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21/11/201721/11/2017 Dr. Osvaldo Azpitarte - CNEA
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Cnl (R) Dr Osvaldo Azpitarte 22 de noviembre de 2017
Energía nuclear
21/11/2017
Temario
Energía nuclear
• Conceptos básicos de física nuclear
• Usos bélicos de la energía nuclear
• Usos pacíficos de la energía nuclear
• Reactores nucleares
• La energía nuclear en el mundo
• La energía nuclear en Argentina
21/11/2017
Energía Nuclear
Conceptos básicos de física nuclear
• Reacciones químicas
Combinación o redistribución de átomos para formar nuevas moléculas
Hay intercambio de electrones
2 H2 + O2 2 H2O (exotérmicas o endotérmicas)
Combustión
Explosiones convencionales
• Reacciónes nucleares
Combinación o redistribución de nucleones (protones o neutrones) para formar nuevos átomos
EHOFNHe 2
1
16
8
18
9
14
7
4
2
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Energía Nuclear
Conceptos básicos de física nuclear
• Reacción nuclear de fisión
energíaneutrón
uranio 235
físilnúcleo compuesto
fragmento
de fisión
(radiactivo)
fragmento
de fisión (radiactivo)
2 o 3
neutrones
10 –12 segundos
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Energía Nuclear
Conceptos básicos de física nuclear
•energía
• Reacción de fisión en cadena
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Energía Nuclear
Conceptos básicos de física nuclear
• Reacción nuclear de fusión
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Energía Nuclear
Conceptos básicos de física nuclear
• De dónde proviene la energía nuclear
E = m c2
Energía = masa (velocidad de la luz)2
Energía Nuclear
Conceptos básicos de física nuclear
• Materiales físiles pueden fisionar:
• Materiales fértiles dan lugar a materiales físiles:
• Uranio natural 99.3 % U238 + 0.7 % U235
• Masa crítica mínima cantidad de material físil que puede
sostener reacción de fisión en cadena
Mc ~ 10 kg21/11/2017
8
239
94
238
92 Pun1U
239
94
235
92
233
92 Pu,U,U
233
92
232
90 Un1Th
Energía Nuclear
Conceptos básicos de física nuclear
• Obtención de material físil
– U235 Uso bélico : 90 % U235 + 10 % U238
Uso pacífico : hasta 20 % U235 + 80 % U238
Métodos físicos Difusión gaseosa
Ultracentrifugación
– Pu239 Método químico : reprocesamiento de combustible nuclear
quemado21/11/2017
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Energía Nuclear
Usos de la energía nuclear
• Usos bélicos
Cabezas nucleares de fisión : U235 (Hiroshima) o Pu239 (Nagasaki)
Cabezas nucleares de fusión: H2 (Deuterio) y H3 (tritio)
Bomba radiológica: Explosivo convencional con material radioactivo (Co60)
• Usos pacíficos
Producción de energía eléctrica: reactores nucleares de potencia
Medicina nuclear : reactores nucleares de investigación – producción de radioisótopos
Industria : gamagrafía, prospección de petróleo
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Energía Nuclear
Usos pacíficos de la energía nuclear
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• Reactores nucleares de potencia
AL CONSUMO
Blindaje
Barras de
control
Circuito
primario
Turbina
Condensador
Generador eléctrico
Circuito
secundario
Intercambiador
de Calor
AL CONSUMO
Blindaje
Barras de
control
Circuito
primario
Turbina
Condensador
Generador eléctrico
Circuito
secundario
Intercambiador
de Calor
ESQUEMA DE UN REACTOR NUCLEAR ESQUEMA DE UN REACTOR NUCLEAR
DE POTENCIADE POTENCIA
Energía Nuclear
Usos pacíficos de la energía nuclear
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• Reactores nucleares de potencia
Uranio enriquecido al 4 % + H2OCLASIFICACIÒN POR CICLO REFRIGERANTECLASIFICACIÒN POR CICLO REFRIGERANTE
Tipo PWR
Tipo BWR
(Pressurized Water Reactor)
(Boiling Water Reactor)
Energía Nuclear
Usos pacíficos de la energía nuclear
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• Reactores nucleares de potencia
Uranio natural + D2
O
Atucha I
Atucha II
Embalse
Energía Nuclear
Usos pacíficos de la energía nuclear
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Reactor nuclear de fusión - 2050 ?
Energía Nuclear
La energía nuclear en el mundo
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Country No of
Units
% of
Total
Country
No of
Units
% of
Total
ARGENTINA 2 8 LITHUANIA 2 77
ARMENIA 1 34 MEXICO 2 3
BELGIUM 7 58 NETHERLANDS 1 4
BRAZIL 2 4 PAKISTAN 2 2
BULGARIA 4 41 ROMANIA 1 10
CANADA 14 12 RUSSIA 30 15
CHINA 7 1 SOUTH AFRICA 2 6
CZECH REPUBLIC 6 19 SLOVAKIA 6 53
FINLAND 4 30 SLOVENIA 1 38
FRANCE 59 77 SPAIN 9 26
GERMANY 19 30 SWEDEN 11 43
HUNGARY 4 39 SWITZERLAND 5 35
INDIA 14 3 UNITED KINGDOM 31 22
JAPAN 54 34 UKRAINE 13 46
KOREA REPUBLIC OF 18 39 UNITED STATES 104 20
Total 441
Energía Nuclear
La energía nuclear en el mundo
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0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
2000 2010 2020 2030 2040 2050
GW
ePerspectiva de la energía nuclear
Energía Nuclear
La energía nuclear en el mundo
• El Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA – IAEA)
– Fundado en 1957 - Sede : Viena
– 3 pilares : verificación, seguridad nuclear, transferencia de tecnología
– Verifica cumplimiento del TNP (Tratado de No Proliferación) y PA
(Protocolo Adicional)
Firmaron 189 países – 5 países nucleares – 4 países no firmaron (Israel,
India, Paquistán, Haití)
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Energía Nuclear
La energía nuclear en Argentina
• Organización de la actividad nuclear en la Argentina
(Ley 24804)
– Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA)
Asesoramiento – Investigación y desarrollo – Reactores de
investigación y producción de radioisótopos
– Autoridad Regulatoria Nuclear (ARN)
Licenciamiento y control
– Nucleoeléctica Argentina S.A. (NASA)
Reactores de potencia
– INVAP
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Energía Nuclear
La energía nuclear en Argentina
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• Reactores argentinos de potencia
– Atucha I
• Potencia : 357 MWe
• Primer reactor de potencia en el hemisferio sur
• En servicio desde 1974
• Tecnología alemana Siemens
– Embalse
• Potencia : 648 MWe
• En servicio desde 1983
• Tecnología canadiense CANDU
– Atucha II
• Potencia: 745 MWe
• Tecnología alemana Siemens
Energía Nuclear
La energía nuclear en Argentina
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• Reactores argentinos de potencia
Atucha I y II
Energía Nuclear
La energía nuclear en Argentina
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• Reactores argentinos de potencia
EMBALSEEMBALSE
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Energía Nuclear
La energía nuclear en Argentina
– RA0 : Univ. Nac. Córdoba
– RA1 : Ctro. At. Constituyentes
– RA3 : Ctro. At. Ezeiza
– RA4 : Univ. Nac. Rosario
– RA6 : Ctro. At. Bariloche
– RA8 : Complejo Téc. Pilcaniyeu
Reactores Experimentales
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Energía Nuclear
La energía nuclear en Argentina
• Proyecto Reactor CAREM
– CAREM : Central ARgentina de Elementos Modulares
– Reactor nuclear innovativo – integrado – de baja potencia (25 MW)
– Programa de reactores :
• Reactores de investigación : INVAP : OPAL (Australia), Egipto, Argelia, Perú
• Reactores de potencia : CAREM
– Características :
• Integrado : núcleo – generadores de vapor – refrigerante en un solo recipiente de presión
• Uranio enriquecido (~ 3% U235) – agua liviana (H2O)
• Refrigerante circula por convección natural (sin ayuda de bombas)
• Sistemas de seguridad pasivos (no requieren intervención humana – leyes físicas)
• Autopresurizado (no requiere presurizador)
– Prototipo construido ~ 2020?
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Energía Nuclear
La energía nuclear en Argentina
• Proyecto Reactor CAREM
Diseño PWR tradicional Diseño PWR integrado - CAREM
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Energía Nuclear
La energía nuclear en Argentina
• Formación de Recursos Humanos
– Instituto Balseiro (CNEA – Univ Nac Cuyo) – CAB
- Carreras de Grado - Carreras de Posgrado
- Lic. en Física - Maestría en Física / Física Médica
- Ing. Nuclear - Maestría en Ingeniería
- Ing. Mecánica - Doctorado en Física / Ingeniería
– Instituto Jorge Sábato (CNEA – Univ Nac San Martín) – CAC
- Carreras de Grado - Carreras de Posgrado
- Ing en Materiales - Maestría en Ciencia y Tecnología de los Mat.
- Doctorado en Ciencia y Tecnología (Mat / Fís)
– Instituto Dan Beninson (CNEA – Univ Nac San Martín) – CAE
- Carreras de Posgrado
- Especialización en Radioquímica
- Especialización en Reactores Nucleares
- Tecnicatura en Medicina Nuclear
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Energía Nuclear
La energía nuclear en Argentina
• Medicina nuclear y producción de radioisótopos– Producción de Molibdeno 99 (Mo-99) a partir de la irradiación de
blancos de uranio de bajo enriquecimiento (20%) – Uso en medicina
– (RA3 – CAE)
– Producción de fuentes selladas de Cobalto 60 (Co-60) – uso en
medicina e industria – exportación – (RA3 –CAE)
– Proyecto BNCT (Boron Neutron Capture Therapy) – tratamiento de
tumores cerebrales por terapia de captura de neutrones en boro–
(RA6 – CAB)
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