estructura de las centrales nucleares

LAS CENTRALES NUCLEARES
La energía nuclear es aquella que proviene de procesos que suceden en el núcleo del
átomo. Pueden producirse dos tipos de reacciones nucleares
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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. El combustible más habitual de las centrales
nucleares es el U235, que es sometido a una serie de transformaciones desde su
extracción hasta que se fabrican las barras de combustible. Hay que enriquecer el
contenido en U235 hasta el 3%, por lo que se habla de uranio enriquecido.
La reacción más habitual es la siguiente:
235
90
92 U + n→ 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·c 2.
La fisión de 1kg de uranio produce una energía
de 8,38 x1013 J (equivalente a la combustión de
3000 Tn de carbón).
235
Cuando el núcleo de 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.
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
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Las partes fundamentales de una central nuclear son las siguientes:

Reactor: es la parte principal de la central donde tiene lugar la 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 (Sb-Be 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 transmite 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
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mantiene a presión 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.
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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.
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
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