Fisión nuclear
El
proceso empleado en las centrales nucleares es el de fisión nuclear (ruptura).
Consiste en provocar la ruptura de un núcleo atómico pesado, normalmente 235U
(Uranio) y 239Pu (Plutonio). La división del átomo la provoca un neutrón, que
bombardea a alta velocidad el núcleo y lo divide en varios fragmentos,
liberando, además de una gran cantidad de energía y rayos gamma, otros
neutrones que bombardearán otros núcleos atómicos, provocando lo que se conoce
como una reacción en cadena. Hay que tener en cuenta que la fisión de un único
átomo de 235U produce muy poca energía, sin embargo con una reacción en cadena
se desprende una enorme cantidad de energía.
Partes principales de un
reactor
Combustible: El más utilizado actualmente es el dióxido de
uranio. Se comprime en forma de pastillas (pellets) que se cargan en unos tubos
estrechos, de unos 3,7
m de longitud, que van montados unos al
lado de otros en cilindros para formar varillas de combustible para el reactor.
Se
inserta
en unos tubos (vainas) de aleación de zirconio (Zr) de aproximadamente 1 cm de
diámetro (antiguamente eran de acero inoxidable).
Moderador: Material que se utiliza para frenar el movimiento de
los neutrones, pues se ha descubierto que es más probable que los neutrones de
movimiento lento causen fisión y hagan funcionar el reactor. El más corriente
es el carbono (grafito) o el agua o agua pesada.
Barras
de regulación: Es necesario controlar
el flujo de neutrones para trabajar en condiciones de seguridad. Estas barras
están hechas de un material que absorbe neutrones (acero al boro, cadmio), con
lo que se consigue disminuir la velocidad de reacción introduciendo las barras,
y aumentarla cuando éstas se extraen.
Refrigerante: El calor producido por las reacciones de fisión se
elimina bombeando un refrigerante, como agua, entre los elementos combustibles
calientes. Después el fluido recalentado es conducido por una tubería desde el
centro hasta la caldera donde se calienta el agua para producir el vapor. Luego
el refrigerante vuelve al núcleo del reactor para recalentarse.
Escudo contra radiaciones: Es necesario un escudo muy grueso de acero y cemento
para evitar cualquier fuga de neutrones o de fragmentos radiactivos.
Funcionamiento de central nuclear
Central Nuclear "ATUCHA II"
En Argentina , aproximadamente el 10% de la electricidad proviene de 3 reactores nucleares operacionales: la central nuclear de Embalse, un reactor CANDU, y la planta nuclear Atucha 1 en 1974, un diseño alemán de PHWR. En 2001, la planta fue modificada para quemar uranio ligeramente enriquecido, lo que la convierte en el primer reactor PHWR en quemar ese combustible nuclear en todo el mundo. La central nuclear de Atucha originalmente fue planeada para ser un complejo con varios reactores. Atucha 2 (similar a Atucha1 pero más potente) comenzó a producir energía el 3 de junio de 2014, se espera que produzca 745MWh. Se han anunciado planes para Atucha III, un tercer reactor en el complejo de Atucha.
ResponderEliminarTanto la fisión como la fusión nuclear son reacciones nucleares que liberan la energía almacenada en el núcleo de un átomo. Pero hay importantes diferencias entre ambas. La fisión nuclear es la separación de un núcleo pesado en núcleos más pequeños, mientras que la fusión nuclear es la combinación de núcleos ligeros para crear uno más grande y pesado.
ResponderEliminarFisión
La fisión nuclear se trata de una reacción en la cual un núcleo pesado, al ser bombardeado con neutrones, se convierte en inestable y se descompone en dos núcleos, cuyas masas son del mismo orden de magnitud, y cuya suma es ligeramente inferior a la masa del núcleo pesado, lo que origina un gran desprendimiento de energía y la emisión de dos o tres neutrones.
Estos neutrones, a su vez, pueden ocasionar más fisiones al interaccionar con otros núcleos fisionables que emitirán nuevos neutrones, y así sucesivamente. Este efecto multiplicador se conoce con el nombre de reacción en cadena. En una pequeña fracción de tiempo, los núcleos fisionados liberan una energía un millón de veces mayor que la obtenida, por ejemplo, en la reacción de combustión de un combustible fósil.
Si se logra que solo uno de los neutrones liberados produzca una fisión posterior, el número de fisiones que tienen lugar por unidad de tiempo es constante y la reacción está controlada.
fision
Gráfico: En el proceso de fisión nuclear, el uranio 235 (el único isótopo fisible del uranio que se encuentra en la naturaleza) se combina con un neutrón para formar un intermediario inestable, el cual rápidamente se divide (en una de las posibles reacciones) en bario 144 y criptón 89, más tres neutrones.
Este es el principio de funcionamiento en el que se basan los reactores nucleares que se encuentran en operación en la actualidad para la generación de energía eléctrica.
Fusión
La fusión nuclear es una reacción en la que dos núcleos muy ligeros se unen para formar un núcleo estable más pesado, con una masa ligeramente inferior a la suma de las masas de los núcleos iniciales. Este defecto de masa da lugar a un gran desprendimiento de energía. La energía producida por el Sol tiene este origen.
Para que tenga lugar la fusión, los núcleos cargados positivamente deben aproximarse venciendo las fuerzas electrostáticas de repulsión. En la Tierra, donde no se puede alcanzar la gran presión que existe en el interior del Sol, la energía necesaria para que los núcleos que reaccionan venzan las interacciones se puede suministrar en forma de energía térmica o utilizando un acelerador de partículas.
Una reacción típica de fusión nuclear consiste en la combinación de dos isótopos del hidrógeno, deuterio y tritio, para formar un átomo de helio más un neutrón.
fusion
Gráfico: El deuterio y el tritio se combinan por medio de la fusión nuclear para formar helio mas un neutrón.
Un ejemplo de fusión natural es la energía producida en el interior del Sol. Los átomos de hidrógeno, sometidos a enormes presiones gravitatorias, colisionan entre sí y se fusionan a temperaturas muy elevadas (en torno a 15 millones Cº). Cada segundo se fusionan 600 millones de toneladas de hidrógeno, formando helio.
En la actualidad aún no hay reactores comerciales de fusión, ya que es una tecnología por el momento experimental. Un ejemplo es el reactor experimental de fusión ITER que se está construyendo en Cadarache (Francia). Se trata de un proyecto de investigación científica y de cooperación internacional que tiene como objetivo determinar la viabilidad tecnológica y económica de la fusión nuclear por confinamiento magnético.