Energía Nuclear

Nieves Primo Rubín 4º AEnergías Renovables y

Medioambiente

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Índice• 3. Un poco de Historia• 4. ¿Qué es?• 5. Formas de obtención• 6. Elementos característicos de una Central Nuclear• 7. Aprovechamiento• 8. Centrales en España• 9. Problemas• 10. Residuos radiactivos• 11. Eliminación de residuos• 12. Funcionamiento de una Central Nuclear• 13. Partes de una central• 14. Problemas derivados de la Energía Nuclear• 15. Mapa de Centrales Nucleares en el Mundo

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Un poco de historia…• Ya los antiguos griegos sabían algo sobre la

existencia de unas partículas fundamentales, pero hasta finales del s.XIX,. No se descubrieron más cosas sobre el tema.

• En 1897, J. J. Thomson descubrió que los átomos no eran indivisibles como se creía anteriormente, sino que podían ser separados por componentes más pequeños.

• En 1911, Rutherford desarrolló un modelo basado en el sistema solar en el que el núcleo era una estrella (el Sol), y los electrones los planetas.

• En 1913, Bohr enunció una nueva teoría atómica para resolver los fallos de Rutherford.

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¿Qué es?La energía nuclear es un tipo de energía que se libera como consecuencia de las reacciones que se producen en algunos núcleos atómicos. Este tipo de reacciones se denominan reacciones nucleares. Se puede obtener por dos procedimientos:

• Fisión → Es la desintegración de un núcleo pesado en dos más ligeros mediante un bombardeo de partículas.

• Fusión → Se podría denominar como lo contrario de la fisión; es decir, es la unión de dos núcleos ligeros para formar otro más pesado.

En ambos casos se produce una disminución neta de la masa. Ésta se transforma automáticamente en energía. Podemos fijarnos en la ecuación de Einstein:

E = m · c²

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ObtenciónMediante FisiónMediante Fisión

• Es, probablemente, la manera más sencilla de obtención, que se basa en la conocida fórmula de Einstein: E = m · cE = m · c²².

• Es una reacción nuclear que tiene lugar por la rotura de un núcleo pesado al ser bombardeado por neutrones de cierta velocidad. A raíz de esta división el núcleo se separa en dos fragmentos acompañado de una emisión de radiación, liberación de 2 ó 3 nuevos neutrones y de una gran cantidad de energía (200 MeV) que se transforma finalmente en calor.

• Los neutrones que escapan de la fisión, al bajar su energía cinética, se encuentran en condiciones de fisionar otros núcleos pesados, produciendo una Reacción Nuclear en Cadena. Cabe señalar, que los núcleos atómicos utilizados son de Uranio - 235.

• El proceso de la fisión permite el funcionamiento de los Reactores Nucleares que actualmente operan en el mundo.

Mediante FusiónMediante Fusión• La fusión nuclear ocurre cuando dos núcleos

atómicos muy livianos se unen, formando un núcleo atómico más pesado con mayor estabilidad. Estas reacciones liberan energías tan elevadas que en la actualidad se estudian formas adecuadas para mantener la estabilidad y confinamiento de las reacciones.

• La energía necesaria para lograr la unión de los núcleos se puede obtener utilizando energía térmica o bien utilizando aceleradores de partículas. Ambos métodos buscan que la velocidad de las partículas aumente para así vencer las fuerzas de repulsión electrostáticas generadas al momento de la colisión necesaria para la fusión.

• Para obtener núcleos de átomos aislados, es decir, separados de su envoltura de electrones, se utilizan gases sobrecalentados que constituyen el denominado Plasma Físico. Este proceso es propio del Sol y las estrellas, pues se tratan de gigantescas estructuras de mezclas de gases calientes atrapadas por las fuerzas de gravedad estelar.

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Elementos característicos de una central nuclear

• Reactor: lugar en el que se producen las reacciones nucleares. Es una vasija metálica situado en el interior de un edificio de contención provisto con gruesos muros de hormigón.

• Combustible empleado: suele ser uranio natural + uranio enriquecido + mezclas de óxidos de uranio y plutonio.

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Aprovechamiento

• Uno de los principales usos de la energía nuclear es ser utilizados en la medicina; que nos permite detectar, localizar y representar visualmente lo que nuestro cuerpo tiene es su interior.

• Otro aprovechamiento que la gente no sabe, es que las radiaciones también se aplican a las frutas que vienen a nuestro país desde un sitio lejano (como Argentina) para que no traigan parásitos y, así, no crear una epidemia.

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Centrales en España

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Problemas• En una central nuclear que funciona correctamente la liberación de

radiactividad es mínima y perfectamente tolerable ya que entra en los márgenes de radiación natural que habitualmente hay en la biosfera.

• El problema ha surgido cuando han ocurrido accidentes en algunas de las más de 400 centrales nucleares que hay en funcionamiento. Una planta nuclear típica no puede explotar como si fuera una bomba atómica, pero cuando por un accidente se producen grandes temperaturas en el reactor, el metal que envuelve al uranio se funde y se escapan radiaciones. También puede escapar, por accidente, el agua del circuito primario, que está contenida en el reactor y es radiactiva, a la atmósfera. 

• La probabilidad de que ocurran estos accidentes es muy baja, pero cuando suceden sus consecuencias son muy graves, porque la radiactividad produce graves daños. Y, de hecho ha habido accidentes graves. Dos han sido más recientes y conocidos. El de ‘Three Mile Island’ en EEUU, y ‘Chernobyl’, en la antigua URSS.

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Residuos radiactivosCaracterísticas que hacen especiales a los residuos radiactivos:

• Su gran peligrosidad. Cantidades muy pequeñas pueden originar dosis de radiación peligrosas para la salud humana.

• Su duración. Algunos de estos isótopos permanecerán emitiendo radiaciones miles y decenas de miles de años.

Tipos de residuos radiactivos:• Residuos de alta actividad: Son los que emiten altas dosis de radiación.

Están formados, fundamentalmente, por los restos que quedan de las varillas del uranio que se usa como combustible en las centrales nucleares ery otras sustancias que están en el reactor y por residuos de la fabricación de armas atómicas. También algunas sustancias que quedan en el proceso minero de purificación del uranio son incluidas en este grupo.

• Residuos de media o baja actividad: Emiten cantidades pequeñas de radiación. Están formados por herramientas, ropas, piezas de repuesto, lodos, etc. de las centrales nucleares y de la Universidad, hospitales, organismos de investigación, industrias, etc. 

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Eliminación de residuos

• Algunos residuos de baja actividad se eliminan muy diluidos echándolos a la atmósfera o las aguas en concentraciones tan pequeñas que no son dañinas y la ley permite.

• Los residuos de media o baja actividad se introducen en contenedores especiales que se almacenan durante un tiempo en superficie hasta que se llevan a vertederos de seguridad.

• Los residuos de alta actividad son los más difíciles de tratar. El volumen de combustible gastado que queda en las centrales de energía nuclear normales se puede reducir mucho si se vuelve a utilizar en plantas especiales. Esto se hace en algunos casos, pero presenta la dificultad de que hay que transportar una sustancia muy peligrosa desde las centrales normales a las especiales.

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Funcionamiento de una Central Nuclear (PWR)

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Partes de una Central Nuclear

• 1. Reactor Nuclear: Lugar dónde se produce la fisión. PWR (Reactor de Agua a Presión)y BWR (Reactor de Agua en Ebullición) son los más utilizados en España, en el que hay 2 BWR y el resto son de PWR.

• 2. Generador de vapor: (Solo en PWR). Hace de intercambiador de calor entre dos circuitos de refrigeración para que el agua en contacto con la fisión no salga del reactor.

• 3. Turbina: Aprovecha el vapor generado por el reactor para mover un alternador.• 4. Alternador: Convierte el movimiento (energía cinética) en energía eléctrica.• 5. Transformador: Eleva la tensión de la corriente para minimizar las perdidas en el

transporte de electricidad a través del tendido eléctrico.• 6. Red Eléctrica: Distribuye la electricidad producida en la central.• 7. Condensador: Enfría el vapor que sale de la turbina para refrigerar el reactor.• 8. Bomba: Mueve el agua del condensador a lo alto de la torre de refrigeración.• 9. Dispositivo de contención: Evita que la radiación salga al exterior del reactor.• 10. Combustible: Soporte metálicos cargados de material fisible.• 11. Torre de refrigeración: Sistema para enfriar el agua que sale del reactor.

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Problemas derivados de la Energía Nuclear

El principal problema de la energía nuclear son los residuos radiactivos que produce, ya que son altamente tóxicos, y la vida media de los estos puede llegar hasta los millones de años. Ademas su almacenaje se hace costoso y peligroso ya que debe esta en instalaciones especiales ya que la radiación es muy penetrante y necesita estar bien aislada con materiales que resistan.

Las radiaciones alfa y beta fuera del organismo no son peligrosas pero las radiaciones gamma si lo son ya que son altamente ionizantes. La toxicidad de las radiaciones depende de la cantidad absorbida. Esta es medida en Sieverts (Sv). La dosis media a nivel del mar es de 0,00012 mSv/h. Una cantidad de radiación es nociva a partir de 500mSv aunque depende del órgano afectado.

En ciertas dosis el uranio causa daños en el riñón. No esta demostrado que el uranio produzca cáncer, pero este se puede desintegrar en otras sustancias como el radio que si producen cáncer. La radiación suele provocar náuseas, mareos, diarreas, perdida de pelo, y en altas dosis la muerte inmediata ya que destruye los tejidos nerviosos y otros tejidos que provocan hemorragias internas.

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Mapa de Centrales Nucleares en el Mundo

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FinFin