del yacimiento al reactor nuclear Esquema de

Congreso Iberoamericano y Peruano de Química
13 – 17 de octubre 2008
Esquema de presentación
El uranio; del yacimiento al reactor nuclear
Modesto Montoya
Instituto Peruano de Energía Nuclear y
Universidad Nacional de Ingeniería
1. La
fisión del uranio 235.
2. Distribución de masas de los fragmentos de fisión
3. Multiplicidad neutrónica
4. Energía cinética de los fragmentos de fisión.
5. Energía liberada en la fisión.
6. Obtención del uranio 235
7. Reacción en cadena y principios del reactor nuclear.
8. Reactor de potencia.
9. Reactor de investigación.
10. Conclusiones
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
El fenómeno de la fisión nuclear
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
Escala temporal de la fisión
Cusco, 17 octubre 2008
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
Rendimiento de masas
Esquema de presentación
1. La fisión del uranio 235
2. Distribución
de masas de los fragmentos de fisión
3. Multiplicidad neutrónica
4. Energía cinética de los fragmentos de fisión
5. Energía liberada en la fisión
6. Obtención del uranio 235
7. Reacción en cadena y principios del reactor nuclear
8. Reactor de potencia
9. Reactor de investigación
Fisión de uranio 235 inducida por neutrones. Rendimiento de masa,
según simulación Monte Carlo a ser comparada con resultados
experimentales (tomada de Belhafaf et al.)
10. Conclusiones
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
1
Multiplicidad neutrónica
Esquema de presentación
1. La fisión del uranio 235.
2. Distribución de masas de los fragmentos de fisión
3. Multiplicidad
neutrónica
4. Energía cinética de los fragmentos de fisión.
5. Energía liberada en la fisión.
6. Obtención del uranio 235
7. Reacción en cadena y principios del reactor nuclear.
8. Reactor de potencia.
El promedio de neutrones emitidos de la fisión del 235 U como función de
la masa primaria A (△), y la masa del fragmento (⊙), ambos como
resultado de simulación Monte Carlo a ser comparada con los resultados
experimentales. (•) de Nishio et al.
9. Reactor de investigación.
10. Conclusiones
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
Energía cinética (Ek) promedio
Esquema de presentación
1. La fisión del uranio 235
2. Distribución de masas de los fragmentos de fisión
3. Multiplicidad neutrónica
4. Energía cinética
de los fragmentos de fisión
5. Energía liberada en la fisión
6. Obtención del uranio 235
7. Reacción en cadena y principios del reactor nuclear
8. Reactor de potencia
Resultados de simulación Monte Carlo de la energía promedio de
fragmentos finales (⊙) y fragmentos primarios △, a ser comparados con los
datos experimentales (•) tomados de Belhafaf et al..
9. Reactor de investigación
10. Conclusiones
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
Desviación estándar de distribución Ek
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
Aportes recientes
• Monte Carlo Simulation for fragment mass and kinetic energy distribution from
neutron-induced fission of 235U, M. Montoya, E. Saettone, J. Rojas, Revista
Mexicana de Física 53 (5) 366-370, octubre 2007
• Effects of Neutron Emisión on Fragment Mass and Kinetic Energy Distribution
from Thermal Neutron Induced Fission of 235U, M. Montoya, E. Saettone, J.
Rojas, AIP Conf. Proc., October 26, 2007, Volume 947, pp. 326-329,
VII Latin American Symposium on Nuclear on Nuclear Physics and
Applications.
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
2
Aportes recientes
Esquema de presentación
• Monte Carlo Simulation for fragment mass and kinetic energy distribution from
neutron-induced fission of 233U, M. Montoya, I. Lobato, J. Rojas, a ser
publicado.
1. La fisión del uranio 235
2. Distribución de masas de los fragmentos de fisión
3. Multiplicidad neutrónica
4. Energía cinética de los fragmentos de fisión
• Hemos calculado las configuraciones más compactas en la fisión del
uranio 233 inducida por neutrones térmicos.
5. Energía
liberada en la fisión
6. Obtención del uranio 235
7. Reacción en cadena y principios del reactor nuclear
8. Reactor de potencia
9. Reactor de investigación
10. Conclusiones
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
Energía liberada en la fisión
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
Esquema de presentación
• En cada fisión de un núcleo de uranio 235, la suma de las masas de
los productos de fisión es menor que la masa del uranio 235.
• De acuerdo a la fórmula de Einstein E = mc2, se calcula que la
diferencia de masas es el del orden de 200 MeV de energía, la que se
libera como energía cinética de los fragmentos y de la radiación y
partículas emitidas.
1. La fisión del uranio 235
2. Distribución de masas de los fragmentos de fisión
3. Multiplicidad neutrónica
4. Energía cinética de los fragmentos de fisión
5. Energía liberada en la fisión
6. Obtención
• Eso significa que la energía liberada por un kg de uranio 235 es
equivalente a la liberada por 2 400 toneladas de carbón.
del uranio 235
7. Reacción en cadena y principios del reactor nuclear
8. Reactor de potencia
9. Reactor de investigación
10. Conclusiones
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
Obtención del uranio 235
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Enriquecimiento por centrifugación
El enriquecimiento por
entrifugadoras de gas se basa
en el hecho que en rotación
los elementos pesados se
alejan del centro de rotación,
lo que permite separalos de
los livianos. El 238U se separa
del 235U.
235
El mineral de uranio debe ser procesado para obtener la “pasta
amarilla” un concentrado de óxidos de uranio. El uranio natural
contiene 99.3% de 238 U y 0.7% de 235U
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
Cusco, 17 octubre 2008
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
3
Enriquecimiento por difusión gaseosa
Enriquecimiento por difusión gaseosa
• Se hace pasar un gas de
compuesto de uranio a través
de membranas porosas.
• Se
requiere
membranas.
miles
Atomic vapor laser
isotope
separation
(AVLIS) Determinadas
longitude de onda son
abosrbidas por el uranio
235, ionizándolo, lo que
permite separlo del
uranio 238.
de
• Las
plantas
de
enriquecimiento son grandes.
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
Aplicaciones de fisión nuclear: reacción en
cadena
Esquema de presentación
1. La fisión del uranio 235
2. Distribución de masas de los fragmentos de fisión
3. Multiplicidad neutrónica
4. Energía cinética de los fragmentos de fisión
5. Energía liberada en la fisión
6. Obtención del uranio 235
7. Reacción en
cadena y principios del reactor nuclear
8. Reactor de potencia
9. Reactor de investigación
10. Conclusiones
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
Moderación de neutrones
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Reacción en cadena natural de fisión
Los neutrones emitidos por los
fragmentos de fisión de uranio 235
en una barra de combustible son
moderados en el agua (entre las
barras de combustible) para que
puedan fisionar núcleos de uranio
235 de otras barras de combustible y
mantener la reacción en cadena.
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
Cusco, 17 octubre 2008
En Gabón, Africa,
quedan los residuos
radiactivos de un
reacción de fisión
natural que ocurrió
hace 1 700 millones
de años.
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
4
Reactores de potencia eléctrica
Esquema de presentación
1. La fisión del uranio 235
2. Distribución de masas de los fragmentos de fisión
3. Multiplicidad neutrónica
4. Energía cinética de los fragmentos de fisión
5. Energía liberada en la fisión
6. Obtención del uranio 235
7. Reacción en cadena y principios del reactor nuclear
8. Reactor
de potencia
La energía liberada en la fisión nuclear calienta un fluido para generar energía eléctrica, la
que es transmitida a la red eléctrica. Debido al calentamiento global por quema de
combustible fósil, se ha reactivado el interés por la energía nuclear.
9. Reactor de investigación
10. Conclusiones
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
Tipos de reactores: (PWR)
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Tipos de reactores: (BWR)
Reactores de agua presurizada
(PWR): Un circuito primario de
enfriamiento y un secundario
hacia la turbina. 80 – 100 tn de
uranio enriquecido. Agua 325 C
a 150 atm. El agua es
moderador: si se evapora, el
reactor para.
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
Reactor de agua pesada presurizada
Reactores de agua hirviendo
(BWR): Similar al PWR, pero
con un circuito de
enfriamiento de agua 285ºC y a
75 atm. 12 – 15% de agua
como vapor en la parte
superior del núcleo. 140 tn de
uranio enriquecido.
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
Reactor RBMK
(PHWR o CANDU)
Desarrollado en los años 50s
por Canadá: Combustible de
uranio natural (0,7 U235).
Refrigerado y moderado por
agua pesada a 290ºC y alta
presión. Tiene circuito
primario y circuito secundario.
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
Cusco, 17 octubre 2008
Agua hierve a 290ºC. Uranio
ligeramente enriquecido. Usado
para producir plutonio. Cuando
sube la temperatura del agua y
se convierte en vapor, pero
grafito sigue moderando y
aumenta potencia.
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
5
Reactores de investigación
Esquema de presentación
1. La fisión del uranio 235
2. Distribución de masas de los fragmentos de fisión
3. Multiplicidad neutrónica
4. Energía cinética de los fragmentos de fisión
5. Energía liberada en la fisión
6. Obtención del uranio 235
7. Reacción en cadena y principios del reactor nuclear
8. Reactor de potencia
9. Reactor de investigación
Los haces de neutrones de un reactor de investigación son usados para
estudiar las propiedades de materiales.
10. Conclusiones
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
Conclusiones
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
Instituto Peruano de Energía Nuclear
• Las mayores aplicaciones actuales de la fisión nuclear del uranio son
los reactores nucleares de potencia y los reactores nucleares de
investigación.
• La amenaza de del calentamiento global generada por la quema de
combustibles fósiles ha reimpulsado el interés en los reactores
Contacts:
www.ipen.gob.pe
Telf. 051-488 5050 ext. 235
E-mail: [email protected]
nucleares de potencia y en la investigación de la fisión nuclear.
• En el Perú se investiga aspectos de la dinámica de la fisión nuclear.
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
IPEN : Ciencia y tecnología para la competitividad
Cusco, 17 octubre 2008
6