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REACTORES NUCLEARESDeivis Campos CabezasA91264REACTORES NUCLEARESDeivis Campos CabezasA912641Qu es un Reactor Nuclear?Es una instalacin fsica donde se produce, mantiene y controla una reaccin nuclear en cadena. Por lo tanto, en un reactor nuclear se utiliza un combustible adecuado que permita asegurar la normal produccin de energa generada por las sucesivas fisiones. Algunos reactores pueden disipar el calor obtenido de las fisiones, otros sin embargo utilizan el calor para producir energa elctrica.

El primer reactor construido en el mundo fue operado en 1942, en dependencias de la Universidad de Chicago (USA), bajo la atenta direccin del famoso investigador Enrico Fermi. De ah el nombre de Pila de Fermi, como posteriormente se denomin a este reactor. Su estructura y composicin eran bsicas si se le compara con los reactores actuales existentes en el mundo, basando su confinamiento y seguridad en slidas paredes de ladrillos de grafito.

2Pila de Fermi

3La potencia de un reactor de fisin puede variar desde unos pocos kW trmicos a unos 4500 MW trmicos (15 MW "elctricos"). Deben ser instalados en zonas cercanas al agua, como cualquier central trmica, para refrigerar el circuito, y deben ser emplazados en zonas ssmicamente estables para evitar accidentes.

Poseen grandes medidas de seguridad. No emiten gases que daen la atmsfera pero producen residuos radiactivos que duran decenas de miles de aos, y que deben ser almacenados para su posterior uso en reactores avanzados y as reducir su tiempo de vida a unos cuantos cientos de aos.

4Elementos de un Reactor Nuclear

5Partes Esenciales de un Reactor de Fisin NuclearEl Combustible:Material fisionable utilizado en cantidades especficas y dispuesto en forma tal, que permite extraer con rapidez y facilidad la energa generada. El combustible en un reactor se encuentra en forma slida, siendo el ms utilizado el Uranio bajo su forma isotpica de U-235. Sin embargo, hay elementos igualmente fisionables, como por ejemplo el Plutonio que es un subproducto de la fisin del Uranio.En la naturaleza existe poca cantidad de Uranio fisionable, es alrededor del 0,7%, por lo que en la mayora de los reactores se emplea combustible enriquecido, es decir, combustible donde se aumenta la cantidad de Uranio 235.

Barras de Combustible:

Son el lugar fsico donde se confina el Combustible Nuclear. Algunas Barras de Combustible contienen el Uranio mezclado en Aluminio bajo la forma de lminas planas separadas por una cierta distancia que permite la circulacin de fluido para disipar el calor generado. Las lminas se ubican en una especie de caja que les sirve de soporte.6Ncleo del Reactor:

Est constituido por las Barras de Combustible. El ncleo posee una forma geomtrica que le es caracterstica, refrigerado por un fluido, generalmente agua. En algunos reactores el ncleo se ubica en el interior de una piscina con agua, a unos 10 a 12 metros de profundidad, o bien al interior de una vasija de presin construida en acero.

Barras de Control:

Todo reactor posee un sistema que permite iniciar o detener las fisiones nucleares en cadena. Este sistema lo constituyen las Barras de Control, capaces de capturar los neutrones que se encuentran en el medio circundante. La captura neutrnica evita que se produzcan nuevas fisiones de ncleos atmicos del Uranio. Generalmente, las Barras de Control se fabrican de Cadmio o Boro.

Partes Esenciales de un Reactor de Fisin Nuclear7Moderador:

Los neutrones obtenidos de la fisin nuclear emergen con velocidades muy altas (neutrones rpidos). Para asegurar continuidad de la reaccin en cadena, es decir, procurar que los nuevos neutrones sigan colisionando con los ncleos atmicos del combustible, es necesario disminuir la velocidad de estas partculas (neutrones lentos). Se disminuye la energa cintica de los neutrones rpidos mediante choques con tomos de otro material adecuado, llamado Moderador.Se utiliza como Moderador el agua natural (agua ligera), el agua pesada (deuterada), el Carbono (grafito), etc.

Refrigerante:

El calor generado por las fisiones se debe extraer del ncleo del reactor. Para lograr este proceso se utilizan fluidos en los cuales se sumerge el ncleo. El fluido no debe ser corrosivo, debe poseer gran poder de absorcin calorfico y tener pocas impurezas. Se puede utilizar de refrigerante el agua ligera, el agua pesada, el anhdrido carbnico, etc.

Partes Esenciales de un Reactor de Fisin Nuclear8Blindaje:

En un reactor se produce gran cantidad de todo tipo de radiaciones, las cuales se distribuyen en todas direcciones. Para evitar que los operarios del reactor y el medio externo sean sometidos indebidamente a tales radiaciones, se utiliza un adecuado Blindaje Biolgico que rodea al reactor. Los materiales ms usados en la construccin de blindajes para un reactor son el agua, el plomo y el hormign de alta densidad, con a los menos 1,5 metros de espesor.

Partes Esenciales de un Reactor de Fisin Nuclear

9Tipos de reactores nucleares de fisinLWR - Light Water Reactors (Reactores de agua ligera): utilizan como refrigerante y moderador el agua. Como combustible uranio enriquecido. Los ms utilizados son los PWR (Pressure Water Reactor o reactores de agua a presin) y los BWR (Boiling Water Reactor o reactores de agua en ebullicin): 264 PWR y 94 BWR en funcionamiento en el 2007.

CANDU - Canada Deuterium Uranium (Canad deuterio uranio): Utilizan como moderador y refrigerante agua pesada (compuesta por dos tomos de deuterio y uno de oxgeno). Como combustible utilizan uranio natural: 43 en funcionamiento en el 2007.

FBR - Fast Breeder Reactors (reactores rpidos realimentados): utilizan neutrones rpidos en lugar de trmicos para la consecucin de la fisin. Como combustible utiliza plutonio y como refrigerante sodio lquido. Este reactor no necesita moderador: 4 operativos en el 2007. Solo uno en operacin.10AGR - Advanced Gas-cooled Reactor (reactor refrigerado por gas avanzado): usa uranio como combustible. Como refrigerante utiliza CO2 y como moderador grafito: 18 en funcionamiento en el 2007.

RBMK - Reactor Bolshoy Moshchnosty Kanalny (reactor de canales de alta potencia): su principal funcin es la produccin de plutonio, y como subproducto genera energa elctrica. Utiliza grafito como moderador y agua como refrigerante. Uranio enriquecido como combustible. Puede recargarse en marcha. Tiene un coeficiente de reactividad positivo. El reactor de Chernbil era de este tipo. Existan 12 en funcionamiento en el 2007.

ADS - Accelerator Driven System (sistema asistido por acelerador): utiliza una masa subcrtica de torio, en la que se produce la fisin solo por la introduccin, mediante aceleradores de partculas, de neutrones en el reactor. Se encuentran en fase de experimentacin, y se prev que una de sus funciones fundamentales sera la eliminacin de los residuos nucleares producidos en otros reactores de fisin.Tipos de reactores nucleares de fisin11Aplicaciones Generacin nuclear:

Produccin de calor para la generacin de energa elctricaProduccin de calor para uso domstico e industrialProduccin de hidrgeno mediante electrlisis de alta temperaturaDesalacin

Propulsin nuclear:

MartimaCohetes de propulsin trmica nuclear (propuesta).Cohetes de propulsin nuclear pulsada (propuesta).

12Transmutacin de elementos:

Produccin de plutonio, utilizado para la fabricacin de combustible de otros reactores o de armamento nuclearCreacin de diversos istopos radiactivos, como el americio utilizado en los detectores de humo, o el cobalto-60 y otros que se utilizan en los tratamientos mdicos

Aplicaciones de investigacin, incluyendo:

Su uso como fuentes de neutrones y de positrones (Ej: para su uso de anlisis mediante activacin neutrnica o para el datado por el mtodo de potasio-argn).Desarrollo de tecnologa nuclear.

Aplicaciones

13Ventajas de los reactores nucleares de fisin Una de las ventajas de los reactores nucleares actuales es que casi no emiten contaminantes al aire (aunque peridicamente purgan pequeas cantidades de gases radiactivos), y los residuos producidos son muchsimo menores en volumen y ms controlados que los residuos generados por las plantas alimentadas por combustibles fsiles.

El uranio enriquecido utilizado en las centrales nucleares no sirve para construir un arma nuclear ni para usar uranio procedente de ellas. Para ello se disean los reactores en ciclos de alto enriquecimiento o bien se usan diseos como reactores tipo RBMK usados para la generacin de plutonio.

14ltimamente se investigan centrales de fisin asistida, donde parte de los residuos ms peligrosos seran destruidos mediante el bombardeo con partculas procedentes de un acelerador (protones seguramente) que por espalacin produciran neutrones que a su vez provocaran la transmutacin de esos istopos ms peligrosos. Esta sera una especie de central de neutralizacin de residuos radiactivos automantenida. El rendimiento de estas centrales sera en principio menor, dado que parte de la energa generada se usara para la transmutacin de los residuos. Se estima que la construccin del primer reactor de transmutacin (Myrrha) comenzar en el ao 2014.

15Desventajas de los reactores nucleares de fisin El peligro para la poblacin proviene de varios factores: 1) accidente en una central atmica, 2) ataque terrorista, 3) peligrosidad de los residuos y su alto poder contaminante del medio ambiente, 4) basureros nucleares, 5) posible desviacin de los residuos para la produccin de armas de destruccin masiva.

Los reactores nucleares generan residuos radiactivos. Algunos de ellos con un semiperiodo elevado, como el americio, el neptunio o el curio y de una alta toxicidad. Los detractores de la energa nuclear hacen hincapi en el peligro de esos residuos que duran cientos e incluso miles de aos.

Algunas reactores nucleares se utilizaron para generar plutonio 239 utilizado en el armamento nuclear. Los reactores civiles generan plutonio pero el plutonio 239 (requerido en las armas nucleares) aparece mezclado con altas proporciones de plutonio 240, 238, 240 y 242, lo hace inviables para uso militar.16Los accidentes nucleares ms graves han sido: Mayak (Rusia) en 1957, Windscale (Gran Bretaa) en 1957, Three Mile Island (EE. UU.) en 1979, Chernbil (Ucrania) en 1986, Tokaimura (Japn) en 1999 y Fukushima (Japn) 2011.

La peligrosidad de los residuos nucleares es un tema altamente controvertido. Estos se suelen asociar a la generacin de energa nuclear de fisin, sin embargo existen infinidad de fuentes radiactivas empleadas en diversos usos que tambin son enterradas en cementerios nucleares. La mayora de los pases tienen empresas nacionales encargadas de la gestin de estos residuos, normalmente la tarifa elctrica incluye un porcentaje que se destina a este fin.

En la actualidad no existen almacenes definitivos destinados al enterramiento del combustible gastado, se suelen mantener en piscinas en los mismos emplazamientos de los reactores o en almacenes centralizados. Para muchos esta es la opcin ms razonable puesto que en el combustible gastado conserva el 95% del uranio, lo que permitir en el futuro su reutilizacin, de hecho algunos pases ya lo hacen pero la tcnica es muy costosa.Desventajas de los reactores nucleares de fisin 17Fukushima

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Reactor nuclear de fusin Instalacin destinada a la produccin de energa mediante la fusin nuclear. Tras ms de 60 aos de investigacin en este campo, se ha logrado mantener una reaccin controlada, si bien an no es energticamente rentable.

La mayor dificultad se halla en soportar la enorme presin y temperatura que requiere una fusin nuclear (que slo es posible encontrar de forma natural en el ncleo de una estrella). Adems este proceso requiere una enorme inyeccin de energa inicial (aunque luego se podra automantener ya que la energa desprendida es mucho mayor).

Actualmente existen dos lneas de investigacin, el confinamiento inercial y el confinamiento magntico.19Reactor nuclear de fusinEl confinamiento inercial consiste en contener la fusin mediante el empuje de partculas o de rayos lser proyectados contra una partcula de combustible, que provocan su ignicin instantnea.Los dos proyectos ms importantes a nivel mundial son el NIF (National Ignition Facility) en EE.UU. y el LMJ (Lser Mega Joule) en Francia.

El confinamiento magntico consiste en contener el material a fusionar en un campo magntico mientras se le hace alcanzar la temperatura y presin necesarias. El hidrgeno a estas temperaturas alcanza el estado de plasma.

20Seguridad en los Reactores NuclearesSistemas de Control.

Bsicamente est constituido por las barras de control y por diversa instrumentacin de monitoreo.

Las barras de control son accionadas por una serie de sistemas mecnicos, elctricos u electrnicos, de tal manera de asegurar con rapidez la extincin de las reacciones nucleares.

La instrumentacin de monitoreo se ubica en el interior o en el exterior del ncleo del reactor y su finalidad es mantener constante vigilancia de aquellos parmetros necesarios para la seguridad: presin, temperatura, nivel de radiacin, etc.

21Seguridad en los Reactores NuclearesSistemas de Contencin

Constituido por una serie de barreras mltiples que impiden el escape de la radiacin y de los productos radiactivos.

La primera barrera, en cierto tipo de reactores, es un material cermico que recubre el Uranio utilizado como elemento combustible.

La segunda barrera es la estructura que contiene al Uranio, es decir, se trata de las barras de combustible.

La tercera barrera es la vasija que contiene el ncleo del reactor. En los reactores de potencia se denomina vasija de presin y se construye de un acero especial con un revestimiento interior de acero inoxidable.

22Seguridad en los Reactores NuclearesLa cuarta barrera lo constituye el edificio que alberga al reactor en su conjunto. Se conoce con el nombre de Edificio de Contencin y se construye de hormign armado de, a lo menos, 90 cm de espesor. Se utiliza para prevenir posibles escapes de productos radiactivos al exterior, resistir fuertes impactos internos o externos, soportar grandes variaciones de presin y mantener una ligera depresin en su interior que asegure una entrada constante de aire desde el exterior, de tal forma de evitar cualquier escape de material activado.

23Seguridad en los Reactores NuclearesConcepto de Seguridad a Ultranza.

Toda central nuclear se disea y construye bajo el concepto de Seguridad a Ultranza, es decir, se privilegia ante todo la seguridad de toda instalacin. Se busca reducir al mnimo posible toda exposicin a las radiaciones, no slo en caso de accidente, sino durante las operaciones normales de su personal.

Ciclo del Combustible Nuclear

El Ciclo del Combustible Nuclear son todos los procesos por los cuales se somete al Uranio desde que se extrae de la tierra hasta su utilizacin en el reactor y su posterior reelaboracin o su almacenamiento como residuo. Consta de las siguientes etapas:

24Seguridad en los Reactores Nucleares1. Primera etapa de Minera y Concentracin del Uranio. 2. Segunda etapa de Conversin y Enriquecimiento. 3. Tercera etapa de Fabricacin de Elementos Combustibles. 4. Cuarta etapa de Uso del Combustible en un reactor. 5. Quinta etapa de Reelaboracin. 6. Sexta etapa de Almacenamiento de Residuos.

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BOMBAS SUCIAS26Bombas suciasTrmino que se utiliza para denominar a los artefactos explosivos que diseminan elementos radiactivos en la atmsfera.

Se ha usado para denominar a uno de los posibles tipos de los llamados dispositivos de dispersin radiolgica (DDR). Otra denominacin que se utiliza para este artefacto es el de bomba radiolgica.

Bombas suciasUna bomba sucia es una mezcla de explosivos (como la dinamita) y polvo o perdigones radioactivos. Cuando la bomba estalla, la explosin lanza material radioactivo a las zonas circunvecinas. La mayora de las lesiones provocadas por una bomba sucia son producto de la explosin.

CaractersticasSi esta se encuentra bien fabricada pulverizara el material lo suficiente como para dispersarlo y existira la probabilidad de contaminar una zona de una ciudad poblada. El rea que se contaminara sera mayor o menor dependiendo de las condiciones atmosfricas, siendo tanto ms peligrosa la radiactividad cuanto menos se dispersara, pero a la contra, si se dispersara mucho afectara a ms personas.

No es probable el uso de este tipo de armas en aplicaciones militares debido a su baja letalidad y a que sus efectos probabilsticos (como el cncer) apareceran demasiado tarde para convertir la bomba sucia en un arma efectiva. Es ms probable su uso estratgico pero incluso ste resulta bastante peligroso ya que puede convertirse fcilmente en un arma de doble filo.

EfectosAdems de los estudios realizados por Irak, prcticamente todas las agencias del mundo ocupadas de la seguridad de las fuentes radiactivas, ya civiles o militares, se han volcado en conocer los posibles efectos de uno de estos artefactos.

Tanto la OIEA (Organizacin Internacional para la Energa Atmica), la ICRP (International Comission on Radiological Protection), la HPS (Health Physics Society) y otros organismos, estn de acuerdo en afirmar que los efectos inmediatos a la salud no sern mayores que los producidos por el explosivo en s mismo

Gracias por su atencin