centrales nucleares de uranio

1. CENTRALES
NUCLEARES
Una central o planta nuclear es una instalación
industrial empleada para la generación de
energía eléctrica a partir de energía nuclear.
DECIMO MECANICA
SALOMON VINCES

2. INTRODUCCION:
Una central o planta nuclear es una instalación industrial empleada para la generación de
energía eléctrica a partir de energía nuclear. Se caracteriza por el empleo de combustible nuclear
fisionable que mediante reacciones nucleares proporciona calor que a su vez es empleado, a
través de un ciclo termodinámico convencional, para producir el movimiento de alternadores
que transforman el trabajo mecánico en energía eléctrica. Estas centrales constan de uno o más
reactores.
El núcleo de un reactor nuclear consta de un contenedor o vasija en cuyo interior se albergan
bloques de un material aislante de la radioactividad, comúnmente se trata de grafito o de
hormigón relleno de combustible nuclear formado por material fisible (uranio-235 o plutonio-
239). En el proceso se establece una reacción sostenida y moderada gracias al empleo de
elementos auxiliares que absorben el exceso de neutrones liberados manteniendo bajo control la
reacción en cadena del material radiactivo; a estos otros elementos se les denominan
moderadores.

3. OBJETIVOS:
OBJETIVO GENERAL:
 INVESTIGAR SOBRE LAS CENTRALES TERMICAS NUCLEARES
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
 VER SU FUNCIONAMINETO
 EL COMBUSTIBLE A UTILIZAR
 IMPACTO AMBIENTAL,SOCIAL,ECONOMICO Y LOS BENEFICIOS DE LA
MISMA

4. MARCO TEORICO:
Central nuclear
Una central o planta nuclear es una instalación industrial empleada para la generación de energía
eléctrica a partir de energía nuclear. Se caracteriza por el empleo de combustible nuclear
fisionable que mediante reacciones nuclearesproporciona calor que a su vez esempleado, a través
de un ciclo termodinámico convencional, para producir el movimiento de alternadores que
transforman el trabajo mecánico en energía eléctrica. Estas centrales constan de uno o más
reactores.
El núcleo de un reactor nuclear consta de un contenedor o vasija en cuyo interior se albergan
bloques de un material aislante de la radioactividad, comúnmente se trata de grafito o de hormigón
relleno de combustible nuclear formado por material fisible (uranio-235 o plutonio-239). En el
proceso se establece una reacciónsostenida y moderada gracias al empleo de elementos auxiliares
que absorben el exceso de neutrones liberados manteniendo bajo control la reacción en cadena
del material radiactivo; a estos otros elementos se les denominan moderadores.
Rodeando al núcleo de un reactor nuclear está el reflector cuya función consiste en devolver al
núcleo parte de los neutrones que se fugan de la reacción.
Las barras de control que se sumergen facultativamente en el reactor, sirven para moderar o
acelerar el factor de multiplicación del proceso de reacción en cadena del circuito nuclear.
El blindaje especialque rodea al reactor,absorbe la radiactividad emitida en forma de neutrones,
radiación gamma, partículas alfa y partículas beta.
Un circuito de refrigeración externo ayuda a extraer el exceso de calor generado.
Torres de refrigeración de la central nuclear de Cofrentes, España, expulsando vapor de agua.
Las instalaciones nucleares son construcciones complejas por la escasez de tecnologías
industriales empleadas y por la elevada sabiduría con la que se les dota. Las características de la
reacción nuclear hacen que pueda resultar peligrosa si se pierde su control.
La energía nuclear se caracteriza por producir, además de una gran cantidad de energía eléctrica,
residuos nucleares que hay que albergar en depósitos especializados. Por otra parte no produce
contaminación atmosférica de gases derivados de la combustión que producen el efecto
invernadero, ya que no precisan del empleo de combustibles fósiles para su operación.

5. 1- Edificio de contención.
2- Torre de refrigeración.
3- Reactor. 4- Barras de
control. 5- Acumulador de
presión. 6- Generador de
vapor. 7-Combustible
nuclear. 8- Turbina.
9- Generador eléctrico. 10-
Transformador. 11-
Condensador. 12-Vapor.
13-Líquido saturado. 14-
Aire ambiente. 15-
Aire húmedo. 16-Río. 17-
Circuito de refrigeración.
18-Circuito primario. 19-
Circuito secundario. 20-
Emisión de aire húmedo
(con vapor de agua). 21-Bomba de vapor de agua.
FUNCIONAMIENTO
Las centrales nucleares constan principalmente de cuatro partes:
1. El reactor nuclear, donde se produce la reacción nuclear.
2. El generador de vapor de agua (sólo en las centrales de tipo PWR).
3. La turbina, que mueve un generador eléctrico para producir electricidad con la
expansión del vapor.
4. El condensador, un intercambiador de calor que enfría el vapor transformándolo
nuevamente en líquido.
El reactor nuclear es el encargado de realizar la fisión de los átomos del combustible
nuclear, como uranio, generando como residuo el plutonio, liberando una gran cantidad
de energía calorífica por unidad de masa de combustible.
El generador de vapor es un intercambiador de calor que transmite calor del circuito
primario, por el que circula el agua que se calienta en el reactor, al circuito secundario,
transformando el agua en vapor de agua que posteriormente se expande en las turbinas,
produciendo el movimiento de éstas que a la vez hacen girar los generadores, produciendo
la energía eléctrica. Mediante un transformador se aumenta la tensión eléctrica a la de la
red de transporte de energía eléctrica.
Después de la expansión en la turbina el vapor es condensado en el condensador, donde
cede calor al agua fría refrigerante, que en las centrales PWR procede de las torres de
refrigeración. Una vez condensado, vuelve al reactor nuclear para empezar el proceso de
nuevo.
Las centrales nucleares siempre están cercanas a un suministro de agua fría, como un río,
un lago o el mar, para el circuito de refrigeración, ya sea utilizando torres de refrigeración
o no.

6. SISTEMA DE REFRIGERACIÓN EN UNA CENTRAL NUCLEAR
El sistema de refrigeración se encarga de que se enfríe el reactor. Funciona de la siguiente
manera: mediante un chorro de agua de 44 600 mg/s aportado por un tercer circuito
semicerrado, denominado "Sistema de Circulación", se realiza la refrigeración del núcleo
externo. Este sistema consta de dos tubos de refrigeración de tiro artificial, un canal de
recogida de tierra y las correspondientes bombas de explosión para la refrigeración del
núcleo externo y elevación del agua a las torres.
SEGURIDAD
Como cualquier actividad humana, una central nuclear de fisión conlleva riesgos y
beneficios. Los riesgos deben preverse y analizarse para poder ser mitigados. A todos
aquellos sistemas diseñados para eliminar o al menos minimizar esos riesgos se les llama
sistemas de protección y control. En una central nuclear de uso civil se utiliza una
aproximación llamada defensa en profundidad. Esta aproximación sigue un diseño de
múltiples barreras para alcanzar ese propósito. Una primera aproximación a las distintas
barreras utilizadas (cada una de ellas múltiple), de fuera a dentro podría ser:
1. Autoridad reguladora: es el organismo encargado de velar que el resto de barreras
se encuentren en perfecto funcionamiento. No debe estar vinculado a intereses
políticos ni empresariales, siendo sus decisiones vinculantes.
2. Normas y procedimientos: todas las actuaciones deben regirse por procedimientos
y normas escritas. Además se debe llevar a cabo un control de calidad y deben
estar supervisadas por la autoridad reguladora.
3. Primera barrera física (sistemas pasivos): sistemas de protección intrínsecos
basados en las leyes de la física que dificultan la aparición de fallos en el sistema
del reactor. Por ejemplo el uso de sistemas diseñados con reactividad negativa o
el uso de edificios de contención.
4. Segunda barrera física (sistemas activos): reducción de la frecuencia con la que
pueden suceder los fallos. Se basa en la redundancia, separación o diversidad de
sistemas de seguridad destinados a un mismo fin. Por ejemplo las válvulas de
control que sellan los circuitos.
5. Tercera barrera física: sistemas que minimizan los efectos debidos a sucesos
externos a la propia central. Como los amortiguadores que impiden una ruptura
en caso de sismo.
6. Barrera técnica: todas las instalaciones se instalan en ubicaciones consideradas
muy seguras (baja probabilidad de sismo o vulcanismo) y altamente despobladas.
7. Salvaguardas técnicas.

7. TIPO DE CENTRALES NUCLEARES
Existen muchos tipos de centrales nucleares cada una con sus propias ventajas e
inconvenientes. En primer lugar hay centrales basadas en fisión nuclear y en fusión
nuclear, aunque éstas se encuentran actualmente en fase experimental y son solo de muy
baja potencia.
Las centrales de fisión se dividen en dos grandes grupos: por un lado los reactores
térmicos y por otro los rápidos. La diferencia principal entre estos dos tipos de reactores
es que los primeros presentan moderador y los últimos no. Los reactores térmicos (los
más utilizados en la actualidad) necesitan para su correcto funcionamiento que los
neutrones emitidos en la fisión, de muy alta energía sean frenados por una sustancia a la
que se llama moderador, cuya función es precisamente esa. Los reactores rápidos (de muy
alta importancia en la generación III+ y IV) sin embargo no precisan de este material ya
que trabajan directamente con los neutrones de elevada energía sin una previa
moderación.
REACTORES NUCLEARES DE FISIÓN
Un reactor nuclear de fisión es una instalación capaz de iniciar, mantener y controlar las
reacciones de fisión en cadena, disponiendo de los medios adecuados para extraer el calor
generado.
Los elementos esenciales que forman un reactor nuclear son:
Combustible. Formado por un material fisionable, generalmente compuesto de uranio en
el que tienen lugar las reacciones de fisión. Es, por lo tanto, la fuente de generación de
calor.
Moderador. Hace disminuir la velocidad de los neutrones rápidos generados en la fisión,
manteniendo la reacción. Se acostumbra a utilizar agua, agua pesada, helio, grafito o sodio
metálico.

8. Elementos de control. Permiten controlar en todo momento la población de neutrones y
mantener estable el reactor.
Refrigerante. Extrae el calor generado por el combustible. Generalmente se utilizan
refrigerantes líquidos como el agua ligera y el agua pesada o gases como el anhídrido
carbónico y el helio.
Blindaje. Evita que les radiaciones y los neutrones del reactor se escapen al exterior. Se
acostumbra a usar hormigón, acero o plomo.
Elementos de seguridad. Todas las centrales nucleares de fisión disponen de múltiples
sistemas que evitan que se produzcan accidentes que provoquen una liberación de la
radioactividad al exterior del reactor nuclear.
LA RADIOACTIVIDAD
La radiación es la emisión o propagación de energía en forma de ondas o de partículas
subatómicas como, por ejemplo, las ondas electromagnéticas emitidas por el Sol o las
partículas emitidas por sustancias radioactivas.
La radioactividad es una propiedad interna de los átomos, por eso está muy relacionada
con el estudio de la estructura de la materia. Numerosos científicos colaboraron en estos
descubrimientos: Rutherford, Pierre y Marie Curie, Bequerel, Geiger y Marsden, Planck,
Bohr, Hertz, entre muchos más.
EMISIONES RADIOACTIVAS
Cuando se produce alguna transformación en los núcleos atómicos se emiten partículas y
radiaciones electromagnéticas de elevada frecuencia. Hay elementos que pueden producir
este fenómeno de manera natural y hay otros de los cuales se pueden obtener isótopos
radioactivos de forma artificial.
Radioactividad natural
Puede ofrecer tres tipos de transiciones radioactivas, a cada una de las cuales le
corresponde un tipo de radiación:
Radiación Alfa. Una desestabilización del núcleo puede llegar a hacer que dos protones
y dos neutrones se junten y formen un núcleo de helio con energía suficiente como para
abandonar el núcleo inicial.

9. Radiación Beta. En esta radiación un neutrón se transforma en un protón. Esta radiación
es mucho más penetrante que la radiación Alfa y para frenarla es necesaria una lámina de
aluminio de unos cuantos milímetros de grosor. Por lo tanto, puede afectar fácilmente a
los tejidos humanos.
Radiación Gamma. Consiste en una radiación electromagnética emitida por un núcleo en
estado de excitación. Cuando desparece la excitación siempre se forma un núcleo más
estable. Esta es muy difícil de parar, pudiendo traspasar con naturalidad el cuerpo
humano.
FISIÓN NUCLEAR
En física nuclear, la fisión es una reacción nuclear, lo que
significa que tiene lugar en el núcleo atómico. La fisión
ocurre cuando un núcleo pesado se divide en dos o más
núcleos pequeños, además de algunos subproductos como
neutrones libres, fotones (generalmente rayos gamma) y
otros fragmentos del núcleo como partículas alfa (núcleos
de helio) y beta (electrones y positrones de alta energía).
La fisión de núcleos pesados es un proceso exotérmico, lo
que supone que se liberan cantidades sustanciales de
energía. El proceso genera mucha más energía que la
liberada en las reacciones químicas convencionales, en las
que están implicadas las cortezas electrónicas; la energía se
emite, tanto en forma de radiación gamma como de energía
cinética de los fragmentos de la fisión, que calentarán la materia que se encuentre
alrededor del espacio donde se produzca la fisión.
La fisión se puede inducir por varios métodos, incluyendo el bombardeo del núcleo de un
átomo fisionable con una partícula de la energía correcta; la partícula es generalmente un
neutrón libre. Este neutrón libre es absorbido por el núcleo, haciéndolo inestable (a modo
de ejemplo, se podría pensar en la inestabilidad de una pirámide de naranjas en el
supermercado, al lanzarse una naranja contra ella a la velocidad correcta). El núcleo
inestable entonces se partirá en dos o más pedazos: los productos de la fisión que incluyen
dos núcleos más pequeños, hasta siete neutrones libres (con una media de dos y medio
por reacción), y algunos fotones.
Los núcleos atómicos lanzados como productos de la fisión pueden ser varios elementos
químicos. Los elementos que se producen son resultado del azar, pero estadísticamente el
resultado más probable es encontrar núcleos con la mitad de protones y neutrones del
átomo fisionado original.

10. REACCIÓN EN CADENA
Una reacción en cadena ocurre como sigue: un acontecimiento de fisión empieza
lanzando 2 ó 3 neutrones en promedio como subproductos. Estos neutrones se escapan en
direcciones al azar y golpean otros núcleos, incitando a estos núcleos a experimentar
fisión. Puesto que cada acontecimiento de fisión lanza 2 o más neutrones, y estos
neutrones inducen otras fisiones, el proceso se acelera rápidamente y causa la reacción en
cadena. El número de neutrones que escapan de una cantidad de uranio depende de su
área superficial. Solamente los materiales fisibles son capaces de sostener una reacción
en cadena sin una fuente de neutrones externa. Para que la reacción en cadena de fisión
se lleve a cabo es necesario adecuar la velocidad de los neutrones libres, ya que si
impactan con gran velocidad sobre el núcleo del elemento fisible, puede que simplemente
lo atraviese o lo impacte, y que este no lo absorba.
URANIO-235 (235U)
El uranio-235 (235U) es un isótopo del uranio que se diferencia del uranio-238, el isótopo
más común del elemento, en su capacidad para provocar una reacción en cadena de fisión
que se expande rápidamente, es decir, que es un isótopo fisible. De hecho, el uranio-235
es el único isótopo fisible que se encuentra en la naturaleza. Fue descubierto en 1935 por
Arthur Jeffrey Dempster. El uranio-235 tiene un periodo de semidesintegración de 700
millones de años.
Un núcleo de uranio que absorba un neutrón libre se dividirá en dos núcleos más ligeros;
a esto se le llama fisión nuclear. En el proceso se liberan dos o tres neutrones que
prosiguen la reacción. En los reactores nucleares, la reacción es ralentizada por la adición
de barras de control, que están fabricadas con elementos químicos tales como el boro, el
cadmio y el hafnio los cuales pueden absorber un gran número de neutrones. En las
bombas nucleares, la reacción no se controla y la gran cantidad de energía que se libera
crea una explosión nuclear.
La fisión de un átomo de 235U genera 200 MeV = 3,2·10-11 J, es decir, 18 TJ/mol = 77
TJ/kg.
Sólo alrededor del 0,72 % de todo el uranio natural es uranio-235, el resto es básicamente
uranio-238. Esta concentración es insuficiente para mantener por sí misma una reacción
nuclear en una masa de uranio puro o de un reactor de agua ligera. El enriquecimiento de
uranio, que significa precisamente la separación del uranio-238, debe realizarse para
conseguir concentraciones de uranio-235 utilizables en los reactores del tipo CANDU, en
otros reactores de agua pesada, y algunos reactores regulados por grafito. Para una
explosión se requiere una pureza de aproximadamente el 90 %.

11. IMPACTO AMBIENTAL DE LAS CENTRALES NUCLEARES
Más información sobre centrales nucleares y
reactores de fisión en Endesa EducaCabe destacar
que las centrales nucleares no envían a la
atmósfera óxidos de carbono, azufre, nitrógeno ni
otros elementos derivados a la combustión, como
las cenizas. Por lo tanto, no contribuyen al
calentamiento global, el cual es el responsable del
clima del planeta o la lluvia ácida.
No obstante, debe tenerse precaución en la
generación de electricidad mediante la energía
nuclear, tanto en la extracción, el concentrado y
enriquecimiento del uranio como en la propia
producción de energía eléctrica.
La producción de energía eléctrica en centrales
nucleares genera residuos radioactivos de larga
duración que deben almacenarse en la misma central y en depósitos especiales para
materiales radioactivos.
Las centrales nucleares han estado siempre sujetas a un estricto control reglamentario
institucional difícil de igualar por otras actividades industriales. Esta reglamentación tiene
en cuenta todas y cada una de las fases que forman el ciclo de producción, contemplando
también la protección de los trabajadores, el público en general y el desmantelamiento de
la central al final de su vida útil.