energia nuclear (word)
TRANSCRIPT
Treball de 3r trimestre _ Gurvir Kaur 1r Batxillerat CMC
Energia Nuclear
Índex
Definició
Reacciones nuclears:
o Fusió
o Fissió
Una central nuclear
o Partes de una central nuclear
o Tipus de centrals nuclears
Funcionament de una central nuclear
Avantatges i desavantatges
Desastres nuclears
o Central nuclear de Chernobyl
o Central nuclear de Fukushima
Curiositats- sobre Espanya
o Energia nuclear en Espanya
o Accidents nuclears en Espanya
Bibliografia
pág. 1
Treball de 3r trimestre _ Gurvir Kaur 1r Batxillerat CMC
Definició :
L'energia nuclear és l'energia en el nucli d'un àtom que s'obté en manipular
l'estructura interna dels àtoms. Es pot obtenir mitjançant la divisió del nucli
(fissió nuclear) o la unió de dos àtoms (fusió nuclear).
Generalment, aquesta energia (que s'obté en forma de calor) s'aprofita per
generar energia elèctrica a les centrals nuclears, encara que existeixen moltes
altres aplicacions de l'energia nuclear.
Reacciones nuclears:
Reacció nuclear és reacció nuclear és un procediment que porta a combinar i
modificar els nuclis dels àtoms i les partícules subatòmiques. A través d'aquesta
classe de processos, els nuclis poden combinar-se o fragmentar-se, absorbint o
alliberant partícules i energia d'acord a cada cas.
En les reaccions nuclears hi ha dos tipus de reaccions la fissió nuclear i la fusió
nuclear.
o Fusió Nuclear :
pág. 2
Treball de 3r trimestre _ Gurvir Kaur 1r Batxillerat CMC
La fusió nuclear és una reacció nuclear en la qual dos nuclis d'àtoms lleugers, en
general l'hidrogen i els seus isòtops (deuteri i triti), s'uneixen per formar un altre
nucli més pesat. Generalment aquesta unió va acompanyada amb l'emissió de
partícules (en el cas de nuclis atòmics de deuteri s'emet un neutró). Aquesta
reacció de fusió nuclear allibera o absorbeix una gran quantitat d'energia en
forma de raigs gamma i també d'energia cinètica de les partícules emeses.
Aquesta gran quantitat d'energia permet a la matèria entrar en estat de plasma.
Les reaccions de fusió nuclear poden emetre o absorbir energia. Si els nuclis que
es van a fusionar tenen menor massa que el ferro s'allibera energia. Per contra, si
els nuclis atòmics que es fusionen són més pesats que el ferro la reacció nuclear
absorbeix energia.
No confondre la fusió nuclear amb la fusió del nucli d'un reactor, que es refereix
a la fusió del nucli del reactor d'una central nuclear a causa del sobreescalfament
produït per la deficient refrigeració. Durant l'accident nuclear de Fukushima, en
els mitjans de comunicació es feia servir aquesta expressió freqüentment.
o Fissió Nuclear:
És una reacció nuclear, el que significa que té lloc en el nucli atòmic. La fissió és dóna quan un nucli pesat es divideix en dos o més nuclis petits, amés d’alguns subproductes com neutrons lliures, fotons, partícules alfa i beta.
Aquest procés allibera molta energia que s’aprofita a les centrals nuclears per produir energia.
pág. 3
Treball de 3r trimestre _ Gurvir Kaur 1r Batxillerat CMC
El nucli es converteix en diversos fragments amb una massa gairebé igual a la
meitat de la massa original més dos o tres neutrons.
La suma de les masses d'aquests fragments és menor que la massa original.
Aquesta "falta 'de masses (al voltant del 0,1 per cent de la massa original) s'ha
convertit en energia segons l'equació d'Einstein (E = mc^2). En aquesta equació
E correspon a l'energia obtinguda, m a la massa de la qual parlem i c és una
constant, la de la velocitat de la llum: 299.792.458 m / s2.
Una central nuclear:
Una central nuclear és una central termoelèctrica en què la font d´energia
tèrmica s´obté de la fissió dels àtoms d´urani i de plutoni.
Parts d´una central nuclear:
Les principals parts de les centrals nuclears són les mateixes que en una central
tèrmica, amb la diferència que posseeixen un reactor en comptes d'un cremador.
pág. 4
Treball de 3r trimestre _ Gurvir Kaur 1r Batxillerat CMC
a) Reactor: És el component més important de les centrals nuclears on es
produeix la fissió dels àtoms. El reactor permet de produir i controlar
reaccions en cadena.
b) Turbines: Les turbines poden considerar-se com la part mes important
de qualsevol central ja que s´ajuden a moure el generador per produir
l'electricitat.(són les maquines motrius que transformen l´energia cinètica
del vapor d´aigua en energia cinètica en el rodet).
c) Generador: produeix electricitat.
d) Condensador: És l'encarregat de condensar el vapor que ve de la turbina
perquè pugui tornar a ser utilitzat.
e) Torres de refrigeració: mantenen baixa la temperatura del condensador.
o Tipus de centrals nuclears :
La classificació dels tipus de reactor nuclear es pot realitzar de diferent
forma depenent del criteri que s'utilitza. Entre els criteris més habituals es
troben:
o Segons el combustible utilitzat trobem els reactors nuclears d'urani
natural i els reactors nuclears d'urani enriquit. El combustible d'urani
natural conté la mateixa proporció d'urani que es troba en la naturalesa,
mentre que en el combustible d'urani enriquit aquesta proporció
s'augmenta artificialment. Altres reactors utilitzen òxids mixtes d'Urani i
Plutoni.
o Segons la velocitat dels neutrons produïdes en les reaccions nuclears de
fissió: reactors es distingeixen els reactors ràpids i els reactors tèrmics.
o Segons el moderador utilitzat poden ser reactors nuclears d'aigua pesada,
aigua lleugera o de grafit.
o Segons el material usat com a refrigerant: els materials més habituals són
un gas (heli o anhídrid carbònic) o aigua (lleugera o pesada). Algunes
vegades aquests materials, alhora, també actuen com a moderador.
pág. 5
Treball de 3r trimestre _ Gurvir Kaur 1r Batxillerat CMC
També es pot utilitzar vapor d'aigua, sals foses, aire, o metalls líquids
com a refrigerant.
Les diferències entre els diferents tipus de centrals nuclears en operació es
basen en el tipus de reactor nuclear que s'utilitzen per produir energia. La
forma en què es genera energia elèctrica a partir del vapor generat és similar
en totes les centrals nuclears.
1. Reactor d'aigua a pressió (PWR)
El reactor d'aigua a pressió és el reactor nuclear més utilitzat al món. S'ha
desenvolupat principalment als Estats Units, RF Alemanya, França i Japó.
Aquest reactor nuclear utilitza urani enriquit en forma d'òxid com a
combustible. El moderador i el refrigerant utilitzat és l'aigua.
L'energia generada pel nucli del reactor és transportada mitjançant l'aigua de
refrigeració que circula a gran pressió fins a un intercanviador de calor, on es
genera el vapor que accionarà les turbines.
pág. 6
Treball de 3r trimestre _ Gurvir Kaur 1r Batxillerat CMC
2. Reactor d'aigua en ebullició (BWR)
El reactor d'aigua en ebullició, també s'utilitza amb freqüència.
Tecnològicament ha estat desenvolupat principalment, als Estats Units,
Suècia i la RF Alemanya.
En aquest reactor, l'aigua s'utilitza com a refrigerant i moderador. El
combustible és urani enriquit en forma d'òxid.
3. Reactor d'urani natural, gas i grafit (GCR)
Aquest tipus de reactor nuclear utilitza urani natural en forma de metall com
a combustible. El combustible s'introdueix en tubs d'un aliatge de magnesi
anomenat Magnox.
(Magnox és un tipus obsolet de reactor d'energia nuclear que, quan
funcionava amb un curt i antieconòmic cicle de combustible, podia produir
plutoni per a armes nuclears.)
El moderador utilitzat és el grafit i la nevera és gas, anhídrid carbònic.
La tecnologia d'aquest tipus de reactor nuclear, ha estat desenvolupada
principalment a França i Regne Unit.
pág. 7
Treball de 3r trimestre _ Gurvir Kaur 1r Batxillerat CMC
4. Reactor avançat de gas (AGR)
Ha estat desenvolupat al Regne Unit a partir del reactor nuclear d'urani
natural-grafit-gas.
Les principals novetats són que el combustible nuclear, en forma d'òxid
d'urani enriquit, està introduït en tubs d'acer inoxidable i que vas, de formigó
pre-tensat, conté els canviadors de calor en el seu interior.
5. Reactor refrigerat per gas a temperatura elevada (HTGCR)
Aquest reactor nuclear és una nova evolució dels reactors nuclears refrigerats
per gas. Desenvolupat en R.F. Alemanya, Regne Unit i Estats Units.
Les diferències amb l'anterior són principalment tres: se substitueix l'heli pel
anhídrid carbònic com a refrigerant, s'utilitza combustible ceràmic en
comptes de combustible metàl·lic i les temperatures del gas amb el qual
treballa són molt més elevades.
pág. 8
Treball de 3r trimestre _ Gurvir Kaur 1r Batxillerat CMC
6. Reactor d'aigua pesada (HWR)
Aquest tipus de reactor nuclear ha estat desenvolupat principalment al
Canadà.
El combustible utilitzat és l'urani natural, en forma d'òxid, que s'introdueix
en tubs de zirconi aliat. La seva principal característica és l'ús d'aigua pesada
com a moderador i refrigerant.
En el seu disseny més habitual, els tubs del combustible s'introdueixen en un
vas que conté el moderador. El refrigerant es manté a pressió per mantenir el
seu estat líquid. El vapor es produeix en uns canviadors de calor pels que
circula l'aigua lleugera.
7. Reactor reproductor ràpid (FBR)
Hi ha diversos dissenys, sent el rus i el francès els que es troben més
avançats.
La principal característica dels reactors ràpids és que no utilitzen moderador
i que, per tant, la majoria de les fissions es produeixen per neutrons ràpids.
El nucli del reactor consta d'una zona fissionable, envoltada d'una zona fèrtil
en la que l'urani natural es transforma en plutoni. També pot utilitzar-se el
cicle urani 233-tori.
El refrigerant és sodi líquid, el vapor es produeix en intercanviadors de calor.
El seu nom de "reproductor" es deu al fet que a la zona fèrtil es produeix
major quantitat de material físsil que la que consumeix el reactor en el seu
funcionament, és a dir més combustible nou que el que es gasta.
Funcionament de una central nuclear :
pág. 9
Treball de 3r trimestre _ Gurvir Kaur 1r Batxillerat CMC
El funcionament d'una central nuclear és idèntic al d'una central tèrmica que
funcioni amb carbó, petroli o gas excepte en la forma de proporcionar calor a l'aigua
per convertir-la en vapor. En el cas dels reactors nuclears aquesta calor s'obté
mitjançant les reaccions de fissió dels àtoms del combustible nuclear.
A nivell mundial el 90% dels reactors de potència, és a dir, els reactors destinats a la
producció d'energia elèctrica són reactors d'aigua lleugera (en les versions d'aigua a
pressió o d'aigua en ebullició). De manera que explicarem més extensament el
funcionament d'aquest tipus de reactor.
Avantatges i desavantatges:
o Avantatges de l´energia nuclear
a) La generació d'energia elèctrica a través de l´energia nuclear ens permet disminuir la quantitat d'energia generada a partir de combustibles fòssils que venen a ser el carbó i el petroli. La reducció de l'ús dels combustibles fòssils implica la reducció d'emissions de gasos contaminants com el CO2.
b) Actualment es consumeixen més combustibles fòssils dels que es produeixen de manera que en un futur no molt llunyà aquests recursos s'esgotarien o el preu pujaria tant que serien inaccessibles per a la majoria de la població.
c) Un altre avantatge està en la quantitat de combustible necessari; amb poca quantitat de combustible s'obtenen grans quantitats d'energia. Això suposa un estalvi en matèria primera però també en transports, extracció i manipulació del combustible nuclear. El cost del combustible nuclear (generalment urani) suposa el 20% del cost de l'energia generada.
pág. 10
Treball de 3r trimestre _ Gurvir Kaur 1r Batxillerat CMC
Inconvenients de la energia nuclear :
a) Anteriorment hem comentat l'avantatge que suposa la utilització de l'energia nuclear per a la reducció del consum de combustibles fòssils. Es tracta d'un argument molt utilitzat per les organitzacions a favor de l'energia nuclear però és una veritat a mitges. Cal tenir en compte que la gran part del consum de combustibles fòssils prové del transport per carretera, del seu ús en els motors tèrmics (automòbils de gasoil, gasolina ... etc.). L'estalvi en combustibles fòssils en la generació d'energia elèctrica és proporcionalment molt baix.
b) Inconvenients energia nuclear - Accident nuclear Fukusima A Tot i l'alt nivell de sofisticació dels sistemes de seguretat de les centrals nuclears el component humà sempre té certa repercussió. Davant d'un imprevist o en la gestió d'un accident nuclear no es pot garantir que les decisions preses pels responsables siguin sempre les més apropiades. Tenim dos bons exemples a Txernòbil i en Fukushima.
c) L'accident nuclear de Txernòbil és, de moment, el pitjor accident nuclear de la història. Una successió de decisions equivocades pel personal que gestionava la central va acabar causant una forta explosió nuclear.
d) En el cas de l'accident nuclear de Fukushima, un cop produït l'accident, l'actuació del personal encarregat de gestionar-va ser molt qüestionada. Després de l'accident de Txernòbil, l'accident nuclear de Fukushima va ser el segon pitjor de la història.
e) Un desavantatge important és la difícil gestió dels residus nuclears generats. Els residus nuclears triguen moltíssims anys a perdre la seva radioactivitat i perillositat.
pág. 11
Treball de 3r trimestre _ Gurvir Kaur 1r Batxillerat CMC
f) Els reactors nuclears, un cop construïts, tenen data de caducitat. Passada aquesta data han de desmantellar, de manera que en els principals països de producció d'energia nuclear per mantenir constant el nombre de reactors operatius s'haurien de construir aproximadament 80 nous reactors nuclears en els propers deu anys.
g) Precisament perquè les centrals nuclears tenen una vida limitada. La inversió per a la construcció d'una planta nuclear és molt elevada i cal recuperar-la en molt poc temps, de manera que això fa pujar el cost de l'energia elèctrica generada. En altres paraules, l'energia generada és barata comparada amb els costos del combustible, però l'haver de amortitzar la construcció de la planta nuclear l'encareix sensiblement.
h) Les centrals nuclears són objectiu per a les organitzacions terroristes.
i) Genera dependència de l'exterior. Poc països disposen de mines d'urani i no tots els països disposen de tecnologia nuclear, per la qual cosa han de contractar les dues coses a l'estranger.
j) Els reactors nuclears actuals funcionen mitjançant reaccions nuclears per fissió. Aquestes reaccions es produeixen en cadena de manera que si els sistemes de control fallessin cada vegada es produirien més i més reaccions fins a provocar una explosió radioactiva que seria pràcticament impossible de contenir.
k) Probablement el desavantatge més alarmant sigui l'ús que se li pot donar a l'energia nuclear a la indústria militar. El primer ús que se li va donar a l'energia nuclear va ser per construir dues bombes nuclears que es van llançar sobre el Japó durant la Segona Guerra Mundial. Aquesta va ser la primera i última vegada que es va utilitzar l'energia nuclear en un atac militar. Més tard, diversos països van signar el Tractat de No Proliferació Nuclear, però el risc que en el futur es tornin a utilitzar armes nuclears
pág. 12
Treball de 3r trimestre _ Gurvir Kaur 1r Batxillerat CMC
Desastres nuclears:
En la història de l'energia nuclear ha hagut nombrosos incidents. Els considerats més greus tenint en compte l'Escala Internacional d'Esdeveniments Nuclears (INES) han estat el produït a la central de Three Mile Irlanda, a Pennsilvanià (EUA), el 1979 i el de Txernòbil, el 1986, el pitjor accident nuclear de la història fins ara. Tots dos es van produir per errors humans. A Espanya, l'accident més greu ha estat el de la central de Vandellòs I, a Tarragona. Nosaltres ens centrarem al accident nuclear de Txernòbil.
Txernòbil (Ucraïna)
Com va succeir?
L'accident nuclear més greu de la història va succeir el 26 d'abril de 1986, quan l'equip que operava a la central es va proposar realitzar una prova amb la intenció d'augmentar la seguretat del reactor. Durant la prova en la qual se simulava un tall
pág. 13
Treball de 3r trimestre _ Gurvir Kaur 1r Batxillerat CMC
de subministrament elèctric, un augment sobtat de potència al reactor 4 d'aquesta central nuclear va produir el sobreescalfament del nucli del reactor nuclear el que va acabar provocant l'explosió de l'hidrogen acumulat al seu interior.
Van ser llançades a l'atmosfera unes 200 tones de material fissible amb una radioactivitat equivalent a entre 100 i 500 bombes atòmiques com la que va ser llançada sobre Hiroshima.
Quines conseqüències va tenir?
Va causar directament la mort de 31 persones, va forçar al govern de la Unió Soviètica a l'evacuació d'unes 135.000 persones i va provocar una alarma internacional al detectar radioactivitat en diversos països d'Europa septentrional i central. El govern va ocultar la catàstrofe les primeres dues setmanes i va mentir informant d'una manera breu que havia succeït un accident molt controlat i res alarmant a la central. Van ser investigadors Suecs els primers a adonar-se del succés.
Altres dades
Segons els experts ucraïnesos, Txernòbil va causar la mort de més de 100.000 persones a Ucraïna, Rússia i Bielorússia -els països afectats per la catàstrofe-, xifra que organitzacions ecologistes, com Green Peace, eleven fins a 200.000. Tot i que les conclusions dels estudis que s'han fet sobre la tragèdia són objecte de controvèrsia, sí coincideixen que milers de persones afectades per la contaminació han patit o patiran en algun moment de la seva vida efectes en la seva salut. El tancament definitiu de la central es va completar l'any 2000. Encara hi ha una zona d'exclusió al voltant de la instal·lació en la qual la vida humana és impossible.
Fukushima
pág. 14
Treball de 3r trimestre _ Gurvir Kaur 1r Batxillerat CMC
En el cas de Fukushima, el desastre nuclear va ser conseqüència dels desperfectes ocasionats pel tsunami del Japó oriental, l'11 de març del 2011.
Els primers fallades tècniques es van registrar el mateix dia en què es va produir el sisme amb la detenció dels sistemes de refrigeració de dos reactors i de quatre generadors d'emergència.
Com a conseqüència d'aquests incidents van sorgir evidències d'una fusió del nucli parcial en els reactors 1, 2 i 3, explosions d'hidrogen que van destruir el revestiment superior dels edificis que albergaven els reactors 1, 3 i 4 i una explosió que va danyar el tanc de contenció a l'interior del reactor 2.
Els desperfectes es van anar acreixent, ja que hi va haver filtracions de radioactivitat al mar i al sòl i una setmana després de l'accident es van detectar partícules radioactives a Califòrnia i un mes després a Espanya.
Curiositats- sobre Espanya :
Instal·lacions nuclears:
Espanya compta en l'actualitat amb diferents instal·lacions nuclears.
Espanya compta amb un total de 10 instal·lacions nuclears dins del seu territori
continental, entre els quals hi ha sis estacions, que són un total de vuit unitats nuclears:
pág. 15
Treball de 3r trimestre _ Gurvir Kaur 1r Batxillerat CMC
Reactors en operació:
En 2014 els vuit reactors nuclears espanyols actualment en operació s'han produït
57.304,23 GWh, gairebé una cinquena part de l'electricitat total del país, concretament
el 20,48%. La seva producció ha representat el 33,4% de l'electricitat lliure d'emissions
de gasos d'efecte hivernacle generada a Espanya. Igual que l'any anterior, el 2014 la
nuclear ha estat la font que més electricitat ha generat i la que més hores ha funcionat.
Centrals nuclears operatives :
Santa Maria Garoña, reactor BWR, 460 MWe. Funciona des de 1971.
Almaraz I, reactor PWR, 930 MWe. Funciona des de 1981.
Almaraz II, reactor PWR, 930 MWe. Funciona des de 1983.
pág. 16
Treball de 3r trimestre _ Gurvir Kaur 1r Batxillerat CMC
Ascó I, reactor PWR, 930 MWe. Funciona des de 1983.
Ascó II, reactor PWR, 930 MWe. Funciona des de 1985.
Cofrents, reactor BWR, 975 MWe. Funciona des de 1984.
Vandellòs II, reactor PWR, 982 MWe. Funciona des de 1987.
Trillo I, reactor PWR, 1.041 MWe. Funciona des de 1988.
Centrals nuclears a desmantellament:
La central de Vandellòs I va començar funcionar en 1972 i des de 1989 es troba en fase
de latència (període d'esperar de 25 anys fins que es realitzi el desmantellament
complet). La central nuclear de José Cabrera, més coneguda com Zorita, va cessar la
seva activitat el 30 d'abril de 2006 i en l'actualitat està en procés de desmantellament.
Centrals en fase de desmantellament :
José Cabrera o Zorita (1969-2006), reactor PWR. Tenia una potència de 160 MWe.
Tancada el 2006 i en fase de desmuntatge.
El José Cabrera o Zorita va cessar les seves operacions el 30 d'abril de 2006. Així ho va
fer Santa Maria de Garoña el 2012. D'altra banda, Vandellòs I està sent desmantellada.
Vandellòs I (1972-1989), reactor de gas (CGR) del subtipus UNGG (avui desaparegut al
món). Tenia una potència de 500MWe. Tancada el 1990 i en període de latència
(Segona fase del desmantellament) Fins al 2028.
Espanya també posseeix una fàbrica de combustible nuclear a Salamanca (Juzbado) i
una instal·lació d'emmagatzematge de residus radioactius, baixa i mitja activitat a
Còrdova (El Cabril).
pág. 17
Treball de 3r trimestre _ Gurvir Kaur 1r Batxillerat CMC
Eòlica supera l´energia nuclear a espanya en el primer trimestre del
2015:
Les energies renovables van produir el 43,6% de l'electricitat a Espanya fins al març:
l'eòlica el 23,7%, l'energia solar fotovoltaica el 2,5% i la termosolar l'1,2%. Al març
l'eòlica va produir el 22,5%, l'energia solar fotovoltaica el 3,2% i la termosolar el 2%.
La demanda peninsular d'energia elèctrica al mes de març, un cop tinguts en compte els
efectes del calendari i les temperatures, ha baixat un 0,2% respecte al mateix mes de
l'any anterior. La demanda bruta ha estat de 21.145 GWh, un 1,1% superior a la de març
del 2014.
pág. 18
Centrals nuclears en el món
Treball de 3r trimestre _ Gurvir Kaur 1r Batxillerat CMC
Generació del mes de març del 2015:
La producció d'origen eòlic del mes ha arribat als 4.903 GWh, un 2,9% inferior respecte
al mateix període de l'any passat, i ha suposat el 22,5% de la producció total.
Al mes de març, la generació procedent de fonts d'energia renovable ha representat el
47% de la producció.
El 69% de la producció elèctrica d'aquest mes va procedir de tecnologies que no emeten
CO2.
pág. 19
Treball de 3r trimestre _ Gurvir Kaur 1r Batxillerat CMC
Bibliografia :
http://ca.wikipedia.org/wiki/Energia_nuclear
http://energia-nuclear.net/que-es-la-energia-nuclear
http://www.jenijos.com/CENTRALESNUCLEARES/centrales_nucleares.htm
http://elpais.com/diario/1989/10/20/espana/624841226_850215.html
http://internacional.elpais.com/internacional/2011/03/12/actualidad/1299884412_850215.html
http://www.foronuclear.org/es/energia-nuclear/energia-nuclear-en-espana
pág. 20