor del agua del circuito primario y se convierte en vapor.
Éste se hace incidir sobre los álabes de una turbina, la cual al girar mueve un alternador que produce
energía eléctrica.
Además existe un tercer circuito de refrigeración exterior que es el único cuyo agua tiene contacto con
el medio ambiente circundante.
REACTORES BWR (Boiling Water Reactor):
Como en el caso de los reactores PWR, también utilizan el agua como refrigerante y moderador. Este
tipo de centrales sólo tienen un circuito primario, ya que es el mismo líquido refrigerante el que se
convierte en vapor. La ebullición se produce en el interior del reactor y el vapor que impulsa las
turbinas está contaminado al haber estado en contacto con el combustible. Esto implica la necesidad
de mayores medidas de seguridad sobre el circuito.
Tienen la ventaja de que al haber un solo circuito y no existir intercambiador de calor el coste de este
tipo de centrales es más bajo.
OTROS TIPOS DE REACTORES

Reactor GCR (Gas Cooled Reactor): fueron los que utilizaron las primeras centrales nucleares y
prácticamente han desapaprecido en la actualidad. Utiliza uranio natural como combustible,
grafito como moderador y como refrigerante CO2.

Reactor AGR (Advanced Gas Reactor): contituyen una evolución de los anteriores y utiliza U 235
como combustible.

Reactor HTGR (High Temperature Gas Reactor): Utiliza uranio enriquecido, grafito cmo
moderador y como refrigerante helio.

Reactores rápidos: no utilizan moderador. El combustible es Pu 239 y U238. En la fisión, parte de
uranio se transforma en plutonio, con lo que se consiguen rendimientos muy altos. Como
refrigerante utilizan sodio líquido.
APLICACIONES DE LA ENERGÍA NUCLEAR
 Generación de electricidad en las centrales nucleares
 Propulsión naval y aeroespacial
 Producción de radioisótopos, que tienen múltiples aplicaciones:
o
Medicina: radiodiagnóstico, tratamientos …
o
Conservación de alimentos
o
Prospección y sondeo
o
Agricultura
o
Control de procesos de fabricación