Haz Enciclopedia.com tu página de inicio y aprende algo nuevo cada díaReactor nuclear
.]]
Un reactor nuclear es un dispositivo en donde se produce una reacción nuclear controlada para la obtención de energía, producción de materiales fisionables como el plutonio para armamento nuclear, propulsión de buques o de satélites artificiales o para investigación.
Una central nuclear puede tener varios reactores. Actualmente solo producen energía de forma comercial los reactores nucleares de fisión aunque exiten reactores nucleares de fusión experimentales. =Reactor Nuclear de Fisión= Un reactor nuclear de fisión consta de las siguientes partes esenciales:
- Combustible.-Isótopo fisionable y/o fertil (puede convertirse en fisionable por activación neutrónica): Uranio-235, Uranio-238, Plutonio-239, Torio-232, o mezclas de estos (combustible típico en la actualidad es el MOX, Mezcla de Óxidos de Uranio y Plutonio).
- Moderador.- Agua, agua pesada, helio, grafito, sodio metálico: Cumplen con la función de frenar la velocidad de los neutrones producidos por la fisión, para que tengan la oportunidad de interactuar con otros átomos fisionables y mantener la reacción.
- Refrigerante.- Agua, agua pesada, anhídrido carbónico, helio, sodio metálico: Conduce el calor generado hasta un intercambiador de calor, o bien directamente a la turbina generadora de electricidad o propulsión.
- Reflector.- Agua, agua pesada, grafito, uranio: Reduce el escape de neutrones y aumenta la eficiencia del reactor.
- Blindaje.- Hormigón, plomo, acero, agua: Evita la fuga de radiación gamma y neutrones rápidos.
- Material de control.- Cadmio o Boro: Hace que la reacción en cadena se pare. Son muy buenos absorbentes de neutrones. Generalmente se usan en forma de barras (de acero borado por ejemplo) o bien disuelto en el refrigerante.
- Elementos de Seguridad.- Todas las centrales nucleares de fisión, constan en la actualidad de múltiples sistemas, activos (responden a señales eléctricas), o pasivos (actúan de forma natural, por gravedad, por ejemplo). La contención de hormigón que rodea a los reactores es la principal de ellas. Evitan que se produzcan accidentes, o que, en caso de producirse, haya una liberación de radiactividad al exterior del reactor.
| Table of contents |
|
2 Consideraciones ecológicas de los reactores nucleares |
LWR - Light Water Reactors (Reactores de Agua Ligera):
Utilizan como Refrigerante y Moderador el agua. Como Combustible uranio enriquecido. Los más utilizados son los BWR (Boiling Water Reactor ó Reactores de Agua en Ebullición) y los PWR (Pressure Water Reactor ó Reactores de Agua a Presión), estos últimos considerados en la actualidad como el estándar. (345 en funcionamiento en el 2001)
CANDU - Canada Deuterium Uranium (Canadá Deurerio Uranio):
Utilizan como Moderador Agua pesada (compuesta por dos átomos de deuterio y uno de oxígeno) y como Refrigerante agua común. Como Combustible utilizan uranio natural. (34 en funcionamiento en el 2001)
FBR - Fast Breeder Reactors (Reactores Rápidos Realimentados):
Utilizan neutrones rápidos en lugar de térmicos para la consecución de la fisión. Como Combustible utiliza plutonio y como Refrigerante sodio líquido. Este reactor no necesita Moderador. (4 en funcionamiento en el 2001)
HTGR - High Temperature Gas-cooled Reactor (Reactor de Alta Temperatura Refrigerado por Gas):
Usa una mezcla de torio y uranio como Combustible. Como Refrigerante utiliza helio y como Moderador grafito. (34 en funcionamiento en el 2001)
RBMK - Reactor Bolshoy Moshchnosty Kanalny (Reactor de Canales de Alta Potencia):
Su principal función es la producción de plutonio, y como subproducto genera electricidad. Utiliza grafito como Moderador y agua como Refrigerante. Uranio enriquecido como Combustible. Puede recargarse en marcha. Tiene un coeficiente de reactividad positivo. (14 en funcionamiento en el 2001)
ADS - Accelerator Driven System (Sistema Asistido por Acelerador):
Utiliza una masa subcrítica de torio, en la que se produce la fisión solo por la introducción, mediante aceleradores de partículas, de neutrones en el reactor. Se encuentran en fase de experimentación, y una de sus funciones fundamentales será la eliminación de los residuos nucleares producidos en otros reactores de fisión.
Una de las ventajas de los reactores nucleares actuales es que casi no emiten contaminantes al aire (periódicamente purgan pequeñas cantidades de gases radiactivos), y los residuos producidos son muchísimo menores en volumen que los residuos generados por las plantas alimentadas por combustibles fósiles.
Sin embargo, los reactores nucleares generan deshechos en forma de productos radiactivos. Dichos productos deben ser manejados con gran cuidado debido a la prolongada vida media de alguno de los isótopos alojados en los resíduos.
Estos productos contaminantes podrían reducirse considerablemente si no fuera porque muchas centrales también sirven para crear material adicional de fisión para la creación de armamento nuclear. Dicho interés en la creación de dichas sustancias impone un diseño específico del reactor en detrimento de la ecología del mismo.
Desde que el uranio enriquecido normal no está lo suficientemente concentrado como para construir una bomba, se diseñan los reactores en ciclos de alto enriquecimiento o bien se usan diseños como reactores tipo CANDU usados para generar plutonio, material mucho más eficiente para la fabricación de bombas.
Así, lo que podría ser una fuente más limpia de energía se convierte en una fabrica de deshechos de alta actividad para la obtención de material de uso militar.
Los países no están dispuestos a renunciar a dichos productos, así los reactores de la India y Paquistán usan reactores tipo CANDU para proveerse de materiales para sus propios misiles atómicos.
Algunos expertos mantienen que la energía nuclear podría ser una energía limpia y que los costes totales de construcción, explotación, seguridad, tratamiento de los residuos y desmantelamiento serían con mucho inferiores a los costes de cualquier planta de energía fósil, incluyendo los costes medioambientales.
Los detractores de la energía nuclear hacen hincapié en el peligro de los resíduos. Una planta nuclear moderna diseñada para minimizar los productos de deshecho no tendría deshechos radiactivos con una duración superior a los 100 años, que podrían perfectamente almacenarse en tanques de agua hasta que su radiactividad cayera a niveles seguros.
Otros expertos apuntan a la generación de subcentrales menos productivas de fision asistida, donde los residuos terminarían rápidamente su vida radiactiva gracias al bombardeo con partículas procedentes de un acelerador. Sería una especie de central de neutralización de residuos radiactivos automantenida. Los conocimientos y tecnologías que permiten la transmutación de estos productos se encuentran en fase de desarrollo, por otra parte el rendimiento de estas centrales sería, en principio meno, dado que parte de la energía generada debería ser usada en la transmutación de los residuos.
En el lado de las centrales térmicas, los problemas de emisión van más allá de la simple emisión de gases de efecto invernadero, ya que, además, se incluyen gases que producen lluvia ácida (dioxido de azufre principalmente), humo, metales pesados, residuos sólidos en forma de cenizas que no pueden reciclarse e incluso material radiactivo natural. Por contra, la problemática de los residuos de los reactores nucleares se limitan a un único problema de residuos sólidos del orden de un millón de veces más reducidos en volumen que los contaminantes de las centrales térmicas.
=Reactor Nuclear de Fusión=
Instalación destinada a la producción de energía mediante la fusión nuclear. A pesar que la investigación en este campo se ha prolongado durante 50 años, no se ha conseguido mantener una reacción de fusion controlada.
La mayor dificultad se halla en soportar la enorme presión y temperatura que requiere una fusión nuclear (que solo es posible encontrar de forma natural en el nucleo de una estrella). Ademas este proceso requiere una enorme inyección de energía inicial (aunque luego se podria automantener ya que la energía desprendida es mucho mayor)
Actualmente existen dos lineas de investigación. El confinamiento inercial y el confinamiento magnético.
El confinamiento inercial consiste en contener la fusión mediante el empuje de particulas o de rayos laser proyectados contra una párticula de combustible, que provocan su ignición instantánea.
El confinamiento magnético consiste en contener el material a fusionar
en un campo magnético mientras se le hace alcanzar la temperatura y presión necesarias. El hidrógeno a estas temperaturas alcanza el estado de plasma
Los primeros modelos magnéticos, americanos, conocidos como Stellarator generaban el campo directamente en un reactor toroidal, con el problema de que el plasma se filtraba entre las lineas del campo.
Los ingenieros rusos mejoraron este modelo dando paso al Tokamak en el que un arrollamiento de bobina primario inducía el campo sobre el plasma, aprovechando que es conductor, y utilizandolo de hecho como un arrollamiento secundario. Ademas la resistencia eléctrica del plasma lo calentaba.
Sin embargo el mayor reactor de este tipo, el JET (toro europeo conjunto) no ha logrado mantener una mezcla a la temperatura (1 millón de grados) y presión necesarias para que se mantuviera la reacción.
Se ha comprometido la creación de un reactor aun mayor, el ITER uniendo el esfuerzo internacional para lograr la fusión. Y aun en el caso de lograrlo seguiría siendo un reactor experimental y habría que construir otro prototipo para probar la generación de energía.
Hay dos isótopos estables del litio el litio-6 y el litio-7 siendo éste último mucho más abundante. Por desgracia, la reacción que absorve neutrones es la que se da con el litio-6, el menos abundante. Todo esto tampoco evita que muchos neutrones acaben impactando con las paredes del propio reactor con la subsiguiente fabricación de átomos radiaoactivos. A pesar de ello una de las propuestas para el ITER es la de recubrir las paredes con litio-6 el cual pararía una buena parte de los neutrones para producir más tritio. Debido a todos estos problemas se están investigando otras reacciones de sección eficaz alta pero más limpias. Una de la más prometedoras es la del deuterio más helio-3.
El problema en ésta reacción reside en la menor sección eficaz con respecto a la de deuterio-tritio y en la propia obtención del helio-3 que es el isótopo más raro de dicho elemento. Los protones no entrañan tanto peligro como los neutrones ya que estos no serán fácilmente captados por los átomos debido a la barrera coulombiana que deben atravesar cosa que con las partículas de carga neutra como los neutrones no ocurre. Además un protón puede ser manipulado mediante campos electromagnéticos. Una solución para obtener helio-3 artificialmente sería la de incorporar, en el propio reactor, la reación deuterio-deuterio.
Tipos de Reactores Nucleares
Existen varios tipos fundamentales de Reactores Nucleares de fisión en la actualidad:Consideraciones ecológicas de los reactores nucleares
La verdadera percepción de peligro en la población aparece con la idea de que un accidente o un ataque terrorista les exponga a radiación. El peligro de un Chernobyl es muy pequeño debido al diseño de las centrales actuales, y los reactores nunca llegarían a un punto crítico. Otros accidentes menores de rotura del aislamiento, aunque crearían alarma, no significarían un escape significativo de radiación al medio ambiente.Posibles combustibles nucleares
La reacción más óptima para producir energía por fusión es la del deuterio y tritio debido a su elevada sección eficaz. Es también, por ello, la más usada en las pruebas experimentales. La reacción es la siguiente:
=Ver también=
- Residuo nuclear
- EPR (European Pressurised Water Reactor)
- Procesos nucleares
- Radioactividad
- Reactores nucleares naturales