Este documento trata sobre reactores nucleares. Explica la estructura del átomo y la fisión nuclear, el descubrimiento de la fisión, y cómo se libera energía a través de este proceso. También describe los componentes clave de un reactor nuclear, como el combustible, moderador, refrigerante y blindaje, y los cálculos para la producción de energía. Además, resume los usos de la energía nuclear para generar electricidad y en aplicaciones como la propulsión naval, así como sus beneficios para el medio ambiente.

1. REACTORES NUCLEARES
REACTORES NUCLEARES
Instituto Peruano de Energía Nuclear
Mg. Juan AVILA LOPEZ
E­Mail:javila@ipen.gob.pe

2. TEMARIO
• El átomo
• Estructura Nuclear
• La fisión
• El Reactor Nuclear
• Combustible Nuclear
• Usos de los Reactores Nucleares
• Medio ambiente

3. El átomo
Antes de 1900 1904
Atomo de J.J. Thompson
1911
Ernest Rutherord
Demócrito
(460 a.C. 370 a.C.)

4. El átomo

5. El átomo
núcleo

6. Transiciones electrónicas
en el átomo

7. Espectro electromagnético
1 Å = 10­10 m

8. ESTRUCTURA NUCLEAR

9. Tamaño de los Núcleos

10. El Núcleo

11. El Núcleo
Núcleo

12. Elementos del protón y neutrón
Protón Neutrón

13. Modelo atómico actual
Atomo de Helio

14. Desintegración Radiactiva

15. Modelo Estándar

16. Energía de Ligazón de los nucleones

17. LA FISION

18. Por el otoño de 1938 los científicos Alemanes Otto Hahn y
Fritz Strassmam bombardearon uranio con neutrones de un
fuente de radio­Berilio, encontrando elementos mucho más
pequeños que el uranio en el material que realizaban el
experimento. Hahn y Strassman comunicarón a la física
austriaca Lise Meitner en Copenhagen antes de publicar su
descubrimiento. Meitner trabajaba con Niels Bhor y su
sobrino Otto R. Frisch quienes detectaron bario y otros
elementos en los materiales que fue bombardeado con
neutrones, en consecuencia Otto Hahn, Lise Meitner y Fritz
Strassmann fueron los primeros en reconocer que el uranio
al ser bombardeado con neutrones, éste se fraccionaba en
fragmentos, es decir fisionaba.
DESCUBRIMIENTO DE LA FISION

19. La Fisión
U_235

20. La Fisión y Fusión

21. La Fisión

22. La Fisión
Liberación de
Energía: 200 MeV

23. La Fisión
Energía promedio de los
neutrones de fisión : 2 MeV
Moderador (H2O) :
Neutrones de 2 MeV a 0.025 eV

24. Proceso de la Fisión
Núcleo Neutrones
físil Neutrón Produtos emitidos Rayos­gamma
incidente de fisión prontos
g Rayos­gama de decaímento
Anti­neutrinos β- Partículas beta negativas
ν
γ
n
Y
I
n
U 3 1
0
93
39
140
53
1
0
235
92 +
+
+
+
®
+
ν

25. RENDIMIENTO DE LA FISION

26. Productos de Fisión

27. Características importantes de la fisión nuclear
· Valor promedio de la energía total liberada en la fisión de un núcleo de
235U por un neutrón térmico:
· Resultados análogos son para 239Pu y 233U
200 MeV
ENERGIA TOTAL DE LA FISION
11 MeV
Energía de los anti­neutrinos
5 MeV
Energía de los rayos gama de decaimiento
de ls fragmentos de fisión
5 MeV
Energía de los rayos beta
7 MeV
Energía de los rayos­gama prontos
5 MeV
Energía cinética de los neutrons emitidos
167 MeV
Energía cinética de los fragmentos de
fisión

28. Calculos para producción de Energía
Se parte que por cada fisión de un átomo de U235 se produce en promedio 200 MeV
Entonces para producir un Joul se necesita : 1 Joul=3.125 x1010 átomos de U235
Si se consume 3.125x1010 átomos de U235 en un segundo, tiene la energía de
1 Joul/s.
De la definición de Watt. (1 Watt = 1 Joul/s)
Para producir 1 MW (106 watt ) se necesita 3.125x1016 átomos de U235
Para tener el U235 en unidades de masa se considera la relación :
Si 6.023 x 1023 átomos de U235 es 235.48 g. de U235
3.125 x 1016 átomos de U235 cuantos X ? g. de U235 Será ?
Calculado se tiene que 3.125 x 1016 átomos de U235 es 1.22x10­5 g. de U235
200 MeV x 106
MeV
eV
x 1.6x10­19
eV
Joul
= 3.2 x10­11 Joul , energía producida por un átomo de U235

29. Calculos para producción de Energía
Es decir para producir un MW (en un segundo
de tiempo) de potencia se necesita:
1.22x10­5 g. de U235.
Para producir un MW durante todo el día (86400
segundos: Un día) se necesita : 1.05 g. de U235
Considerando que la eficiencia de una central
nuclear en promedio para transformar potencia
térmica en potencia eléctrica es de 45 %
(depende de la tecnología) se tiene que para
generar un MWe/d se necesita: 2.33 g. de U235.

30. NUCLEO DEL RP10
Grafito: Refector
CN:16 placas
CC: 12 placas
FI: Para irradiacion de muestras
• OPERA 4 DIAS POR
SMANA A 10 MW
• PARA CUANTO TIEMPO
TIENE COMBUSTIBLE ?

31. REACTOR
NUCLEAR

32. Un reactor nuclear es un Dispositivo
en donde se produce la FISION
NUCLEAR de modo controlada y
autosostenida.
¿Que es un Reactor Nuclear?

33. Es una instalaci
Es una instalació
ón f
n fí
ísica donde se
sica donde se
produce, mantiene y controla una reacci
produce, mantiene y controla una reacció
ón
n
nuclear en cadena
nuclear en cadena

34. HUARANGAL
VISTA APNORAMICA

35. NUCLEO DEL RP10

36. NUCLEO DEL RPO

37. NUCLEO DE UN REACTOR EN FUNCIONAMIENTO

38. • Combustible: Isótopo físil Uranio­235, Plutonio­239, Uranio­233.
• Moderador: Agua ligera, Agua Pesada, 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 los átomos físiles.
• Refrigerante: Agua,agua pesada,anhidrido carbónico, helio, Sodio metálico:
Conduce el calor generado hasta un intercambaidor de calor.
• Reflector: Agua, agua pesada, grafito: Reduce el escape de neutrones y
aumenta la eficiencia del reactor.
• Blindaje: Hormigón, Plomo, acero, agua: Evita la fuga de la radiación y
neutrones rápidos.
• Material de control: Cadmio, Boro, Indio, Plata: Hace que la reacción en
cadena se pueda controlar. Son muy buenos absorbentes de neutrones.
• Materiales estructurales: Hormigón, estructura para contener el núcleo del
reactor. Acero, para la estructura de los combustibles, Aluminio estructura
de conbustible de reactores de investigación.
Componentes principales de un Reactor nuclear

39. NUCLEO DEL REACTOR

40. 0 .0
0 .2
0 .4
0 .6
0 .8
1 .0
1 .2
1 .4
1 .6
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
2
4
6
8
1 0
Fl
ujo
ne
ut
ro
nic
o
(x
10
14
n/
cm
2
*
se
g)
P
o
s
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o
n
e
n
X
P o s ic io n e n Y
M a p a d e F lu jo T e rm ic o ­ c o n f. 2 6 a l 3 0 d e J u n io 2 0 0 5
p o t: 1 0 M w t: 0 d ia s
0 .0
0 .2
0 .4
0 .6
0 .8
1 .0
1 .2
1 .4

41. FACILIDADES DE IRRADIACIÓN RP10

42. Tipos de reactores nucleares de fisión
LWR: Light Water Reactors (Reactores de Agua Ligera): Utilizan como Refrigerante y
Moderador el agua. Como Combustible uranio enriquecido.
PWR: Pressure Water Reactor ( Reactores de Agua a Presión).
BWR: Boiling Water Reactor (Reactores de Agua en Ebullición)
CANDU: Canada Deuterium Uranium (Canadá Deuterio Uranio): Utilizan como Moderador y
Refrigerante Agua pesada (compuesta por dos átomos de deuterio y uno de oxígeno).
Como Combustible utilizan uranio natural.
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.
AGR: Advanced Gas­cooled Reactor (Reactor Refrigerado por Gas Avanzado): Usa uranio
como combustible. Como Refrigerante utiliza CO2 y como moderador grafito.
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.

43. COMBUSTIBLE NUCLEAR

44. Proceso del Combustible Nuclear
U3O8

45. Pastillas de UO2

46. Elementos Combustibles

47. Nucleos físiles ­ Combustibles
· 235U (0,72 % del uranio natural)
· 239Pu (no existe en la naturaleza) ® captura radiactiva
de un neutrón por el 238U:
· 233U (no existe en la naturaleza) ® captura radiactiva
de un neutrón por el 232Th.
· Los nuclídos 238U y 232Th son denominados fértiles.
Pu
Np
U
)
γ
,
n
(
U 239
d
36
,
2
T
;
239
min
5
,
23
T
;
239
238 2
/
1
2
/
1
¾
¾
¾
¾
¾ ®
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾ ®
¾
=
b
=
b -
-
U
Pa
Th
)
γ
,
n
(
Th 233
d
0
,
27
T
;
233
min
3
,
22
T
;
233
232 2
/
1
2
/
1
¾
¾
¾
¾
¾ ®
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾ ®
¾
=
b
=
b -
-

48. USOS DE LOS
REACTORES NUCLEARES

49. USOS DE LOS REACTORS
¿Para que sirve un Reactor Nuclear?
• Conocer más acerca de la interacción de la
radiación con los materiales.
• Analizar materiales por técnicas no destructivas.
• Producir radioisótopos de uso medicinal e
industrial.
• Investigar fenómenos físicos a nivel del átomo y
sus núcleos
• Aprender sobre el manejo de reactores.
• Educación en los múltiples usos de la energía
nuclear
• Producir electricidad.

50. METODO EXPERIMENTAL DE DIFRACCION
NEUTRONICA EN EL R P10

51. RESULTADOS

52. Aplicación del Reactor Nuclear en la
Navegación
Submarino Britanico de propulsión nuclear

53. USOS DE LOS REACTORS

54. USOS DE LOS REACTORS

55. USOS DE LOS REACTORS

56. USOS DE LOS REACTORS

57. NUCLEOELECTRICIDAD

58. Los primeros focos encendidos
con electricidad producida por
energía nuclear

59. GENERACION DE ELECTRICIDAD CON ENERGIA NUCLEAR

60. ILUNINACION EN EL MUNDO

61. PORCENTAJE ACTUAL DE NUCLEOELECTRICIDAD

63. Fuente: IAEA.
PORCENTAJE DE NUCLEOELECTRICIDAD EN
PAISES CON TECNOLOGIA NUCLEAR

64. NUCLEOELECTRICIDAD
ESTADISTICAS INTERNACIONALES (2007)
POTENCIA NUCLEOELECTRICA INSTALADA (MWe)
449
626
935
1360
1648
1729
1842
1897
2370
2656
2408
3182
3538
5712
7470
9432
9998
12115
12968
12990
19843
21122
43691
63103
97156
36.4
650
632
0 20000 40000 60000 80000 100000 120000
ARM ENIA
HOLA NDA
B RA SIL
ESLOVENIA
RUM ANIA
A RGENTINA
M EXICO
CHECOSLOVA QUIA
HUNGRIA
S. A FRICA
INDIA
LITUANIA
FINLA NDIA
ESLOVA QUIA
SUIZA
B ULGARIA
B ELGICA
ESP A ÑA
SUECIA
CA NA DA
UCRANIA
REINO UNIDO
KOREA
RUSIA
A LEM ANIA
JA P ON
FRA NCIA
USA

65. TORRES DE ENFRIAMIENTO: VAPOR DE AGUA

66. CENTRAL PWR

67. Centrales nucleoelétricas de Brasil

68. FUTURO: CENTRALES DE IV GENERACION
Very­High­Temperature
Reactor (VHTR)
Potencia: 600 MW.
Producción de hidrógeno.

69. CENTRALES DE IV GENERACION
Sodium­Cooled Fast
Reactor (SFR).
Potencia: Rango de 500 a
1500 MWe.

70. Medio Ambiente

71. INVESTIGACION
INVESTIGACION
RESIDENCIAL
RESIDENCIAL
TRANSPORTE
TRANSPORTE
INDUSTRIA
INDUSTRIA
MINERIA
MINERIA
EDUCACION
EDUCACION
ENERGIA

72. NECESIDADES Y CAUSAS DE LOS PROBLEMAS GLOBALES

73. AMBIENTALMENTE EL MUNDO MARCHA HACIA
ENCRUCIJADAS GLOBALES DE ALTO RIESGO
EMISION DE GASES DE EFECTO INVERNADERO
(CO2, CH4, N2O )
CALENTAMIENTO GLOBAL
PRODUCCION DE CONTAMINANTES
GASES (CO, NOx, SO2 , etc.)
SOLIDOS (Partículas, Pb, As, basura, etc.)
LIQUIDOS ( Residuos de fábricas,
Deshechos municipales)
CONTAMINACION DEL AIRE, SUELOS,
RIOS, LAGOS Y MARES

74. Radiación Solar
Reflejada por la
atmósfera (34% )
Absorbido por
la Tierra
Reflejado por la
atmosfera (66% )
Efecto
Invernadero
Calor
irradiado por
la Tierra
Energía entra = Energía sale
BALANCE DE ENERGIA EN LA TIERRA
EFECTO INVERNADERO
Calentamiento Global
Calentamiento Global

75. Nevado de BROGGI (4860 m.s.n.m)
EN EL PERU
Hace 50 años Actualidad
Se tiene estadisticas desde 1960 y en la ultima decada el
volumen total de agua en promedio a disminuido en un 11 %
(SENAMI)
EL PERU EMITEEL 0.03 % DEL TOTAL MUNDIAL DE CO2

76. Fuente de
Emisión Transporte
Atmosférico
Exposición de
Gente y
Ecosistemas
Efectos sobre
La salud y
Medio Ambiente
Evalución y
Valoración
Esquema Simplificado del problema de la contaminación
PROBLEMA DE LA CONTAMINACION
AMBIENTAL
DAÑOS EXTERNOS

77. LA ENERGIA NUCLEAR ES LIMPIA

78. Fertilizer Association of Ireland
LA ENERGIA NUCLEAR
ES LIMPIA
GRACIAS