Centrales Nucleares

Centrales Nucleares

La Energía Térmica obtenida a partir de la combustión de distintas sustancias (madera, carbón, petróleo, gas) es producto de un proceso de transformación química. Es decir, la energía útil se genera en función de alteraciones en la manera en que los distintos átomos se combinan para formar moléculas; no obstante la naturaleza propia de los átomos que intervienen no experimenta modificaciones.

De forma opuesta, las reacciones nucleares establecen procesos de transformación física en los cuales mediante cambios de partículas subnucleares (protones, neutrones, electrones) y de la emisión de radiación electromagnética, se registran modificaciones en la naturaleza de los átomos que intervienen.

Desde el punto de vista energético, la principal diferencia existente entre las reacciones nucleares y las químicas es la gran cantidad de energía que en las mismas se libera de manera espontánea a partir de masas muy pequeñas.

Por este motivo, la comprensión de los fenómenos nucleares ha originado una intensa búsqueda de las condiciones tecnológicas que permitan producir dichas reacciones de manera controlada.

Este esfuerzo de mejora tecnológica tuvo dos objetivos distintos: por un lado se intentó determinar si los procesos de transformación nuclear regulados eran factibles de realizarse, de manera tal que la energía liberada causada por una reacción específica pudiera ser utilizada de manera eficiente; por el otro se buscaron formas de preservar las sustancias, liberando de esta forma grandes cantidades de energía de forma espontánea.

El alcance de la primera meta llevó a la construcción de las plantas nucleares generadoras de electricidad; mientras que la segunda dio lugar a los diferentes modelos de plantas nucleares que hay en la actualidad.

Todos los reactores nucleares en operación, al igual que los que se hallan en etapa de diseño, fundamentan su capacidad de generación en el aprovechamiento de la energía térmica liberada durante el proceso de la fisión nuclear.

La Energía Nuclear es la que se halla encerrada en todos los Núcleos Atómicos y surge gracias a la propiedad que poseen las partículas subatómicas, como Neutrón y Protón, de atracción mutua al encontrarse tan cerca como las distancias de sus diámetros.

La fuerza nuclear (fuerza de atracción entre las partículas del núcleo), es tan relevante que un fenómeno tal como la Fisión Nuclear hace que la energía de amarre sea liberada.

En la Fisión Nuclear, al partirse el núcleo surgen de 2 a 3 Neutrones, Radiación Gamma, neutrinos y dos núcleos más pequeños que el original (productos de fisión). La cantidad de energía que se obtiene en dicho caso, se mide mediante el uso de la fórmula de Einstein E=mc2, en la cual E representa la energía producida, m la masa participante en el proceso y c la velocidad de la luz (300.000 km/seg) elevada al cuadrado. La energía por unidad de masa desempeña un papel relevante.

La cantidad de masa que se transforma en energía, está dada por la diferencia que existe entre la suma de las masas del Neutrón y del núcleo original y la suma de las masas de los 2 o 3 Neutrones y de los restantes componentes que se generan durante el proceso de fisión. Por lo tanto, el núcleo original pesa más que los núcleos y partículas residuales juntas.

PROCESO SIMPLIFICADO DE LA FISION NUCLEAR

Generalmente, los Reactores Nucleoeléctricos contienen miles de tubos metálicos de Zirconio, los cuales interiormente poseen pastillas de Oxido de Uranio con diferentes grados de enriquecimiento. Estos son arreglados en conjunto, que denominamos ensambles de combustible y son colocados dentro del Reactor.

A lo largo del primer arranque del reactor, junto a los ensambles de combustible, encontramos las fuentes emisoras de Neutrones (el fósforo para iniciar la fisión nuclear). Dentro del mismo y cercano a los ensambles de combustible se localizan las Barras de Control, las cuales son de Boro o de Cadmio, y al ser desplazadas entre los ensambles, incrementan o disminuyen la absorción de Neutrones, pudiendo cambiar la población de éstos.

Para comenzar la reacción de fisión es necesario extraer las Barras de Control, consiguiendo que los Neutrones lleguen a las pastillas de Oxido de Uranio y sean absorbidas por el Núcleo del U-235, adquiriendo una gran inestabilidad que le permite partirse; apareciendo a una alta velocidad promedio (2.5 Neutrones), Radiación Gamma y usualmente dos productos de fisión. Estos contienen Energía Cinética, los cuales al ir atravesando la materia de la pastilla producen fricción, generando calor, el cual trata de conducirse al exterior incrementando la temperatura de la pared metálica de Zirconio. Este calor al resultar extraído en forma permanente con agua u otro fluído, se obtiene un flujo continuo de calor.

A los Neutrones rápidos que surgen en la fisión, es preciso disminuirles su velocidad o bien moderarlos de forma tal que se incremente la probabilidad de fusionar a otros núcleos U-235, y de esta manera poder alcanzar una reacción en cadena.

Si continuamos con el proceso de extracción de Barras de Control las fisiones se incrementarán cada vez más, alcanzándose a sostener en una reacción en cadena. Es decir, se da un punto, en que al no extraer más Barras de Control, la reacción nuclear se autosostendrá; el Reactor ha adquirido su primera criticidad y se declara el Reactor arrancado.

De aquí en adelante, al extraer solamente Barras de Control el flujo de calor aumenta, con lo que la pared metálica de Zirconio y el agua refrigerante elevan su temperatura hasta que la misma obtiene condiciones de saturación y de esta forma producir vapor dentro del Reactor y directamente dirigirlo al Turbogenerador. Denominamos a este esquema como Ciclo Directo de Reactor de Agua Hirviente (BWR); en caso inverso si el agua se presuriza y se frena la posibilidad de que hierva dentro del Reactor, pero se traslada este calor a un Generador de Vapor pudiendo hervir agua de otro circuito, dicho vapor resultante moverá el Turbogenerador. Este es llamado el esquema de los prototipos de Reactores de agua presurizada PWR o de agua pesada PHWR.

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