1. UN POCO DE FÍSICA DE LOS TSUNAMIS
Los tsunamis son ondas en el agua, con longitudes de onda (L) de muchos kilómetros, que
se producen, principalmente, como consecuencia de terremotos submarinos. Como todas
las ondas, se deben a una perturbación, que introduce energía, en un sistema inicialmente
en reposo.
En el caso de los tsunamis, la energía que perturba la masa de agua proviene de una
interacción gravitatoria, igual al descenso, normalmente varios centímetros o incluso
decímetros, de toda la masa de agua que hay por encima de la región en la que se ha
producido el terremoto (Fig. 1)
(G Margaritondo, Explaining the physics of tsunamis to undergraduate and non-physics
students, European Journal of Physics 26 (2005) 401-407).
Con la perturbación se produce, generalmente, un paquete de ondas. Pero si todas las
longitudes de onda se mueven con la misma velocidad, el paquete no se dispersa y la onda
viajera puede recorrer enormes distancias, (O Helene, M T Yamashita, Understanding the
tsunami with a simple model, European Journal of Physics 27 (2006) 855-863).
Incidentalmente, para entender en toda su dimensión los datos numéricos relacionados con
los terremotos, hay que decir que la escalar Richter es una escala exponencial, de potencias
de 10, para medir la energía liberada en un terremoto. Es decir, un terremoto de valor 9,0 en
la escala Richter libera 10 veces más energía que un terremoto de 8,0 en la misma escala.
Un terremoto de 9,0 en la escala Richter es casi un 25 % más devastador que un terremoto
de 8,9 en dicha escala. Un terremoto de valor 10,0 en la escala Richter probablemente
acabaría con el planeta.

2. Por el propio origen habitual de los tsunamis, un terremoto, es la gravedad (que vendrá
representada por la constante g=9,8 m/s^2) la que interviene en la explicación de estos
fenómenos, muy diferente del viento, que es el que interviene en la formación de las olas
comunes.
Cuando se produce un terremoto en el mar, con un ligero hundimiento de la plataforma
terrestre, se produce una perturbación en toda la columna de agua por encima del fondo
afectado por el terremoto. Como la dimensión característica de la perturbación es casi
siempre mucho mayor que la profundidad H del mar (el mayor valor de H es de 11 km en la
fosa de las Marianas), la longitud de onda L del fenómeno es muy grande, desde decenas
hasta centenas de kilómetros, con L/H >> 1. Por tanto, a las ondas de los tsunamis se les
puede aplicar la aproximación de ondas en aguas someras.
Para entender lo que sucede con la onda de agua producida por el terremoto cuando llega a
Tierra hay que tener en cuenta: (i) que la velocidad v de la onda es
por lo que va a depender de la profundidad, y, en condiciones ideales, (ii) por la
conservación de la energía. El efecto devastador de la onda al llegar a la orilla no se debe a
la conservación de la masa de agua, pues las moléculas de agua apenas se mueven de sus
posiciones al oscilar (Fig. 2), sino a la conservación de la energía, que termina por
transformar una masa de agua muy grande que se desplaza verticalmente muy poco (unos
centímetros), cuya onda de perturbación tiene una longitud de onda muy grande (decenas
de km) y que avanza horizontalmente muy rápido (a la velocidad de un avion) en una masa

3. de agua, relativamente pequeña, que avanza horizontalmente de forma lenta (al paso de una
persona) pero con una amplitud vertical mucho mayor (algunos metros).
Para una profundidad de H=4000 m, la ecuación anterior indica que la ola producida por el
terremoto se mueve a unos 200 m / s, es decir, unos 700 km / hora,
la velocidad de un avión. Cuando esta onda se aproxime a la costa, con H =10 m, la
velocidad baja a 10 m / s, unos 36 km / hora.
Para una ola con longitud de onda L=100 km ( 100000 m), en un mar de profundidad
H=4000 m, el tiempo necesario para recorrer una longitud de onda es de unos 500 s, sobre
8 minutos. Cuando esta onda se acerca a la costa, su longitud de onda es de unos 5000 m,
pero como su velocidad también disminuye, el tiempo entre crestas es del orden de los
minutos también. Esto implica que el tiempo de separación entre los diferentes frentes es de
minutos. Dependiendo de esto, si el tiempo característico entre eventos en la costa es de
una hora, se puede observar el fenómeno de que primero se retira el agua de la playa
(fenómeno que suele atraer a los curiosos), para luego dar lugar a la llegada de la ola
gigante.
Como ya se ha comentado, la altura que alcanza la onda del tsunami al llegar a la orilla
proviene de la conservación de la energía. Si la energía asociada al agua se ha de mantener
constante, como el cuadrado de la amplitud de la onda (que determina su energía) es
inversamente proporcional al cuadrado de la profundidad, y como la velocidad, que
determina su propagación, es también inversamente proporcional a la profundidad, el flujo
de energía es proporcional a la raíz cuarta de la profundidad H.
Una ola de altura a_o=15 m cerca de la orilla, por ejemplo, para H=2 m, en alta mar, para
H=4000 m tendría una altura menor por un factor
es decir, a_H approx 0,38 m, una altura difícil de notar. Por tanto, la terrible naturaleza del
tsunami sólo ser percibe en el último minuto y, en el caso de los barcos, la mejor estrategia
ante el tsunami es alejarse de la orilla e ir hacia aguas profundas.

4. LAS CENTRALES NUCLEARES
Las centrales nucleares son centrales termoeléctricas, una instalación que
aprovecha una fuente de calor para convertir en vapor de a alta temperatura un
líquido que circula por un conjunto de conductos; dicho vapor acciona un grupo
turbina alternador, produciendo así la energía eléctrica. La diferencia esencial con
entre las centrales termoeléctricas nucleares y las clásicas reside en la fuente de
calor, en las clásicas este se consigue mediante la combustión de fuel - oil, carbón
o gas en una caldera. En las nucleares mediante la fisión de núcleos de uranio.
Los reactores nucleares son máquinas que permiten iniciar, mantener y controlar
una reacción en cadena de fisión nuclear
Aplicación
La principal aplicación es generar energía eléctrica para el uso normal de millones
de personas en todo el mundo en las actividades diarias, generar energía para el
movimiento de submarinos, motores
La energía nuclear tiene diversas aplicaciones entre las cuales encontramos el
desarrollo de tecnología utilizando las radiaciones para acabar con algunas
enfermedades, para acabar con plagas en los cultivos. Claro esta que la parte
benéfica de las radiaciones depende de que tipo se use si es radiación ionizante o
radiación no ionizante.
Funcionamiento
De forma casi universal la electricidad se produce, gracias a un principio
mecánico, haciendo girar el rotor de un alternador. Además de este principio,
también se produce una reducida cantidad de electricidad, gracias a un principio
físico, en las células fotovoltaicas, y está iniciándose el desarrollo de la producción
de electricidad, gracias a un principio químico, en las celdas de combustible.
Para hacer girar el rotor del alternador se pueden utilizar fuerzas mecánicas
naturales como la hidráulica o la eólica, las generadas en un motor o, lo que es
más general, en una caldera en la que se produce vapor a partir de quemar
carbón, fuel-oil, gas, biomasa o un "combustible nuclear".
La obtención del calor a partir de un combustible nuclear se basa en la ruptura del
uranio 235, que puede dividirse bombardeándolo con neutrones. Cuando un
neutrón golpea un núcleo U-235, éste se parte en dos y libera una gran cantidad
de calor, radiación gamma y dos o tres neutrones nuevos.
En un reactor nuclear, se dispone todo de forma que, cuando se rompe un núcleo,
uno de los neutrones liberados golpea otro núcleo de uranio a la velocidad
adecuada y hace que también se rompa, y así sucesivamente. Además, la

5. reacción en cadena se controla para que la producción de calor no supere los
límites fijados.
El combustible de Uranio o Plutonio es introducido en el reactor bajo la forma de
unas barras cilíndricas revestidas con una cubierta metálica. Las barras de
combustible deben ser capaces de resistir las altas temperaturas a las que
funciona un reactor.
Su calor es extraído por el agente de enfriamiento el cual lo transporta fuera del
reactor, donde la cede a otro sistema de generación de vapores que pone en
movimiento las turbinas de los generadores de energía eléctrica. El vapor
descompresionado posteriormente se envía dentro de un condensador donde se
convierte en agua que es nuevamente enviada al generador de vapores. El agua
de enfriamiento del condensador es con regularidad sacada de los cursos de agua
cercanos.
Componentes de una central nuclear
Edificio de contención
Se le conoce como la vasija del rector, es la zona en la que se encuentran las
barras de combustible y las barras de control rodeadas por el moderador, en una
distribución adecuada, de modo que cuando éstas últimas están insertadas la
reacción nuclear se detiene. La reacción se inicia al retirar las barras de control.

6. Los mecanismos de accionamiento de las barras de control están diseñados de tal
modo que éstas se inserten (entran) en determinadas circunstancias, dando lugar
a lo que se llama parada automática o disparo.
El núcleo está refrigerado por el fluido, casi siempre agua, del circuito principal que
actúa además, en la mayoría de los casos, como moderador de los neutrones. El
núcleo se contiene en una vasija de presión de acero que está dentro de un
blindaje biológico (barrera de hormigón). Estas barreras resisten las cargas que
pudieran producir hipotéticos movimientos sísmicos y evitar la salida de la
radioactividad al exterior en caso de accidente. Este suele tener una forma
esférica o cilíndrica rematada por una cúpula semiesférica. Se pueden encontrar
reactores con alturas de 60 m y 40 m de diámetro.
Edificio de manipulación del Combustible
Este sirve tanto para almacenar las nuevas cargas de combustible como para
guardar en piscinas el combustible ya utilizado hasta que sea trasladado a un
centro de reprocesamiento.
En una central nuclear el combustible es, generalmente, óxido de uranio, un
elemento de origen natural que se encuentra con frecuencia en la corteza
terrestre.
En todas las centrales que están en funcionamiento en España, se emplea uranio
235 ligeramente enriquecido, con un grado de enriquecimiento que oscila entre el
3% y el 5%.
Este material se encuentra en forma de pastillas cerámicas cilíndricas que se
introducen en el interior de una vaina o envoltura metálica de unos 4 metros de
longitud, formando las barras de combustible. Dichas barras se agrupan a su vez
en haces cuadrados, llamados elementos combustibles.
Centro de reprocesamiento
En el se extraen los materiales aún aprovechables. este sitio y el edificio de
contención suelen estar conectados para poder trasladar los elementos radiactivos
sin salir de la zona controlada de la central, la cual se encuentra completamente
aislada del resto de las dependencias
Sistema de control y protección del reactor
Para vigilar y controlar el funcionamiento del reactor se dispone de
instrumentación para medir el flujo neutrónico del reactor, la temperatura y presión
del refrigerante y otra serie de parámetros de proceso. Cuando alguno de estos
parámetros se desvía del rango normal de operación, actúan los sistemas de
control para devolver el parámetro a su rango de operación. En caso de que

7. persista la perturbación y se alcancen unos valores prefijados, actúa
automáticamente el sistema de accionamiento de las barras de control que hace
que éstas se inserten, extinguiendo la reacción nuclear y dando lugar a lo que se
llama parada automática o disparo.
Barras de combustible
Los elementos combustibles se construyen de barras del uranio natural o
enriquecido en forma metálica o del óxido, dependiendo del tipo de reactor.
Las barras están contenidas en un material conveniente para evitar que los
productos de la fisión se filtren en la secuencia del líquido refrigerador. Este
material de la contención varía, encontramos la aleación del magnesio, aleación
del circonio, o inoxidable estos pueden ser utilizados dependiendo de la tecnología
implicada.
Estas de barras están llenas de uranio, los neutrones se emiten mientras que el
material radiactivo que esta dentro se al bombardea con neutrones a una
velocidad determinada.
La energía que se crea por el proceso de la fisión es la que da el calor necesario
que se transfiere al agua para crear vapor presurizado para mover las turbinas y
generar electricidad.
El combustible nuclear durante su estancia en el núcleo del reactor se encuentra
sometido a una elevada irradiación neutrónica, transformándose su constitución a
lo largo del tiempo.
Antes de introducir el combustible, se pueden caracterizar tres partes distintas:
a) El propio combustible (UO2).
b) La vaina.
c) Materiales estructurales (rejillas, tubos guía, etc.).
Con la irradiación, estos materiales experimentan las siguientes transformaciones:
a) En el combustible (UO2), fruto de la rotura de los átomos, aparecen productos
de fisión (P.F.), que en general son emisores beta y gamma. Por reacciones de
captura neutrónica parte del U-235 pasa a U-236 y parte del U-238 se transforma

8. en los elementos pesados, conocidos por transuránidos (TRU), como plutonio,
neptunio, americio y curio, caracterizados por ser emisores alfa.
n A su vez, el plutonio generado (Pu-239) se fisiona en parte, pues es un
elemento fisionable (1 g de Pu-239 equivale a 1 g de U-235) y contribuye a la
generación de energía y al inventario de los productos de fisión.
c) La aparición del U-236, de los productos de fisión y de los TRU limitan el grado
de quemado, aunque aún queden U-235 y plutonio, porque interrumpen la
reacción de fisión en cadena al captar neutrones (son venenos neutrónicos) y hay
que sacar los elementos del núcleo del reactor y sustituirlos por nuevos en una
operación que se llama recarga, en la que se renueva entre un tercio y un cuarto
del número total de elementos que hay en el núcleo. Esta operación se hace,
dependiendo del tipo de central, en ciclos de 12, 18 o 24 meses. Los elementos
retirados se conocen por combustible irradiado, gastado o quemado.
d) En la vaina y en los materiales estructurales aparecen los denominados
productos de activación, formados por reacciones de captura neutrónica por parte
de algunos elementos constituyentes de los mismos, dando lugar a elementos
radiactivos. El isótopo radiactivo más importante que se forma es el cobalto-60.
Un reactor de 1.000 MW de potencia utiliza entre 20 y 30 t de combustible por año.
En el combustible gastado está contenida más del 99,5 % de la radiactividad
artificial que se genera en la producción de energía eléctrica en las centrales
nucleares.
El combustible gastado contiene los productos de fisión y los elementos
transuránidos generados durante el quemado del combustible en el reactor, así
como el uranio no consumido (considerando el caso más general de no
reelaboración del combustible gastado). Los productos de fisión son emisores
gamma y beta, siendo únicamente la radiación gamma la que tiene un poder de
penetración grande y, consecuentemente, está presente en el exterior del
combustible con un valor que depende del tipo de radisótopo considerado; la
radiación beta nunca sale al exterior del combustible. Estos emisores gamma,
teniendo en cuenta su periodo de semidesintegración y su energía, en unos 700
años habrán decaído a valores radiactivos de fondo natural.
El uranio no consumido y los elementos transuránidos son, esencialmente,
emisores alfa de bajo poder de penetración (tienen las mismas características que
los minerales radiactivos); desde el punto de vista de las radiaciones emitidas no
constituyen riesgo tras un periodo de almacenamiento de 700 años, al igual que
los productos de fisión. Estos elementos, por tanto, son sólo peligrosos si se
liberan y encuentran camino para ser inhalados (para lo que es preciso que sean
transformados en gases) o ingeridos (para lo que es preciso que entren en la
cadena alimentaria de vegetales, animales y personas). Es decir, el impacto de un
almacén de residuos de alta actividad, una vez transcurridos 700 años, sería
análogo al que puede producir un depósito de seguridad l

9. Una pieza importante del reactor es el " asesor ", dentro del cual los neutrones se
mueven alrededor de muchos núcleos sin ser absorbidos, gradualmente por el
movimiento la energía se va perdiendo.
Algunos reactores utilizan el carbón como su asesor o moderador en la forma de
grafito. Otros utilizan agua pesada (deuterio D2O). La base del reactor por lo tanto
consiste en un bloque o un tanque del asesor en el cual se inserten las barras de
combustible. Para controlar las barras de control del reactor nuclear (el
equivalente de dar vuelta para arriba o tragar la llama en una cocina del gas)
hechas del boro o del cadmio se insertan cerca de la barra de combustible para
absorber los neutrones. Es el desbloquear de estos neutrones de las barras de
combustible que permite que la reacción en cadena del proceso de la fisión
continúe. Cuando las barras se insertan completamente absorben tan muchos
neutrones que la reacción en cadena no puede ser mantenida y las paradas del
reactor. Cuando se produce la reacción no se para no más de calor y así que el
reactor comienza a refrescarse, disipando el calor latente dentro de él.
Sistema de contención
El edificio de contención o edificio del reactor contiene a éste y el circuito de
refrigeración principal. Es un recinto resistente a la presión y está diseñado para
prevenir el posible escape de productos radiactivos al exterior, tanto en
condiciones normales como en emergencias y para resistir el impacto que
pudieran causar los sucesos o accidentes exteriores a la propia central.
Sistema de refrigeración
La reacción nuclear controlada, que tiene lugar en el combustible, desprende gran
cantidad de calor. Por ello es necesario extraer ese calor. En primer lugar, porque
la obtención del vapor que mueva la turbina es la finalidad última del reactor y, en
segundo lugar, para evitar el calentamiento progresivo del núcleo, lo que podría
llegar a producir, en caso de fallo de los diversos sistemas de refrigeración, su
fusión y consiguiente destrucción.
Para la seguridad nuclear es esencial mantener en cualquier circunstancia la
refrigeración del núcleo para extraer el calor generado por el combustible.
En operación normal, el calor del núcleo se extrae mediante el circuito principal.
En un reactor, de agua a presión (PWR) ese es el circuito primario; en un reactor
de agua en ebullición (BWR), es el circuito agua-vapor.
Tras la parada del reactor éste sigue generando calor, aunque ya no haya fisiones,
por el calor residual de los productos de fisión. Ese calor se evacua por medio de
un circuito especial con bombas y cambiadores, lo que constituye un circuito de
seguridad.

10. Salvaguardias tecnológicas
Son los sistemas de seguridad previstos para actuar en caso de accidente, con el
fin de evitar o limitar la liberación de sustancias radiactivas al exterior. Estos
sistemas realizan la refrigeración de emergencia del núcleo y el aislamiento del
edificio de contención. Están diseñados con redundancia, diversidad, y separación
física entre sistemas redundantes que realizan la misma función, a fin de que el
fallo en uno de ellos no pueda afectar a los demás y dotarlos de máxima fiabilidad.
Sala de control
Es el recinto dentro de la central nuclear desde el que se controla y activan, de
forma remota, los equipos de producción de energía y de seguridad de la central.
• Asimismo cuanta con otras dependencias, como el tratamiento de aguas,
almacenamiento temporal de residuos, laboratorios, talleres y un parque
eléctrico propio formado por generadores accionados por grupos diesel que
se utiliza en las operaciones de parada segura del reactor en emergencia y
en general para ser empleado en toda circunstancia en la que la central no
pueda disponer de energía de la red.