CENTRALES NUCLEARES

I. PRESENTACIN. Una central nuclear es una instalacin termoelctrica que aprovecha la fuente de calor originada por la fisin del ncleo de uranio para producirenergaelctricaEn la fisin del ncleo atmico se origina calor y se emiten neutrones que darn lugar a otras fisiones y con ello, a otras reacciones dando lugar a una reaccin en cadena. Si este tipo de reacciones no estn bajo control dan lugar a unas grandes explosiones porque se libera gran cantidad de energa en un espacio pequeo de tiempo. Para evitar esto, se han inventado los reactores nucleares que controlan las reacciones en cadenas que se dan lugar en su interiorActualmente existen en funcionamiento en el mundo ms de 442 reactores nucleares para aplicaciones comerciales, los cuales tienen una capacidad conjunta aproximada de 375 GW elctricos, con una salida anual total tambin aproximada superior a 2500 TWh. (Datos del Organismo Internacional de la Energa Atmica 2011).

II. EVALUACION HISTORICALascentrales nuclearesson una forma de produccin de energa desarrollada por primera vez utilizando la tecnologa delProyectoManhattan y el desarrollo de la bomba atmica. La energa utiliza material radiactivo bombardeado con neutrones en un esfuerzo para crear la fisin nuclear. Esta fisin tiene el efecto secundario de producir grandes cantidades de energa que puede ser aprovechada en electricidad para la red de energa. Aunque la tecnologa entr en una gran era de avances durante la mitad del siglo XX, unaseriede accidentes llevaron a un declive en la investigacin y la construccin de lascentrales nucleares.

OrgenesDespus de logrado el primer bombardeo de neutrones de uranio en 1932 por Enrico Fermi, el resultado fue la fisin nuclear, la divisin de un tomo en partes ms pequeas. Pronto, Leo Szilard determin que una reaccin nuclear auto sostenida podra ocurrir despus de una primera reaccin de fisin. Esto llev a la especulacin acerca de una reaccin nuclear en cadena. Con el fin de estudiar este efecto de manera ms eficiente, tanto Fermi como Szilard emigraron a los Estados Unidos y ayudaron a crear el primer reactor nuclear, Chicago Pile-1. El 2 de diciembre de 1942, el reactor se activa, comenzando un nuevo nivel de la investigacin en elProyectoManhattan y esencialmente en la creacin de la primera central nuclear del mundo.

Energa nuclearLa energa elctrica se cre por primera vez por una planta de energa nuclear el 20 de diciembre 1951 con la produccin de 100 kilowatts del Arco Reactor en Idaho. Tres aos despus, la Unin Sovitica se convirti en el primer pas en implementar la produccin de energa para la red elctrica. La central nuclear de Obninsk produjo cinco megavatios de electricidad, segn la Agencia Internacional de Energa Atmica. En 1955, varios cientficos, ingenieros y polticos impulsaron la expansin de la energa nuclear. El presidente Dwight Eisenhower pronunci un discurso titulado "tomos para la paz", que se centr en el aprovechamiento pacfico de la energa nuclear y los parmetros establecidos por la Conferencia de Ginebra mediante los cuales las naciones podan desarrollar la tecnologa.ExpansinDurante los aos 1960 y 1970, el principal objetivo de los cientficos era ampliar la capacidad de lascentrales nucleares. Mientras que el promedio de la planta en 1960 podra producir un solo gigavatio, en dos dcadas el promedio de la planta estaba produciendo ms de 100 gigavatios. La crisis del petrleo de 1973 tuvo un efecto importante en varios pases de todo el mundo. Muchas naciones dependan en gran medida de los combustibles fsiles para la energa, pero con el inicio de la crisis, se hizo el empuje de lascentrales nuclearescomo un sustituto. Un ejemplo de un pas que utiliza la crisis como excusa para ampliar su capacidad es Francia. En 1971, el petrleo suministr a la nacin con aproximadamente el 39% de su energa. En 2006, Francia haba reemplazado a casi 80% de la fuente de energa con plantas nucleares.DesastresDos desastres encentrales nuclearesprovocaron un cambio importante en la percepcin pblica de la energa nuclear. En 1976, un accidente en la instalacin nuclear de Three Mile Island, en Pennsylvania caus una fusin parcial del ncleo. Un reactor de agua a presin libera gases radiactivos y yodo131 a la comunidad cerca de Harrisburg, Pennsylvania. Esto fue seguido por la explosin de un reactor en la planta de Chernbil en la Unin Sovitica en 1986. La catstrofe de Chernbil dio lugar a la liberacin de cuatrocientas veces las secuelas de los bombardeos atmicos de Hiroshima segn la Corporacin de Radiodifusin Pblica.DisminucinDespus de las dos catstrofes, Estados Unidos detuvo su expansin de lascentrales nuclearesen todo el pas. Un total de 63 plantas de energa nuclear de acuerdo con el Departamento de Energa. Mucho de esto fue el resultado de la demanda del pblico, sin embargo, la Institucin Brookings report en su informe de normas de septiembre de 2004 que la produccin de lascentrales nuclearesresult en 15 a 30% ms altos que los costos del carbn y plantas de gas natural durante la vida til de la instalacin. Otros pases, como Irlanda y Polonia, han optado por evitar la creacin de una industria nuclear a travs de la legislacin, lo que limita an ms el crecimiento de la proliferacin nuclear.III. PLANO / ESQUEMA

IV. PARTES /CARACTERISTICASBarras de control:Los haces de barras de control proporcionan un medio rpido para controlar la reaccin nuclear. Permiten realizar cambios rpidos de potencia del reactor y su parada eventual en caso de emergencia. Estn fabricadas con materiales absorbentes de neutrones (carburo de boro o aleaciones de plata, indio y cadmio, entre otros) y suelen tener las mismas dimensiones que los elementos de combustible. La reactividad del ncleo aumenta o disminuye subiendo o bajando lasbarras de control, es decir, modificando la presencia de material absorbente de neutrones contenido en ellas en el ncleo.Para que un reactor funcione durante un periodo de tiempo tiene que tener un exceso de reactividad, que es mximo con el combustible fresco y va disminuyendo con la vida del mismo hasta que se anula, momento en el que se hace la recarga del combustible.En funcionamiento normal, un reactor nuclear tiene las barras de control total o parcialmente extradas del ncleo, pero el diseo de las centrales nucleares es tal que ante un fallo en un sistema de seguridad o de control del reactor, siempre acta en el sentido de seguridad de reactor introducindose totalmente todas lasbarras de controlen el ncleo y llevando el reactor a parada segura en pocos segundos.

Moderador:Los neutrones resultantes de una reaccin de fisin tienen una elevada energa cintica (adquieren mucha velocidad). Cuanto ms alto sea su velocidad es menos probable que fisionen otrostomosde modo que conviene reducir esta velocidad para incentivar nuevas reacciones en cadena. Esto se consigue mediante choques elsticos de los neutrones con los ncleos del elemento que hace de moderador.Entre los moderadores ms utilizados estn el agua ligera, el agua pesada y el grafito.

Refrigerante:Para poder aprovechar laenerga calorficaque desprenden las reacciones nucleares de fisin se utiliza un refrigerante. La funcin del refrigerante es absorver dicho calor y transportarlo.El refrigerante debe ser anticorrosivo, con una gran capacidad calorfica y no debe absorber neutrones.Los refrigerantes ms usuales son gases, como el anhdrido carbnico y el helio, y lquidos como el agua ligera y el agua pesada. Incluso hay algunos compuestos orgnicos y metales lquidos como el sodio, que tambin se utilicen para esta funcin.Reflector:En una reaccin nuclear en cadena, un cierto nmero de neutrones tiende a escapar de la regin donde sta se produce. Esta fuga de neutrones puede minimizarse con la existencia de un medio reflector que les vuelva a dirigir dentro de la regin de reaccin. De esta forma se consigue aumentar la eficiencia del reactor. El medio reflector que rodea al ncleo debe tener una baja seccin eficaz de captura para no reducir el nmero de neutrones y que se reflejen el mayor nmero posible de ellos.La eleccin del material depende del tipo de reactor. Si tenemos un reactor trmico, el reflector puede ser el moderador, pero si tenemos un reactor rpido el material del reflector debe tener una masa atmica grande para que los neutrones se reflejen en el ncleo con su velocidad original (dispersin in-elstica).Reduce el escape de neutrones y aumenta la eficiencia del reactor.Blindaje:Cuando el reactor est en operacin, se genera gran cantidad de radiacin. Es necesaria una proteccin para aislar a los trabajadores de la instalacin de las radiaciones ocasionadas por los productos de fisin.Por ello, se coloca un blindaje biolgico alrededor del reactor para interceptar estas emisiones.Los materiales ms usados para construir este blindaje son el hormign, el agua y el plomo.

V. TIPOSLos tipos de reactores nucleares pueden clasificarse atenindose a diversos criterios, los ms comunes son los siguientes:

Segn la velocidad de los neutrones que producen las reacciones de fisin: reactores rpidos y reactores trmicos.

Segn el combustible utilizado: reactores de uranio natural, en los que la proporcin de uranio 235 en el combustible es la misma que se encuentra en la Naturaleza, esto es, aproximadamente 0,7%, reactores de uranio enriquecido en los que la proporcin de uranio 235 se ha aumentado hasta alcanzar un 3 4%. Otros utilizan xidos mixtos de U y P, etc.

Segn el moderador utilizado: los que utilizan agua ligera, agua pesada o grafito.

Segn el material usado como refrigerante: los materiales ms utilizados son el agua (ligera o pesada) o un gas (anhdrido carbnico o helio), que a veces actan simultneamente como refrigerante y moderador. Otros refrigerantes posibles son: aire, vapor de agua, metales lquidos o sales fundidas.

Hay varios tipos de centrales nucleares en operacin comercial. Sus diferencias estriban en los distintos tipos de reactores que utilizan para producir energa, ya que una vez producido el vapor, todas emplean los mismos sistemas convencionales. Con esta consideracin, algunos tipos de centrales o de reactores en operacin comercial sonReactor de agua a presin (PWR):El reactor de agua a presin es elreactor nuclearms utilizado en el mundo. Se ha desarrollado principalmente en Estados Unidos, R.F. Alemania, Francia y Japn.Estereactor nuclearutilizauranioenriquecido en forma de xido como combustible.El moderador y el refrigerante utilizado es el agua.La energa generada por el ncleo del reactor es transportada mediante el agua de refrigeracin que circula a gran presin hasta un intercambiador de calor, donde se genera el vapor que accionar las turbina.

Reactor de agua en ebullicin (BWR)El reactor de agua en ebullicin, tambin se utiliza con frecuencia. Tecnolgicamente ha sido desarrollado principalmente, en Estados Unidos, Suecia y la R.F. Alemana.En este reactor, el agua se utiliza como refrigerante y moderador.El combustible esuranioenriquecido en forma de xido

.Reactor deuranionatural, gas y grafito (GCR):Este tipo dereactor nuclearutilizauranionatural en forma de metal como combustible. El combustible se introduce en tubos de una aleacin de magnesio llamado magnox.El moderador utilizado es el grafito y el refrigerador es gas, anhdrido carbnico.La tecnologa de este tipo dereactor nuclear, ha sido desarrollada principalmente en Francia y Reino Unido.

Reactor avanzado de gas (AGR)Ha sido desarrollado en el Reino Unido a partir delreactor nucleardeuranionatural-grafito-gas.Las principales novedades son que elcombustible nuclear, en forma de xido deuranioenriquecido, est introducido en tubos de acero inoxidable y que la vasija, de hormign pre-tensado, contiene los cambiadores de calor en su interior.Reactor refrigerado por gas a temperatura elevada (HTGCR)Estereactor nucleares una nueva evolucin de los reactores nucleares refrigerados por gas. Desarrollado en R.F. Alemana, Reino Unido y Estados Unidos.Las diferencias con el anterior son principalmente tres: se sustituye el helio por el anhdrido carbnico como refrigerante, se utiliza combustible cermico en vez de combustible metlico y las temperaturas del gas con el que trabaja son mucho ms elevadas.Reactor de agua pesada (HWR)Este tipo dereactor nuclearha sido desarrollado principalmente en Canad.El combustible utilizado es eluranionatural, en forma de xido, que se introduce en tubos de circonio aleado.Su principal caracterstica es el uso de agua pesada como moderador y refrigerante.En su diseo ms habitual, los tubos del combustible se introducen en una vasija que contiene el moderador. El refrigerante se mantiene a presin para mantener su estado lquido. El vapor se produce en unos cambiadores de calor por los que circula el agua ligera.Reactor reproductor rpido (FBR)Hay varios diseos, siendo el ruso y el francs los que se encuentran ms avanzados.La principal caracterstica de los reactores rpidos es que no utilizan moderador y que, por tanto, la mayora de las fisiones se producen por neutrones rpidos.El ncleo del reactor consta de una zona fisionable, rodeada de una zona frtil en la que el uranio natural se transforma enplutonio. Tambin puede utilizarse el ciclouranio233-torio.El refrigerante es sodio lquido, el vapor se produce en intercambiadores de calor. Su nombre de reproductor se debe a que en la zona frtil se produce mayor cantidad de material fisionable que la que consume el reactor en su funcionamiento, es decir ms combustible nuevo que el que se gasta

VI. FUNCIONAMIENTO / OPERACINEl funcionamiento de una central nuclear se basa en elaprovechamiento del calor para mover una turbina por la accin del vapor de agua, la cual est conectada a ungenerador elctrico. Para conseguir el vapor de agua se utiliza como combustible el uranio o el plutonio.El proceso se puede simplificar en cinco fases: Debido ala fisin del uranioque se lleva a cabo en elreactor nuclear,se libera una gran cantidad de energaque calienta el agua hasta evaporarla. Este vapor se transporta al conjunto turbinagenerador medianteun circuito de vapor. Una vez ah, las aspas de la turbina giran por la accin del vapor y muevenel generadorque trasforma la energa mecnica enelectricidad. Una vez el vapor de agua ha pasado por la turbina, se enva a uncondensadordonde se enfra y se vuelve lquido. Y nuevamente se transporta el agua para volver a conseguir vapor,cerrando as el circuito del agua.

VII. MEJORAMIENTO/ TENDENCIAS

GENERACIN IV DE CENTRALES NUCLEARES:

El Foro Internacional de la Generacin IV (GIF) es un grupo internacional de organismos gubernamentales, cuyo objetivo es facilitar la cooperacin bilateral y multilateral para el desarrollo de nuevos reactores nucleares de futuro, conocidos como la Generacin IV.

En su reunin de septiembre de 2002, en Tokio, se anunci un acuerdo entre los 10 pases miembros (Argentina, Brasil, Canad, Francia, Japn, Sudfrica, Corea, Suiza, Reino Unido y Estados Unidos), por el cual se han escogido seis tecnologas de nuevos reactores y sus ciclos de combustible, que representan el futuro de la energa nuclear, para que sean desarrollados conjuntamente antes del ao 2030.

Estas seis tecnologas incluyen los reactores rpidos refrigerados por gas, los reactores rpidos refrigerados por plomo, los reactores de sales fundidas, los reactores rpidos refrigerados por sodio, los reactores supercrticos refrigerados por agua y los reactores de muy alta temperatura.

PROYECTO INPRO DEL ORGANISMO INTERNACIONAL DE ENERGA ATMICA:Auspiciado por los estados miembros del Organismo (ms de 100), INPRO (International Project on Innovative Nuclear Reactors and Fuel Cycles), fue iniciado a finales del ao 2000 y tiene como objetivo principal la utilizacin segura, sostenible, econmica y no proliferante de la tecnologa nuclear para satisfacer las necesidades energticas globales a lo largo del siglo XXI. Los pases miembros involucrados en el mismo son: Argentina, Brasil, Bulgaria, Canad,Corea, China, Alemania, India, Indonesia, la Federacin Rusa, Espaa, Pakistn, Sudfrica, Suiza, Holanda, Turqua y Comisin Europea.

VIII. MANTENIMIENTO :Todas las centrales, nucleares o no, tienen protocolos de mantenimiento. Cada sistema tiene una rutina establecida que debe seguirse

Adems del mantenimiento preventivo, estn los percances ocasionales, como fugas de agua o de vapor.

La mayor parte del equipamiento son bombeadores, los que tienen cierto desgaste. La turbina tiene un sistema de lubricacin que exige constante vigilancia y mantenimiento peridico.

Los sistemas de agua y vapor precisan qumicos varios para neutralizar contaminacin ya sea qumica o radiactiva.

Los sistemas de ventilacin tienen filtros de aire absolutos para eliminar partculas, ya sea polvo del ambiente o elementos radiactivos.

Los instrumentos requieren mantenimiento, verificacin y calibracin peridica.

IX. CONCLUCINEl esfuerzo innovador de la industria nuclear a travs de la colaboracin de multitud de pases y organizaciones internacionales es una realidad que conducir a la disponibilidad de nuevos modelos acordes con las exigencias de competitividad, medio ambiente y sostenibilidad declaradas condicionantes para las energas a utilizar en el futuro. Para ello, esta industria dispone de un proceso bien establecido desde hace muchos aos, que evoluciona sobre las bases conjuntas de la experiencia y la investigacin asegurando as la consecucin de sus objetivos, en cada momento, ahora y en el futuro.