SOCIALES: FUENTES DE ENERGÍA TRADICIONALES (ENERGÍA NUCLEAR)

La energía es la capacidad que poseen los cuerpos para producir Trabajo, es decir, la cantidad de energía que contienen los cuerpos se mide con el trabajo que son capaces de realizar.

La energía nuclear es aquella que se libera como resultado de una reacción nuclear. Se puede obtener por el proceso de Fisión Nuclear (división de núcleos atómicos pesados) o bien por Fusión Nuclear (unión de núcleos atómicos muy livianos). En las reacciones nucleares se libera una gran cantidad de energía debido a que parte de la masa de las partículas involucradas en el proceso, se transforma directamente en energía. Lo anterior se puede explicar basándose en la relación Masa-Energía producto de la genialidad del gran físico Albert Einstein.

Con relación a la liberación de energía, una reacción nuclear es un millar de veces más energética que una reacción química, por ejemplo la generada por la combustión del combustible fósil del metano.

Fisión Nuclear

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.

Fusión Nuclear

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.

El confinamiento de las partículas se logra utilizando un "Confinamiento Magnético", o bien un "Confinamiento Inercial". El Confinamiento Magnético aprovecha el hecho que el plasma está compuesto por partículas (núcleos) con carga eléctrica. Se sabe que si una de estas partículas interactúa con un Campo Magnético su trayectoria y velocidad cambian, quedando atrapadas por dicho Campo. El Confinamiento Inercial permite comprimir el plasma hasta obtener densidades de 200 a 1000 veces mayor que la de sólidos y líquidos. Cuando se logra la compresión deseada se eleva la temperatura del elemento, lo que facilita aún más el proceso de la fusión.

La fusión nuclear se puede representar por el siguiente esquema y relación de equilibrio:

2H + 2H 3He + 1n+ 3,2 MeV

REACTORES NUCLEARES

Un reactor nuclear es una instalación física donde se produce, mantiene y controla una reacción nuclear en cadena. Por lo tanto, en un reactor nuclear se utiliza un combustible adecuado que permita asegurar la normal producción de energía generada por las sucesivas fisiones. Algunos reactores pueden disipar el calor obtenido de las fisiones, otros sin embargo utilizan el calor para producir energía eléctrica.

El primer reactor construido en el mundo fue utilizado en 1942, en dependencias de la Universidad de Chicago (USA), bajo la atenta dirección del famoso investigador Enrico Fermi. De ahí el nombre de "Pila de Fermi", como posteriormente se denominó a este reactor. Su estructura y composición eran básicas si se le compara con los reactores actuales existentes en el mundo, basando su confinamiento y seguridad en sólidas paredes de ladrillos de grafito.

Elementos De Un Reactor Nuclear

1. Núcleo
2. Barras de control
3. Generador de vapor
4. Presionador
5. Vasija
6. Turbina
7. Alternador
8. Condensador
9. Agua de refrigeración
10. Agua de refrigeración
11. Contención de hormigón

Tipos De Reactores Nucleares

Existen dos tipos de reactores:

· Los Reactores de Investigación.

Utilizan los neutrones generados en la fisión para producir radioisótopos o bien para realizar diversos estudios en materiales.

· Los Reactores de Potencia.

Estos reactores utilizan el calor generado en la fisión para producir energía eléctrica, desalinización de agua de mar, calefacción, o bien para sistemas de propulsión.

Hay dos tipos de reactores de potencia de mayor uso en el mundo: el Reactor de Agua en Ebullición y el Reactor de Agua a Presión:

Reactor de Agua en Ebullición

Ha sido desarrollado principalmente en Estados Unidos, Suecia y Alemania. Utiliza agua natural purificada como moderador y refrigerante. Como combustible dispone de Uranio-238 enriquecido con Uranio-235, el cual como se sabe, facilita la generación de fisiones nucleares.

El calor generado por la reacciones en cadena se utiliza para hacer hervir el agua. El vapor producido se introduce en una turbina que acciona un generador eléctrico. El vapor que sale de la turbina pasa por un condensador, donde es transformado nuevamente en agua líquida. Posteriormente vuelve al reactor al ser impulsada por una bomba adecuada.

1. Núcleo del reactor
2. Barras de control
3. Cambiador de calor (generador de vapor)
4. Presionador
5. Vasija.
6. Turbina.
7. Alternador.
8. Bomba.
9. Condensador.
10. Agua de refrigeración.
11. Transformador.
12. Recinto de contención de hormigón armado.
13. Contención primaria de acero.

Reactor de Agua a Presión

Es ampliamente utilizado en Estados Unidos, Alemania, Francia y Japón. El refrigerante es agua a gran presión. El moderador puede ser agua o bien grafito. Su combustible también es Uranio-238 enriquecido con Uranio-235. El reactor se basa en el principio de que el agua sometida a grandes presiones puede evaporarse sin llegar al punto de ebullición, es decir a temperaturas mayores de 100 °C. El vapor se produce a unos 60 °C, el cual pasa a un intercambiador de calor donde es enfriado y condensado para volver en forma líquida al reactor. En el intercambio hay traspaso de calor a un circuito secundario de agua. El agua del circuito secundario, producto del calor, produce vapor, que se introduce en una turbina que acciona un generador eléctrico.

1. Núcleo del reactor.
2. Barras de control
3. Cambiador de calor (generador de vapor).
4. Presionador
5. Vasija
6. Turbina.
7. Alternador.
8. Bomba
9. Condensador
10. Agua de refrigeración.
11. Transformador.
12. Recinto de contención de hormigón armado.

Existen otros criterios para clasificar diversos tipos de reactores:

· Según la velocidad de los neutrones que emergen de las reacciones de fisión. Se habla de reactores rápidos o bien reactores térmicos.

· Según el combustible utilizado. Hay reactores de Uranio natural (la proporción de Uranio utilizado en el combustible es muy cercana a la que posee en la naturaleza), y de Uranio enriquecido (se aumenta la proporción de Uranio en el combustible).

· Según el moderador utilizado. Se puede utilizar como moderador el agua ligera, el agua pesada o el grafito.

· Según el refrigerante utilizado. Se utiliza como refrigerante el agua (ligera o pesada), un gas (anhídrido carbónico, aire), vapor de agua, sales u otros líquidos. Estos materiales pueden actuar en cierto tipo de reactores como refrigerante y moderador a la vez.

VENTAJAS E INCOMBENIENTES

Para ver de forma más didáctica este punto del trabajo se ruega abrir en el hipervínculo situado a continuación y pulsa el número 5 que se encuentra en la parte inferior izquierda de la diapositiva al abrirse la página. También si se pulsan los demás números se puede encontrar información más didáctica sobre: el uranio como fuente de energía (1), la fusión nuclear (2), cómo funciona una central nuclear (3) y dispositivos de seguridad en una central nuclear. Se ruega pinchar aquí:

http://www.iesmariazambrano.org/Departamentos/flash-educativos/nuclear.swf

ENERGÍA NUCLEAR EN ESPAÑA

España cuenta con un total de 10 instalaciones nucleares ubicadas dentro de su territorio peninsular, entre las que se encuentran seis centrales - Almaraz I y II, Ascó I y II, Cofrentes, Santa María de Garoña, Trillo I y Vandellós II - que forman un total de ocho grupos nucleares. La central de José Cabrera, más conocida como Zorita, cesó su actividad el 30 de abril de 2006. Por su parte, Vandellós I se encuentra actualmente en proceso de desmantelamiento.

España posee, además, una fábrica de combustible nuclear en Salamanca -Juzbado- y un centro de almacenamiento de residuos radiactivos de baja y media actividad en Córdoba -El Cabril-.

En 2008, las centrales nucleares españolas produjeron el 18,3% de la electricidad de forma segura, fiable y respetuosa con el medio ambiente.