Central nuclear

Elisban santa cruz saya

concepto Una central o planta nuclear es una instalación industrial empleada para la generación

de energía eléctrica a partir de energía nuclear. Se caracteriza por el empleo de combustible nuclear fisionable que mediante reacciones nucleares proporciona calor que a su vez es empleado, a través de un ciclo termodinámico convencional, para producir el movimiento de alternadores que transforman el trabajo mecánico en energía eléctrica. Estas centrales constan de uno o más reactores.

El núcleo de un reactor nuclear consta de un contenedor o vasija en cuyo interior se albergan bloques de un material aislante de la radioactividad, comúnmente se trata de grafito o de hormigón relleno de combustible nuclear formado por material fisible (uranio-235 o plutonio-239). En el proceso se establece una reacción sostenida y moderada gracias al empleo de elementos auxiliares que absorben el exceso de neutrones liberados manteniendo bajo control la reacción en cadena del material radiactivo; a estos otros elementos se les denominan moderadores.

Rodeando al núcleo de un reactor nuclear está el reflector cuya función consiste en devolver al núcleo parte de los neutrones que se fugan de la reacción.

Las barras de control que se sumergen facultativamente en el reactor, sirven para moderar o acelerar el factor de multiplicación del proceso de reacción en cadena del circuito nuclear.

El blindaje especial que rodea al reactor, absorbe la radiactividad emitida en forma de neutrones, radiación gamma, partículas alfa y partículas beta.

Un circuito de refrigeración externo ayuda a extraer el exceso de calor generado.

La Fisión Nuclear

Con el nombre de fisión se conoce la reacción mediante la cual ciertos núcleos de elementos químicos pesados se escinden (se fisionan) en dos fragmentos como consecuencia del impacto de un neutrón. El resultado es la liberación de gran cantidad de energía que se manifiesta en forma de calor. Los neutrones emitidos en la reacción de fisión pueden provocar, a su vez, nuevas fisiones de otros núcleos, siempre que se den determinadas condiciones. El proceso se conoce como reaccción nuclear en cadena. Los descubridores de la reacción nuclear de fisión fueron O. Hahn y F. Strassman, que, en 1938, detectaron la presencia de elementos pequeña masa en una muestra de uranio puro irradiada por neutrones.

Partes de una central nuclear

Central nuclear con un reactor de agua a presión. (RAP, PWR en inglés)

1- Edificio de contención. 2- Torre de refrigeración. 3- Reactor. 4- Barras de control. 5- Acumulador de presión. 6- Generador de vapor. 7- Combustible nuclear. 8- Turbina. 9- Generador eléctrico. 10-Transformador. 11-Condensador. 12-Vapor. 13-Líquido saturado. 14-Aire ambiente. 15-Aire húmedo. 16-Río. 17-Circuito de refrigeración. 18-Circuito primario. 19-Circuito secundario. 20-Emisión de aire húmedo (con vapor de agua). 21-Bomba de vapor de agua.

Tipo de centrales nucleares

Las centrales de fisión se dividen en dos grandes grupos: por un lado los reactores térmicos y por otro los rápidos. La diferencia principal entre estos dos tipos de reactores es que los primeros presentan moderador y los últimos no. Los reactores térmicos (los más utilizados en la actualidad) necesitan para su correcto funcionamiento que los neutrones emitidos en la fisión, de muy alta energía sean frenados por una sustancia a la que se llama moderador, cuya función es precisamente esa. Los reactores rápidos (de muy alta importancia en la generación III+ y IV) sin embargo no precisan de este material ya que trabajan directamente con los neutrones de elevada energía sin una previa moderación.

Los reactores térmicos se clasifican según el tipo de moderador que utilizan, así tenemos: Reactores moderados por agua ligera

Reactores tradicionales LWR (Light Water Reactor) De diseño occidental

PWR (Pressurized Water Reactor) BWR (Boiling Water Reactor)

VVER De diseño ruso Reactores avanzados (basados en los anteriores pero con grandes mejoras en cuanto a seguridad) AP1000 (Advanced Pressurized Reactor) Basados en el PWR EPR (European Pressurized Reactor) Basados en PWR ABWR (Advanced Boiling Water Reactor) Basados en BWR VVER 1000 basado en el VVER

PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor) Reactores moderados por agua pesada CANDU (Canadian Natural Deuterium Uranium)

Reactores moderados con grafito Reactores tradicionales (generalmente refrigerados por gas)

RBMK el de Chernóbil refrigerado por agua MAGNOX de diseño inglés GCR (Gas Carbón Reactor) de diseño francés

Reactores avanzados AGR (Advanced Gas Reactor) reactor avanzado basado en el GCR HTGR (High Tamperature gas reactor) reactor de gas de alta temperatura PBMR (Pebble Bed Modular Reactor)

Por otra parte tenemos los reactores rápidos, todos ellos avanzados, conocidos como FBR (fast breeder reactors): Refrigerados por metales líquidos

Sodio Plomo Plomo-bismuto

Funcionamiento Las centrales nucleares constan principalmente de cuatro partes: El reactor nuclear, donde se produce la reacción nuclear. El generador de vapor de agua (sólo en las centrales de tipo PWR). La turbina, que mueve un generador eléctrico para producir electricidad con la

expansión del vapor. El condensador, un intercambiador de calor que enfría el vapor transformándolo

nuevamente en líquido. El reactor nuclear es el encargado de realizar la fisión o fusión de los átomos

del combustible nuclear, como uranio, generando como residuo el plutonio, liberando una gran cantidad de energía calorífica por unidad de masa de combustible.

El generador de vapor es un intercambiador de calor que transmite calor del circuito primario, por el que circula el agua que se calienta en el reactor, al circuito secundario, transformando el agua en vapor de agua que posteriormente se expande en las turbinas, produciendo el movimiento de éstas que a la vez hacen girar los generadores, produciendo la energía eléctrica. Mediante un transformador se aumenta la tensión eléctrica a la de la red de transporte de energía eléctrica.

Después de la expansión en la turbina el vapor es condensado en el condensador, donde cede calor al agua fría refrigerante, que en las centrales PWR procede de las torres de refrigeración. Una vez condensado, vuelve al reactor nuclear para empezar el proceso de nuevo.

Las centrales nucleares siempre están cercanas a un suministro de agua fría, como un río, un lago o el mar, para el circuito de refrigeración, ya sea utilizando torres de refrigeración o no.

Sistema de refrigeración en una central nuclear

El sistema de refrigeración se encarga de que se enfríe el reactor. Funciona de la siguiente manera: mediante un chorro de agua de 44.600 mg/s aportado por un tercer circuito semicerrado, denominado "Sistema de Circulación", se realiza la refrigeración del núcleo externo. Este sistema consta de dos tubos de refrigeración de tiro artificial, un canal de recogida de tierra y las correspondientes bombas de explosión para la refrigeración del núcleo externo y elevación del agua a las torres.

Seguridad Como cualquier actividad humana, una central nuclear de fisión conlleva riesgos y beneficios. Los riesgos

deben preverse y analizarse para poder ser mitigados. A todos aquellos sistemas diseñados para eliminar o al menos minimizar esos riesgos se les llama sistemas de protección y control. En una central nuclear de uso civil se utiliza una aproximación llamada defensa en profundidad. Esta aproximación sigue un diseño de múltiples barreras para alcanzar ese propósito. Una primera aproximación a las distintas barreras utilizadas (cada una de ellas múltiple), de fuera a dentro podría ser:

Autoridad reguladora: es el organismo encargado de velar que el resto de barreras se encuentren en perfecto funcionamiento. No debe estar vinculado a intereses políticos ni empresariales, siendo sus decisiones vinculantes.

Normas y procedimientos: todas las actuaciones deben regirse por procedimientos y normas escritas. Además se debe llevar a cabo un control de calidad y deben estar supervisadas por la autoridad reguladora.

Primera barrera física (sistemas pasivos): sistemas de protección intrínsecos basados en las leyes de la física que dificultan la aparición de fallos en el sistema del reactor. Por ejemplo el uso de sistemas diseñados con reactividad negativa o el uso de edificios de contención.

Segunda barrera física (sistemas activos): reducción de la frecuencia con la que pueden suceder los fallos. Se basa en la redundancia, separación o diversidad de sistemas de seguridad destinados a un mismo fin. Por ejemplo las válvulas de control que sellan los circuitos.

Tercera barrera física: sistemas que minimizan los efectos debidos a sucesos externos a la propia central. Como los amortiguadores que impiden una ruptura en caso de sismo.

Barrera técnica: todas las instalaciones se instalan en ubicaciones consideradas muy seguras (baja probabilidad de sismo o vulcanismo) y altamente despobladas.

Salvaguardas técnicas. Además debe estar previsto qué hacer en caso de que todos o varios de esos niveles fallaran por

cualquier circunstancia. Todos los trabajadores, u otras personas que vivan en las cercanías, deben poseer la información y formación necesaria. Deben existir planes de emergencia que estén plenamente operativos. Para ello es necesario que sean periódicamente probados mediante simulacros. Cada central nuclear posee dos planes de emergencia: uno interior y uno exterior, comprendiendo el plan de emergencia exterior, entre otras medidas, planes de evacuación de la población cercana por si todo lo demás fallara.