Energía Nuclear

Profesor: Cabrera, PabloIntegrantes:

• Lucero, Nicolás• Ricotti, Fabián• Tarcaya, Nicolás• Villafañe, Juan

El consumo desmedido de combustibles fósiles por las naciones industrializadas impulsa la amenaza de calentamiento global. Desde

hace años, los geólogos saben que los combustibles fósiles no durarán para siempre.

Tarde o temprano harán falta otras fuentes de energía

La energía atómica no contribuye al calentamiento mundial y hay suficiente uranio para los reactores hasta bien entrado el

siglo XXI

Además las tecnologías de reprocesamiento abren la posibilidad de extender indefinidamente la duración de los

combustibles nucleares

El 2 de diciembre de 1942, el físico italiano Enrico Fermi junto con colaboradores lograron provocar una reacción nuclear en

cadena y mantenerla bajo control. Así se iniciaba la era atómica.

El nacimiento de la era atómica

La humanidad tuvo entonces la posibilidad de manipular, en su propio provecho, una energía de

tremendo poder

Dio buenos frutos como ciertas aplicaciones y avances en la medicina

Otros amargos, como las bombas

atómicas

Y otros controvertidos, como

las centrales nucleares

¿En qué se basa una central nuclear?En las centrales nucleares la energía eléctrica se genera al impulsar

turbogeneradores con vapor de agua, el cual se obtiene al calentar el agua gracias a la FISIÓN NUCLEAR, que es la fragmentación del núcleo de

un átomo pesado, generando dos átomos de elementos diferentes (de menor cantidad de protones) y liberando neutrones junto a una enorme

cantidad de energía

La fisión nuclear se logra cuando un NEUTRÓN impacta a una velocidad exacta un átomo pesado

Como la reacción de fisión libera neutrones, se puede provocar

una REACCIÓN EN CADENA si los éstos impactan contra más

átomos

Si la reacción en cadena no se controla, ésta se

amplifica violentamente y genera una explosión en una fracción de segundo

Pero los reactores nucleares están diseñados para sostener una reacción en cadena continua sin dejar que se convierta en una

explosión nuclear. Entonces, ¿cómo funcionan las plantas nucleares?

Se utiliza el URANIO235, uno de los isótopos del Uranio. Sus otros isótopos son el Uranio238 y el Uranio 234 pero estos no son inestables como el primero y no son fisionables

En la naturaleza no suceden reacciones en cadena ya que los átomos de 235U están demasiado dispersos. Además, el 99.27% del uranio que se encuentra es 238U y sólo el 0.72% es 235U

El Combustible

Para obtener el “combustible nuclear” el mineral de uranio se extrae, purifica y ENRIQUECE

El enriquecimiento consiste en separar el 235U del 238U para lograr una concentración mayor del primer isótopo y ya que

ambos isótopos son químicamente idénticos, el enriquecimiento se basa en la ligera diferencia de las masas

Para controlar la reacción, la composición del uranio es de 3%

de 235U y 97% de 238U. Este enriquecimiento modesto no

permite que la reacción se amplifique y produzca una

explosión.

La reacción ocurre sólo si la masa de uranio enriquecido cumple con

2 condiciones:• Se dispone en la forma

geométrica adecuada• Se rodea de una material

llamado “moderador”

El reactor nuclear

El MODERADOR desacelera los neutrones para que viajen a la velocidad conveniente para disparar la reacción.

Al desacelerar los neutrones, el moderador se calienta y sirve como medio de intercambio de calor (refrigerante).

El moderador puede ser agua ordinaria (H2O), agua pesada (posee Deuterio, un isótopo del hidrógeno 2H2O) o grafito.

Para que adquiera la forma geométrica necesaria para la fisión , el uranio enriquecido se cargada en

largos tubos metálicos llamados ELEMENTOS COMBUSTIBLES o

VARILLAS DE COMBUSTIBLE

Se disponen juntas muchas varillas en el núcleo del reactor, dentro de un

recipiente de reacción que también contiene al

moderador

La reacción es controlada por varillas de control, que poseen material que absorben los neutrones

(generalmente cadmio o boro), y están insertadas entre los elementos combustibles. Estas varillas se retiran y se

colocan para iniciar, retardar o detener la reacción. Si se retiran y comienza la reacción, las varillas de

combustible y el moderador se vuelven muy calientes

Actúan como mecanismo de seguridad, de manera que, cuando existe alguna falla de funcionamiento, se

introducen en el “corazón” del núcleo para detener la reacción

Lo que difiere las plantas nucleares de las plantas

generadoras de electricidad convencionales

es la forma para poner el agua en ebullición y así

producir vapor que impulse turbogeneradores

convencionales y generar electricidad.

La fisión de alrededor de medio kilogramo de uranio equivale a 50 toneladas de

carbón

La planta de energía nuclear

En las centrales nucleares, el agua moderadora refrigerante pasa por el reactor y se calienta a más de 315°C pero no hierve por estar sometido a una presión muy alta (2100 psi, equivalentes a 147,68 Kg/cm2). El agua calentada circula por un dispositivo de intercambio térmico y pone en ebullición agua despresurizada

Este diseño de doble circuito para calentar el agua aísla los materiales peligrosos del reactor del resto de la planta.

Pero si el tanque de reacción se rompiera, la falta repentina de agua alrededor del reactor (llamada

“accidente por pérdida de refrigerante”) calentaría en exceso el núcleo y como no habría moderador se

detendría la fisión, pero el 7% del calor proviene de la desintegración radioactiva de los productos de la fisión así

que el reactor seguiría calentándose.

El decaimiento incontrolado fundiría el núcleo y los materiales fundidos al caer en el agua restante originarían

una explosión de vapor

Claros ejemplos fueron Chernóbil y

Fukushima

Para prevenirlo hay sistemas refrigerantes de

respaldo que mantendrían el reactor inmerso en agua

si sucedieran escurrimientos, y el conjunto total está albergado en una

construcción de gruesas paredes de concreto