Energía térmica convencional

               Energía nuclear   

               Ciclo combinado

ENERGÍA NUCLEAR 

        La energía nuclear es la energía obtenida a partir de reacciones, siendo la fisión y la fusión las reacciones que liberan grandes cantidades de energía.

        Al hablar de energía nuclear inmediatamente asociamos este tipo de energía con la bomba nuclear y con las centrales nucleares, sin olvidar el accidente nuclear de Chernobyl. Pero, tiene la energía nuclear alguna otra aplicación?

        Las aplicaciones de la energía nuclear son muchas y entre ellas podemos destacar:

                Datación arqueológica, el uso del isótopo del carbono 14 permite determinar la edad de fósiles de hasta 50 000 años de antigüedad.

                Medicina.- Es una de las aplicaciones más comunes de la energía nuclear, con el empleo de isótopos radioactivos, variaciones electromagnéticas y emisión de radiaciones en general, en áreas como diagnóstico y terapia. Los radiofármacos o trazadores, son sustancias que al ser introducidas en el cuerpo pueden ser seguidas desde el exterior, estos radiofármacos han permitido el diagnóstico precoz en patologías óseas, cardiología y oncología, así como infecciones y nefrología. Además, tenemos los ejemplos más conocidos de diagnóstico por rayos X y resonancia magnética nuclear, y tratamientos como la radioterapia para combatir el cáncer.

                Agricultura.- Las aplicaciones nucleares se enfocan a la investigación de la fertilidad de los suelos y cómo evitar las plagas de insectos, entre otras. Por irradiación se pueden realizar mutaciones que permiten la variabilidad genética de las especies vegetales, y así lograr nuevas variedades de especies con características peculiares, como mayor resistencia, larga vida y aumento en sus capacidades reproductivas. También se puede conseguir la esterilidad de determinadas especies que actúan como plagas en agricultura.

                Alimentación.- Conservación de los alimentos. La irradiación de los alimentos con Cobalto 60 u otra “radiación ionizante”, no demasiado distinta a la de la luz del sol o los rayos ultravioletas. Con esto se interrumpe la duplicación de la cadena del ADN, con lo cual si el alimento tiene un hongo, una salmonella, o cualquier bacteria que lo infecte, se inhibe su proliferación. Otro efecto es que mata las enzimas que se encargan de la germinación, y con eso se logra que papas y cebollas se conserven muchos meses sin que les salgan raíces. En España este tipo de tratamiento no está permitido, aunque en Francia se realiza sin ningún tipo de problema.

                Medio ambiente.- Se utilizan técnicas nucleares para la detección y análisis de diversos contaminantes, pudiéndose detectar situaciones de contaminación por dióxido de azufre, derrames de petróleo o descargas gaseosas a nivel del suelo.

                 Electricidad.- El calor desprendido de las reacciones de fisión puede utilizarse para hacer hervir agua, de modo que el vapor mueva una turbina conectada a un alternador que produce energía eléctrica. Se trata de un proceso muy eficaz, ¿cómo se consigue?:

        Las centrales nucleares transforman la energía liberada durante la fisisón (rotura) o la fusión (unión) de núcleos atómicos.

        Una central nuclear es una central térmica que utiliza como energía la obtenida del proceso de fisión nuclear. Los elementos más importantes que la componen son:

                Reactor nuclear.- Es la parte más peligrosa de la central nuclear. Este edificio es una estructura de hormigón armado, cuyas paredes interiores están recubiertas de chapas de plomo que aseguran la completa hermeticidad. En el nos encontramos con:

    Tubos de acero inoxidable en los que se introduce el combustible (pastillas de uranio de 1 cm de diámetro y 1 cm de altura).

            Moderador.- su misión es reducir la velocidad de los neutrones, normalmente se utiliza deuterio (agua pesada), protio (agua ligera) o grafito.

            Barras de control.- regulan la cantidad de reacciones nucleares en la unidad de tiempo, y por tanto la potencia del reactor. Si las barras de control están totalmente levantadas tendrá lugar una reacción en cadena, cuando las barras son totalmente introducidas en el nucleo, la reacción en cadena se detiene.

Las barras verticales representan las unidades de combustible, las inclinadas las barras de control que regulan la reacción nuclear.

            Barras de control.- regulan la cantidad de reacciones nucleares en la unidad de tiempo, y por tanto la potencia del reactor. Estas barras absorben los neutrones sobrantes y consiguen una fisión gradual.

                               Generador de vapor/refrigerador.- El núcleo del reactor está rodeado por un líquido refrigerante (agua generalmente) que se encarga de evacuar el calor y transformarlo en vapor de agua para, posteriormente, llevarlo a las turbinas. El movimiento de las turbinas provoca el movimiento del eje conectado al generador y la producción de energía eléctrica..

                Edificio de almacenamiento y manipulación.- Es el depósito de combustible. El combustible se almacena en piscinas de hormigón recubiertas de una plancha de acero y llenas de agua. Aquí también se almacena el combustible ya utilizado hasta que es trasladado a un deposito definitivo de almacenamiento.

            La enorme cantidad de calor producida durante la fisión se elimina mediante los circuitos de refrigeración que transportan este calor hasta el generador de vapor (reactor PWR), o bien generan el vapor directamente (reactor BWR). Este vapor es el encargado de mover las turbinas como en las centrales térmicas convencionales. En ambos tipos de reactores el vapor generado vuelve al circuito después de condensarse al ceder el calor a una fuente de agua externa, ríos, mares, lagos situados en las proximidades dela central nuclear.

                Reactores PWR, está formado por una vasija que soporta enormes presiones, y en cuyo interior se encuentra el núcleo, formado por los elementos combustibles en forma de varillas, y las denominadas barras de control. Este conjunto está sumergido en agua a gran presión de ahí que no se evapore y sirva como elemento refrigerante. Este tipo de centrales se denominan así porque el agua natural o ligera, que actúa como
refrigerante y moderador del reactor nuclear, está a una presión superior a la saturación con el fin de impedir su ebullición. La presión media del refrigerante es de 157 at y su temperatura de 327ºC a la potencia normal.
En este tipo de centrales hay tres circuitos bien diferenciados:
        Circuito primario.- El circuito primario es el del agua que se hace circular por el reactor y por el haz tubular de los generadores de vapor, cuyos elementos principales son:
􀀹                             Vasija del reactor.
􀀹                             Generador de vapor
􀀹                             Bomba del refrigerante del reactor
􀀹                             Presionador
        Circuito secundario.- Es el del agua que se calienta y se vaporiza en el generador de vapory pasa en forma de vapor por la turbina y se condensa en el condensador.
Este circuito comprende los elementos:
􀀹                           Generador de vapor
􀀹                           Turbina-generador eléctrico
􀀹                           Condensado

        Circuito terciario.- Es el del agua de refrigeración del condensador y puede ser en circuito cerrado o abierto.

            Reactores BWR.- El agua natural actúa como refrigerante y moderador del reactor. El agua, mantenida a alta presión, entra en ebullición y su vapor va directamente a la turbina. En estas centrales el agua natural o ligera actúa como refrigerante y moderador del reactor nuclear. El agua, mantenida a una presión de unas 70 atmósferas, entra en ebullición y el vapor producido va directamente a la turbina. Por esta razón, a diferencia de las PWR, no tienen generador de vapor.
El combustible nuclear está encerrado dentro de la gran vasija llena de agua, donde se produce la ebullición de la misma. El vapor pasa por un sistema de separación y secado del vapor, situado en el interior de la vasija del reactor, antes de ser enviado a la turbina. El vapor, una vez que ha pasado por los álabes de la turbina para mover el generador eléctrico, se condensa en el condensador y se envía directamente a la vasija. El agua de refrigeración se recircula en la vasija para controlar el nivel de ebullición y, en último término, la potencia del reactor. También, en este tipo de reactores se utilizan recalentadores de humedad.

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        Productos de la reacción nuclear

        En la reacción nuclear de fisión, la energía liberada se propaga en forma de radiaciones y crea partículas nucleares, como la radiación alfa (a), radiación beta (b), o por ondas electromagnéticas como la radiación gamma (g), y los neutrones

            Radiación alfa (a).- Formada por partículas con carga eléctrica positiva, más concretamente núcleos de Helio. Recorren distancias pequeñas y una simple hoja de papel es capaz de detenerlas.

            Radiación (b).- corriente de partículas semejantes a lo electrones procedentes del núcleo atómico y que se liberan al producirse la escisión. Pueden recorres distancias mayores ( 1 metro) siendo detenidas por una hoja de metal de algunos milímetros, o por una lámina de madera de unos centímetros de espesor.

            Radiación gamma (g).- Nno tiene carga, pueden recorrer centenares de metros en el aire. Para detener estas radiaciones electromagnéticas es necesario una placa gruesa de plomo o una pared de hormigón.

            Neutrones.- Formados por partículas del núcleo atómico y no tienen carga. Se emiten en reacciones atómicas y son muy penetrantes, aunque se frenan fácilmente. El agua es un excelenete blindaje.       

    Energía nuclear y medio ambiente

        La energía nuclear por fisión entraña una serie de riesgos:

                Explosiones nucleares en las centrales.

                Fugas radiactivas, no son probables, aunque Chernobyl es una prueba de la importancia de las medidas de seguridad.

                Exposición a radiaciones radiactivas, aunque la propia materia que existe en la Tierra, uranio natural, torio, radio,... , las radiaciones cósmicas del espacio y las radiaciones de fuentes creadas por el hombre, TV, radiografías, centrales nucleares,...  nos someten a radiación continua.

                Este tipo de central no realiza emisiones al espacio de ahí que su contaminación queda reducid a los residuos del combustible utilizado, uranio empobrecido, muy difícil de eliminar y altamente contaminante y a los posibles accidentes de las centrales.