Reactores Nucleares

Termofluidos

Tarea 4

REACTORES NUCLEARES

Un reactor nuclear es un dispositivo en donde se produce una reacción nuclear controlada. Se puede utilizar para la obtención de energía en las denominadas centrales nucleares.

Una central nuclear puede tener varios reactores. Actualmente solo producen energía de forma comercial los reactores nucleares de fisión, aunque existen reactores nucleares de fusión experimentales.

• Reactor Nuclear de Fisión

La fisión es una reacción nuclear, que ocurre cuando un núcleo pesado se divide en dos o más núcleos pequeños. Es un proceso exotérmico lo que supone que se liberan cantidades sustanciales de energía. El proceso genera mucha más energía que la liberada en las reacciones químicas convencionales. La energía se emite, tanto en forma de radiación gamma como de energía cinética de los fragmentos de la fisión, que calentarán la materia que se encuentre alrededor del espacio donde se produzca la fisión.

La fisión se puede inducir por varios métodos, incluyendo el bombardeo del núcleo de un átomo fisionable con una partícula de la energía correcta; la otra partícula es generalmente un neutrón libre. Este neutrón libre es absorbido por el núcleo, haciéndolo inestable, entonces se partirá en dos o más pedazos.

Los productos de la fisión son generalmente altamente radiactivos, no son isótopos estables; estos isótopos entonces decaen, mediante cadenas de desintegración.

Partes de los reactores nucleares de fisión

1. Combustible.-Isótopo fisionable: Uranio-235, Uranio-238, plutonio-239, Torio-232, el combustible habitual en las centrales refrigeradas por agua ligera es el dióxido de uranio enriquecido, en el que alrededor del 3% de los núcleos de uranio son de U-235 y el resto de U-238.

2. Moderador (nuclear).- Agua, agua pesada, grafito, sodio metálico: Cumplen con la función de frenar la velocidad de los neutrones producidos por la fisión, para que tengan la oportunidad de interactuar con otros átomos fisionables y mantener la reacción, a menor velocidad del neutrón, mayor probabilidad de fisionar con otros núcleos del combustible en los reactores que usan uranio 235 como combustible.

3. Refrigerante.- Agua, agua pesada, anhídrido carbónico, helio, sodio metálico: Conduce el calor generado hasta un intercambiador de calor, o bien directamente a la turbina generadora de energía eléctrica o propulsión.

4. Reflector.- Agua, agua pesada, grafito, uranio: reduce el escape de neutrones y aumenta la eficiencia del reactor.

5. Blindaje.- Hormigón, plomo, acero, agua: Evita la fuga de radiación gamma y neutrones rápidos.

6. Material de control.- Cadmio o boro: hace que la reacción en cadena se pare. Son muy buenos absorbentes de neutrones.

7. Elementos de Seguridad.- Todas las centrales nucleares de fisión, constan de múltiples sistemas de seguridad. La contención de hormigón que rodea a los reactores es la principal de ellas. Evitan que se produzcan accidentes, o que, en caso de producirse, haya una liberación de radiactividad al exterior del reactor.

Tipos de reactores nucleares de fisión

LWR - Light Water Reactors (Reactores de agua ligera):

• Refrigerante y moderador: agua.

• Combustible: uranio enriquecido.

CANDU - Canada Deuterium Uranium (Canadá deuterio uranio):

• Refrigerante y moderador: agua pesada.

• Combustible: uranio natural 43.

FBR - Fast Breeder Reactors (reactores rápidos realimentados):

• Refrigerante: sodio liqudo.

• Combustible: plutonio.

• No necesita moderador, utilizan neutrones rápidos en lugar de térmicos para la consecución de la fisión.

AGR - Advanced Gas-cooled Reactor (reactor refrigerado por gas avanzado):

• Refrigerante: CO2.

• Moderador: Grafito 18

• Combustible: Uranio.

RBMK - Reactor Bolshoy Moshchnosty Kanalny (reactor de canales de alta potencia):

• Refrigerante: Agua

• Moderador: Grafito

• Combustible: Uranio enriquecido.

ADS - Accelerator Driven System (sistema asistido por acelerador):

• Combustible: Masa Subcritica de torio

• Se produce la fisión solo por la introducción, mediante aceleradores de partículas, de neutrones en el reactor. Se encuentran en fase de experimentación.

Ventajas de los reactores nucleares de fisión

1. Casi no emiten contaminantes al aire (aunque periódicamente purgan pequeñas cantidades de gases radiactivos)

2. Los residuos producidos son muchísimo menores en volumen y más controlados que los residuos generados por las plantas alimentadas por combustibles fósiles.

Desventajas de los reactores nucleares de fisión

El peligro para la población proviene de varios factores:

1. Accidente en una central atómica.

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