librocbctn-ed2 ciencia y tecnología nuclear.pdf

7/23/2019 LibroCBCTN-ed2 ciencia y tecnologa nuclear.pdf

1/160

Curso Bsico de

Ciencia y

Tecnologa Nuclear


2/160

Jvenes Nucleares

Sociedad Nuclear Espaolawww.jovenesnucleares.org

Direccin- coordinacin: Sara Prez MartnAutores: Francisco lvarez Velarde

Alfonso Barbas EspaSylvia Choithramani BecerraManuel Cotelo FerreiroManuel Fernndez OrdoezLaura Gala DelgadoJorge Rafael Gonzlez TeodoroAinhoa Hinestrosa MaganMatthias HorvathGonzalo Jimnez VarasBorja Lpez de Castro UrraRafael Lpez GeladoEncarna Morales PrietoGonzalo Oliveros GarcaSara Prez Martn

Jos Luis Prez RodrguezRafael Rubio MontaaPatricia Rubio OviedoJavier Senz de Santa Mara ValnMiguel Snchez LpezJos Antonio Surez NavarroTomas Villar Snchez

Revisores: Alberto Foronda Delgado, Raquel Ochoa ValeroImpresin: Lavel Industria Grfica S. A.Depsito legal: M-24599-2013


3/160


4/160


5/160

Prlogo 9

1. Fsica nuclear y radiacin 11

Manuel Fernndez Ordez y Gonzalo Jimnez Varas

1. 1. Breve historia de la fsica nuclear 111. 2. El ncleo atmico 151. 3. Estabilidad de los ncleos y radiactividad 161. 4. Fisin y fusin 181. 5. Conclusiones 221. 6. Bibliografa y recursos web 22

2. Centrales nucleares 25Ainhoa Hinestrosa Magan y Javier Senz de Santa Mara Valn

2. 1. Centrales de produccin de energa elctrica 262. 2. Centrales nucleares: la fisin nuclear 292. 3. Tipos de centrales nucleares 302. 4. Sistemas y componentes principales 332. 5. Centrales nucleares en Espaa 382. 6. Conclusiones 39

2. 7. Bibliografa y recursos web 40

3. Combustible nuclear 41Sylvia Choithramani Becerra, Matthias Horvath y Patricia Rubio Oviedo

3. 1. Fase Pre-reactor 413. 2. Fase Reactor 483. 3. Fase Post-reactor 503. 4. Reservas de combustible y alternativas de futuro 51

3. 5. Conclusiones 543. 6. Bibliografa y recursos web 54

4. Seguridad nuclear 57Borja Lpez de Castro Urra y Miguel Snchez Lpez

4. 1. La seguridad en las centrales nucleares 584. 2. El factor humano y la cultura de seguridad 664. 3. El Consejo de Seguridad Nuclear 69

4. 4. Conclusiones 704. 5. Bibliografa y recursos web 71


6/160

5. Proteccin radiolgica 73Alfonso Barbas Espa y Maita Morales Prieto

5. 1. Interaccin de las radiaciones ionizantes 745. 2. Medidas y unidades en proteccin radiolgica 765. 3. Equipos y sistemas en proteccin radiolgica 805. 4. Conclusiones 845. 5. Bibliografa y recursos web 85

6. Gestin de residuos radiactivos 87Rafael Lopez Gelado, Gonzalo Oliveros Garca, Rafael Rubio Montaa y JosAntonio Suarez Navarro

6. 1. Cmo se clasifican los residuos radiactivos? 876. 2. Qu actividades generan residuos radiactivos? 896. 3. Gestin de los residuos radiactivos en Espaa. 926. 4. Periodo de operacin de una central nuclear 986. 5. Desmantelamiento de instalaciones nucleares 996. 6. Conclusiones 1016. 7. Bibliografa y recursos web 101

7. Centrales nucleares del futuro 103Manuel Cotelo Ferreiro, Sara Prez Martn y Jos Luis Prez Rodrguez

7. 1. La generacin III 1057. 2. La generacin IV 1117. 3. La fusin 1157. 4. Conclusiones 1177. 5. Bibliografa y recursos web 118

8. Aplicaciones de la tecnologa nuclear 119Francisco lvarez Velarde, Jorge Rafael Gonzlez Teodoro y Tomas VillarSnchez

8. 1. La medicina nuclear 1198. 2. La energa nuclear y la industria 1258. 3. Aplicaciones en la agricultura y la alimentacin 1278. 4. Aplicaciones nucleares en arte 1288. 5. Usos civiles en seguridad 1298. 6. Exploracin espacial 130


7/160

8. 7. Principales radioistopos y sus aplicaciones 1318. 8. Conclusiones 1328. 9. Bibliografa y recursos web 133

9. Aspectos socioeconmicos y ambientales 135Laura Gala Delgado

9. 1. Perspectivas energticas actuales y futuras 1359. 2. Sostenibilidad en el sistema elctrico 1379. 3. Seguridad de suministro frente a vulnerabilidad 1399. 4. Competitividad 1429. 5. Respeto al medio ambiente 1439. 6. Otros aspectos a tener en cuenta 1479. 7. Conclusiones 1519. 8. Bibliografa y recursos web 152

Listado de Autores 155


8/160


9/160

9

Prlogo

El principal objetivo de este libro es acercar a los lectores las

nociones generales y los aspectos ms relevantes de la ciencia y latecnologa nuclear.

El libro comienza con las nociones bsicas sobre la fsica nuclear ycon la descripcin de las centrales nucleares, el combustible nucleary los aspectos de seguridad ms importantes de las mismas. Seincluye un captulo dedicado a la proteccin radiolgica quedescribe los conceptos y mtodos de esta disciplina. A continuacinse trata el tema de los residuos radiactivos y su gestin, incluyendoel proceso de desmantelamiento de las instalaciones nucleares y

radiactivas. Tras los primeros seis captulos centradosprincipalmente en la tecnologa actual, se procede a la descripcinde las generaciones ms avanzadas de reactores. Se reserva uncaptulo para exponer otras aplicaciones de la tecnologa nuclearilustrando que sus usos van mucho ms all de la generacin deenerga elctrica. Por ltimo se cierra el libro con el anlisis sobre elpapel que juega la energa nuclear en el mbito socioeconmico deun pas.

Al final de cada captulo se incluye una seccin de bibliografadonde se recogen las fuentes de las figuras utilizadas y recursos dela web donde obtener ms informacin sobre cada captulo.

Para completar el alcance de este libro se recomienda al lectorinteresado que se ponga en contacto con los centros deinformacin de las centrales nucleares espaolas para solicitar unavisita y poder tener as una visin real de cmo es, cmo funciona ycmo se trabaja en una central nuclear. stas son las direccionesweb de cada central nuclear donde podr encontrar ms

informacin:

Central Nuclear de Almaraz: www.cnat.es

Central Nuclear de Asc: www.anav.es

Central Nuclear de Cofrentes: www.cncofrentes.es

Central Nuclear de Santa Mara de Garoa: www.nuclenor.org

Central Nuclear de Trillo: www.cnat.es

Central Nuclear de Vandells II: www.anav.es


10/160


11/160

11

1. Fsica nuclear y radiacin

Manuel Fernndez Ordez

Gonzalo Jimnez Varas

La Fsica Nuclear, que trata sobre la estructura, propiedades ytransformaciones de los ncleos atmicos, es una disciplinacientfica que cuenta apenas con un siglo de antigedad. Eldescubrimiento de los rayos-X en 1895 y de la radiactividad naturalen 1896 marc el comienzo de la rama de la ciencia que a mediadosdel siglo XX desencadenara la III Revolucin Industrial.

Muchos han sido los avances, tanto tericos como experimentales,desde finales del siglo XIX. En este captulo se presenta un pequeoresumen de la visin que los cientficos han tenido del tomo desdeaquellos aos y cmo el conocimiento del mismo se ha idotransformando paulatinamente. Posteriormente se describen losdos tipos de reacciones ms energticas del universo, tanto lafusin como la fisin, haciendo especial hincapi en esta ltima, ya

que en ella se basa el funcionamiento de todas las centralesnucleares existentes en el mundo. Se finaliza el captulo con unabreve descripcin histrica del desarrollo de la energa nuclear.

1. 1.

Breve historia de la fsica nuclear

A lo largo de la historia, fueron varios los modelos que trataron dedescribir cmo estaba hecha la materia. Hacia el ao 400 a.C., elfilsofo Demcrito describa la materia como una entidad formada

por tomos, que por definicin eran entes indivisibles, suspartculas fundamentales.

Pocos avances tericos se realizaron hasta hace poco ms dedoscientos aos, a principios del siglo XIX, y aun as la concepcinque se tena de la estructura de la materia era radicalmente distintaa la que se tiene hoy en da. Se pensaba, gracias al modelo atmicopostulado por el cientfico ingls John Dalton en 1808, que lamateria estaba compuesta por tomos, que no se podan dividir deninguna manera, que eran iguales entre s en cada elementoqumico y que adems no tenan carga elctrica.


12/160

12

A finales de dicho siglo, en 1896, debido en gran parte a lacasualidad, un cientfico francs llamado Henri Becquerel descubrique algunos materiales que se podan encontrar en la naturalezaemitan partculas. Ese extrao fenmeno fue denominado

posteriormente radiactividad.

Slo un ao despus, el ingls J.J. Thompson descubra el electrn,una partcula muchsimo ms pequea que el tamao de losdenominados tomos y que adems estaba cargada. Esos doshechos desmontaban por completo la concepcin que se tena de lamateria. El mismo Thompson, el ao siguiente propuso un modelode tomo en el que encajaba dicho descubrimiento: ese tomoanteriormente indivisible en realidad estaba compuesto por una

masa de carga positiva que tena alojados en su interior loselectrones. El conjunto por tanto, era de carga neutra.

Ese mismo ao 1898 el matrimonio francs formado por Pierre yMarie Curie descubri nuevos materiales radiactivos como elradio y el polonio. Pero esta vez, lo que emitan era mucho msgrande que un electrn y de carga positiva: una partcula alfa.

Un reputado cientfico neozelands llamado Ernest Rutherford,discpulo de Thompson, quiso verificar lo bueno que era el modelo

propuesto por Thompson y bombarde lminas de oro muy finascon dichas partculas alfa. Los resultados que se esperaban eranque la mayora de las partculas alfa (de carga positiva) rebotasedebido a la dificultad de atravesar la densa masa positiva conelectrones que era la materia en el modelo de Thompson. Parasorpresa de todos, la mayora de las partculas alfa atravesaron lamateria, algunas de ellas desvindose cierto ngulo, otras pocasfueron rebotadas. Eso no encajaba con el modelo anterior, habaque pensarse las cosas de nuevo.

El mismo Rutherford propuso un modelo de tomo en 1911 queestaba de acuerdo con su experiencia: el tomo en realidad estabaconstituido por un ncleo de carga positiva en el centro conelectrones alrededor. Ese ncleo se sospechaba que estabacompuesto por partculas positivas (protones) y neutras (lo que mstarde se denomin neutrones). El tamao del ncleo en relacincon el del tomo era como un baln de ftbol en el centro de unestadio: es decir, el tomo estaba prcticamente hueco, por eso laspartculas alfa pasaban a travs de l, y slo unas pocas conseguan


13/160

13

colisionar con el pequesimo ncleo o eran desviadas si pasabancerca.

Ese modelo fue completado de forma inmediata por otro de los

mayores cientficos del siglo XX, el dans Niels Bohr, joven discpulode Rutherford, que a los 26 aos introdujo un modelo ms slido,que tena en cuenta la fsica cuntica para explicar los movimientosde los electrones alrededor del ncleo y los organizaba en distintascapas.

Figura 1. Esquema del tomo segn el modelo de Rutherford

Unos aos despus, la total irrupcin de la mecnica cuntica llegal modelo atmico de la mano del austraco Erwin Schrdinger, cuyomodelo propuesto en 1926 sigue an vigente.

Aos ms tarde, en 1932, se verifica la existencia de esa partculadenominada neutrn, mediante una serie de experimentosrealizados por el ingls James Chadwick.

Hoy se sabe que un tomo consta de un ncleo que porta casi la

totalidad de la masa del tomo y unos electrones dispuestos entorno al ncleo de acuerdo con unas distribuciones de probabilidadque determina la fsica cuntica. El ncleo del tomo no es un entefundamental, sino que puede ser dividido en partes ms pequeas.Est formado por neutrones (sin carga elctrica) y protones (concarga elctrica positiva), y se sabe que estas dos partculas(llamadas genricamente nucleones) tampoco son indivisibles, sinoque estn compuestas de otras ms pequeas denominadas quarks.

Despus del descubrimiento del neutrn, muchos cientficosfamosos realizaron experimentos en los que bombardeaban al


14/160

14

material ms pesado de la naturaleza (uranio) con neutrones. Elprimero en hacer experimentos mediante el bombardeo de ncleosde uranio con neutrones fue el italiano Enrico Fermi; sus trabajos levalieron el Premio Nobel de Fsica en 1938. Sus investigaciones

alentaron a Otto Hahn, Lise Meitner y Fritz Strassmann, que en1939 demostraron que despus de bombardear uranio conneutrones, aparecan ncleos de bario, que tena una masaaproximadamente la mitad que el uranio. Estos resultados crearonuna gran controversia en la comunidad cientfica, pero fueronrpidamente corroborados por nuevos experimentos que disiparontodas las dudas al respecto: se haba descubierto la fisin nuclear.Estos trabajos le valieron a Otto Hahn el Premio Nobel de Qumicaen 1944.

Gran parte de los cientficos implicados en estas investigacioneseran de origen judo, y acabaron emigrando a Estados Unidos amedida que los regmenes totalitarios se adueaban de susrespectivos pases. Tal fue el caso de Enrico Fermi, queaprovechando la ceremonia de entrega de los Nobel escap juntocon toda su familia de Italia. Este insigne fsico, uno de los msgrandes de la historia, condujo a su equipo de investigacin a unode los mayores logros de la historia de la ciencia, la primerareaccin nuclear en cadena autosostenida, que tuvo lugar a las

15:20 horas del da 2 de diciembre de 1942. Ese da se logr iniciaruna reaccin en cadena y posteriormente detenerla, consiguiendoliberar de forma controlada energa nuclear.

Pocos aos despus, impulsado por los intereses blicos de EstadosUnidos, se logr poner en marcha el primer reactor que opera deforma continuada en 1944 en Hanford y en 1951 el primer reactorque produce electricidad, el EBR-1 en el laboratorio nacional de Loslamos.

En 1953 el entonces presidente de los Estados Unidos, Dwight D.Eisenhowerpronunci su famoso discurso de Atoms for Peaceen elque EEUU abri la tecnologa nuclear al mundo para su uso civil, enproduccin de electricidad. En 1956 se puso en operacin el primerreactor de produccin elctrica de Europa, Calder Hall (ReinoUnido). En los aos posteriores se comenzara la construccin decentrales nucleares en el mundo, hasta los aproximadamente 400reactores en operacin.


15/160

15

1. 2.

El ncleo atmico

Como en otros mbitos de la ciencia, una de las dificultades de la

Fsica Nuclear consiste en el tamao del ncleo atmico, de unasdimensiones tan diminutas que dificulta cualquier aproximacincualitativa hacia su estudio. Conviene, por tanto, llevar a cabo unabreve discusin que enmarque las dimensiones y tamaos propiosde los ncleos atmicos en comparacin con otras escalas que talvez nos son ms familiares y cotidianas. Tomando como puntoinicial del recorrido una de las estructuras de mayor tamao quepueden encontrarse en nuestro Universo, se va a recorrer uncamino descendente hacia el interior del ncleo atmico. Acontinuacin se enumeran las dimensiones tpicas de diversos

objetos:

Galaxia 1022

m 10.000.000.000.000.000.000.000 mAo luz 10

16m 10.000.000.000.000.000 m

Sistema solar 1014

m 100.000.000.000.000 mrbita de la Tierra 10

11m 100.000.000.000 m

rbita de la Luna 109m 1.000.000.000 m

Tierra 107m 10.000.000 m

Distancia Madrid-Segovia 105m 100.000 m

1 kilmetro 103m 1.000 m

Un rbol 10

1

m 10 mUna mesa 100m 1 m

Un lpiz 10-1

m 0.1 mUna mosca 10

-2m 0.01 m

Punta del lpiz 10-3

m 0.001 mClula humana 10

-4m 0.0001 m

Ncleo de la clula 10-6

m 0.000001 mCromosoma 10

-8m 0.00000001 m

ADN 10-9

m 0.000000001 mtomo de Hidrgeno 10

-10m 0.0000000001 m

Ncleo de Plomo 10-11

m 0.00000000001 m

Protn y Neutrn 10-15m 0.000000000000001 m

Si se toma como ejemplo el tomo de hidrgeno, se puede observarcmo su ncleo (formado nicamente por un protn) es 100.000veces ms pequeo que el tomo, es decir, en realidad la materiaest casi vaca.

Un elemento qumico est caracterizado por el nmero de protonesque tiene. Pero un mismo elemento qumico puede tener distinto

nmero de neutrones, estas especies se llaman istopos. De estemodo, por ejemplo, el ncleo de hidrgeno que generalmente slo


16/160


17/160

17

Existen, bsicamente, cuatro procesos radiactivos en la naturaleza:la desintegracin alfa, la desintegracin beta (negativa o positiva),la desintegracin gamma y la fisin.

Desintegracin alfa: cuando a un ncleo le sobra mucha masapara ser estable, emite una partcula muy masiva formada pordos protones y dos neutrones, la partcula alfa.

Desintegracin beta negativa: cuando a un ncleo le sobra unneutrn y le falta un protn, uno de sus neutrones se transformaen un protn ms un electrn y emite del ncleo a este ltimo.

Desintegracin beta positiva: cuando a un ncleo le sobra un

protn y le falta un neutrn, uno de sus protones se transformaen un neutrn ms un positrn (un electrn con carga positiva) yexpulsa del ncleo este ltimo.

Desintegracin gamma: cuando un ncleo es estable en elnmero de partculas pero tiene mucha energa, simplementeexpulsa radiacin electromagntica (como la luz visible o lasondas de radio, pero de ms energa normalmente).

Fisin: cuando un ncleo es muy pesado y puede ser ms establesi se divide en dos, lo hace liberando mucha energa yconvirtindose en dos ncleos ms estables que el inicial

En su proceso de desintegracin natural, la radiactividad disminuyeal aumentar el tiempo, es decir, su peligrosidad disminuye. Estapropiedad caracterstica de cada radionucleido se cuantifica en eldenominado periodo de semi-desintegracin, tiempo necesariopara que la mitad de los tomos de una sustancia radiactiva sedesintegren, y la actividad de la misma se reduzca a la mitad de su

valor inicial. Es un valor caracterstico de cada istopo, variandodesde millonsimas de segundo hasta miles de aos (verTabla 1).

Istopo Perodo de semi-desintegracin (T1/2)238U 4.470.000.000 aos (natural)235U 704.000.000 aos (natural)239U 23,5 minutos (artificial)233Th 22,2 minutos (artificial)

Tabla 1. Perodos de desintegracin de algunos istopos radiactivos


18/160

18

1. 4.

Fisin y fusin

La fisin y la fusin nuclear son dos procesos antagnicos que, sin

embargo, tienen algo en comn: ambos liberan grandes cantidadesde energa susceptible de ser utilizable.

Fusin Nuclear

La fusin nuclear es un proceso mediante el cual dos ncleosatmicos ligeros se unen para formar un ncleo ms pesado, con laparticularidad de que su masa es inferior a la suma de las masas delos dos ncleos iniciales. Es decir, el ncleo final es ms estable quelos ncleos iniciales. Esto se cumple slo para ncleos muypequeos.

Segn la ecuacin que propuso Einstein la energa y la masa sonequivalentes: E=mc2. Por tanto, si el ncleo final tiene menos masaque los dos ncleos iniciales, ese defecto de masa se hatransformado en energa liberada, energa que se puede aprovechardel mismo modo que con la combustin de combustibles fsiles. Lareaccin que tiene lugar en un reactor de fusin se da entre dosistopos del hidrgeno, el deuterio y el tritio, del siguiente modo:

Deuterio (2H) + Tritio (3H)4He (3.5 MeV) + n (14.1 MeV)

Figura 2. Esquema de una reaccin de fusin


19/160


20/160


21/160

21

grafito. Mediante choques entre los tomos del moderador y losneutrones se reduce la energa de los neutrones. A ese proceso sele llama termalizacin o moderacin de los neutrones.

Los reactores que operan con espectro trmico y usan agua comorefrigerante y moderador, cuentan con la seguridad intrnseca deque la reaccin en cadena se detendr si falta el agua en el reactor,ya que es el intermediario para reducir la energa del neutrn talcual se genera en la fisin hasta la energa adecuada para que seproduzcan las sucesivas fisiones en el 235U .

Sin embargo, los neutrones de espectro rpido tambin tienenpropiedades interesantes para mejorar el rendimiento del

combustible nuclear. Esta alta energa media de los neutronesfavorece reacciones nucleares que generan istopos fisiles, enconcreto, favorece la reaccin:

238U + n239U239Np239Pu

Gracias a esta reaccin se consigue aprovechar el potencialenergtico del 238U, que no es fisil, convirtindolo en 239Pu que s esun ncleo fsil y que generar energa a travs de la fisin.

Calor residual. Decaimiento exponencial de la potencia

En el proceso de la fisin, los productos resultantes de la divisindel ncleo del 235U son muy variados. Entre los muchos elementosproducidos, hay unos que son altamente radiactivos durantemuchos aos y se van desintegrando lentamente liberando energa.

Es por ello que en un reactor nuclear, cuando se ha detenido la

reaccin en cadena, el combustible sigue produciendo calor durantemuchos aos, llamado calor residual, y es necesario que searefrigerado continuamente. El calor residual decrece de formaexponencial, tal y como decrece la actividad de los elementosradiactivos que lo producen. Es decir, el combustible, despus determinar las reacciones de fisin, produce mucho calor a cortoplazo, reducindose enormemente a largo plazo. Normalmente, elcombustible gastado del reactor pasa cinco aos en una piscinarefrigerndose antes de poder ser almacenado en contenedores,debido a ese alto calor residual.


22/160

22

1. 5.

Conclusiones

El tomo consta de un ncleo central que tiene ms del 99% de la

masa del mismo, rodeado por electrones que se mueven alrededordel ncleo. El ncleo de un tomo est formado por neutrones yprotones, a estas dos partculas se les llama nucleones (por ser losque conforman el ncleo).

La energa y la masa son equivalentes, tal y como postul Einsteinen su ecuacin E=mc2. La fusin y la fisin son dos tipos dereacciones nucleares en las que se libera energa debido a que losncleos resultantes de la reaccin tienen menos masa que losncleos iniciales. La diferencia de masa se transforma en energa.

En la fusin dos ncleos ligeros se juntan en uno de mayor masa,pero menor que la suma de los ncleos originales. En la fisin unncleo pesado se divide en dos de menor masa. En la fisin seliberan, entre otras partculas, neutrones. Estos neutrones pueden,a su vez, fisionar nuevos ncleos y crear una reaccin en cadena. Lareaccin en cadena es la base del funcionamiento de las centralesnucleares. El primer reactor nuclear fue construido por Fermi en1942.

Los reactores trmicos necesitan moderar los neutrones rpidosprocedentes de la fisin para poder sostener una reaccin encadena. Los reactores rpidos usan directamente esos neutronesrpidos para su funcionamiento, sin necesidad de frenarlos.

El calor residual se produce en el combustible una vez acabadas lasfisiones, debido a la radioactividad de los productos de fisin yotros productos transurnidos, elementos ms pesados que eluranio generados al absorber ste neutrones.

1. 6.

Bibliografa y recursos web

Reactores Nucleares. J.M. Martnez-Val y M. Piera. EdicionesETSII-UPM.

Ingeniera de Reactores Nucleares. S. Glasstone. EditorialRevert, 2007.

De Becquerel a Oppenheimer. Historia de la energa nuclear.Mariano Mataix. Senda Editorial S.A., 1988.


23/160

23

Introduction to Nuclear Power. G.F. Hewitt. Taylor & Francis,2000.

Wikipedia (www.wikipedia.org)

U.S. Nuclear Regulatory Comission (www.nrc.gov)

Consejo de Seguridad Nuclear (www.csn.es)

Foro de la Industria Nuclear Espaola (www.foronuclear.org)

World Nuclear Association (www.world-nuclear.org)

OCDE Nuclear Energy Agency (www.oecd-nea.org)

International Atomic Energy Agency (www.iaea.org)

International Comission on Radiological Protection(www.icrp.org)

CAMECO (www.cameco.com)
http://www.icrp.org/http://www.icrp.org/http://www.icrp.org/http://www.icrp.org/


24/160


25/160


26/160

26

2. 1.

Centrales de produccin de energa elctrica

Nuestro planeta posee grandes cantidades de energa. Sin

embargo, uno de los problemas ms importantes es la forma detransformarla en energa til y utilizable con el menor impactoambiental posible.

La gran ventaja de la energa elctrica frente a otros tipos deenerga es que puede producirse de forma masiva y sertransportada fcilmente a fbricas y hogares.

Casi todas las centrales de produccin elctrica, con la excepcin delas fotovoltaicas, tienen algo en comn: la electricidad se producehaciendo girar una mquina llamada alternador o generadorelctrico. Lo que diferencia a unas centrales de otras es la forma enla que se hace girar este generador.

Parques Elicos

La fuerza del viento hace girar unas aspas y estas, a su vez, elalternador que produce la electricidad.

Figura 5. Parque elico


27/160

27

Centrales Hidroelctricas

Aprovechan la fuerza de la gravedad. El agua de la presa impulsa ensu cada una turbina que hace girar el alternador.

Figura 6. Central hidroelctrica

Centrales Trmicas

Mediante la combustin de petrleo, gas o carbn en la caldera, o laradiacin solar concentrada por espejos,se calienta agua, que a suvez genera vapor. Este vapor se dirige a la turbina para hacer girarel alternador.

Figura 7. Esquema de una central trmica


28/160

28

Centrales de Ciclo Combinado

La combustin de gas hace girar una turbina. Los gases de escapede la turbina de gas, que estn a alta temperatura, se usan paraaportar calor a una caldera o generador de vapor. Este vapor seutiliza para mover unaturbina de vapor.

Figura 8. Esquema de una central de ciclo combinado

Centrales NuclearesEn las centrales nucleares se aprovecha el calor generado mediantela fisin de tomos, habitualmente de uranio, para generar el vaporque mover la turbina.

Figura 9. Esquema de una central nuclear
http://es.wikipedia.org/wiki/Caldera_(artefacto)http://es.wikipedia.org/wiki/Vapor_de_aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_de_vaporhttp://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_de_vaporhttp://es.wikipedia.org/wiki/Vapor_de_aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Caldera_(artefacto)


29/160

29

2. 2.

Centrales nucleares: la fisin nuclear

La diferencia fundamental entre una central nuclear y el resto de

centrales elctricas, es la fuente para la generacin de calor.Mientras que en las centrales trmicas, se usan combustibles fsiles(carbn, gas, petrleo), en las centrales nucleares se aprovecha lainmensa energa existente en los tomos. En la gran mayora de lascentrales nucleares se usa uranio como fuente de calor. Pero cmose obtiene esta energa calorfica de los tomos de uranio? En elncleo de los tomos es donde se encuentra almacenada una grancantidad de energa (de ah viene el nombre de energa nuclear).

Para liberar y disponer de esta energa es preciso fragmentar

(fisionar) el ncleo. Para ello, es necesario hacer chocar un neutrn(a la velocidad adecuada) contra un ncleo de un tomo(generalmente de uranio), de manera que el impacto provoque lafisin del tomo produciendo los siguientes elementos:

Dos nuevos ncleos de tomos ms pequeos, los productos defisin.

Dos o tres nuevos neutrones, que salen proyectados y que, al

chocar con otros ncleos de uranio, los fisionan provocando loque se denomina una reaccin en cadena.

Liberacin de energa, gran parte de ella, en forma de calor.

Figura 10. Esquema de la reaccin de fisin nuclear


30/160

30

La suma de las masas de los productos de fisin es menor que la delncleo antes de la fisin. El resto de la masa se ha transformado enenerga, tal y como expresa la ecuacin de Albert Einstein E=mc2. LaFigura 11 puede servir para hacerse una idea de la cantidad de

energa contenida en los tomos de uranio.

Figura 11. Comparativa de diferentes fuentes de energa

2. 3.

Tipos de centrales nucleares

Existen muchos diseos diferentes de centrales nucleares en el

mundo, sin embargo, en Espaa hay instalados nicamente dostipos: Centrales de agua a presin (Pressurized Water Reactor oPWR) y Centrales de agua en ebullicin (Boiling Water Reactor oBWR).

Centrales de Agua a Presin (PWR)

Las centrales PWR se caracterizan por tener tres circuitosdiferenciados.

Circuito primario

En este circuito se encuentra el reactor. El calor obtenido mediantela fisin de los tomos de uranio calienta agua a unos 300 C. steagua no llega a entrar en ebullicin, sino que permanece en estadolquido gracias a que se encuentra bajo presin (de ah el nombre deeste tipo de centrales). El presionador es el componente quepermite controlar la presin del circuito primario.


31/160

31

Figura 12. Esquema de funcionamiento de una central nuclear tipo PWR

El circuito primario es un circuito cerrado: el agua, que se calientaen el reactor, circula gracias al impulso de unas bombas, pasandopor un generador de vapor, donde se enfra y vuelve al reactor. Enla parte superior del reactor se sitan las barras de control. Cuandose introducen las barras en el reactor se frena la reaccin en

cadena.

Circuito secundario

En este circuito se encuentran las turbinas que hacen girar elalternador (o generador elctrico). El circuito secundario tambines un circuito cerrado: El agua del circuito secundario entra algenerador de vapor donde se calienta y se evapora,sin entrar encontacto con el agua del circuito primario. El vapor generado se

enva a las turbinas donde la energa trmica del vapor setransforma en energa mecnica (giro de la turbina).

El alternador est conectado a la turbina mediante un eje, por loque, al girar la turbina, tambin gira el alternador y de este modo seproduce electricidad.

El vapor de agua que hace girar la turbina, se enva a uncondensador, donde se enfra y se condensa. El agua condensada es

enviada de nuevo al generador de vapor, empezando el ciclo denuevo.


32/160


33/160


34/160

34

Entre las varillas de los elementos combustibles se alojan las barrasde control, que estn fabricadas de un material que absorbeneutrones.

Figura 15. Vasija del reactor y elemento combustible

Introduciendo o extrayendo las barras de control en el interior delos elementos combustibles se puede controlar la reaccin nuclear(al absorber neutrones, se evita que stos fisionen otros ncleosatmicos, frenando de este modo la reaccin en cadena).

Figura 16. Barras de control introducidas dentro del reactor


35/160


36/160

36

En la parte superior del generador de vapor hay unos equiposdenominados separadores de humedad, que evitan que el vaporarrastre humedad que podra perjudicar a las turbinas.

Figura 18.Generador de vapor

Las bombas del refrigerante del reactor

Figura 19. Bomba de refrigerante del reactor


37/160

37

Para poder transportar el agua del circuito primario desde losgeneradores de vapor a la vasija del reactor, es necesario el uso deunas bombas de gran potencia y tamao, llamadas bombas derefrigerante del reactor.

Las turbinas

El vapor producido en los generadores de vapor se conduce hacia laturbina, donde la energa trmica contenida en el vapor setransforma en energa mecnica. La turbina tiene dos cuerpos, unode alta presin y otro de baja presin.

El vapor procedente del generador de vapor entra en la turbina dealta presin. El vapor que sale de la turbina de alta presin se envaa los recalentadores donde se calienta de nuevo y se deshumificapara aumentar el rendimiento termodinmico de la planta y paraevitar daos estructurales de las turbinas de baja presin.

Figura 20. Turbinas y alternador

El generador elctrico o alternador

El alternador o generador elctrico est conectado a la turbinamediante un eje que le transmite el giro de sta ltima. En elalternador se transforma la energa mecnica (giro) en energaelctrica que se transporta mediante lneas de alta tensin a la redde distribucin.


38/160

38

El condensador

El vapor de baja energa que sale de las turbinas de baja presin seconduce al condensador, donde se enfra y se condensa gracias alagua fra proveniente del circuito terciario. El agua condensadavuelve a los generadores de vapor, previo calentamiento,transportada por equipos de bombeo.

Las torres de refrigeracin

El agua de circulacin pertenece a un circuito abierto, es decir elagua se toma de una fuente (el mar, un ro, un embalse), refrigera elcondensador y vuelve a mayor temperatura a la fuente inicial. Paraque no haya un cambio brusco de temperatura de la fuente, y puedainfluir en el ecosistema, se vigila de forma precisa la temperaturade agua de retorno.

En el circuito terciario suelen utilizarse torres de refrigeracin (esasenormes estructuras hiperblicas que aparecen frecuentemente enlos medios de comunicacin). Como su propio nombre indica, estastorres sirven para refrigerar, y lo nico que sale por ellas es vaporde agua (las torres de refrigeracin no son ms que fbricas de

nubes).

Figura 21. Torres de refrigeracin

2. 5.

Centrales nucleares en Espaa

En Espaa existen actualmente ocho reactores nucleares enfuncionamiento: Almaraz I y II, Asc I y II, Cofrentes, Santa Mara de


39/160

39

Garoa1, Trillo I y Vandells II. La central de Jos Cabrera, msconocida como Zorita, y la central Vandells I se encuentran enproceso de desmantelamiento.

Entre todas las centrales nucleares espaolas se produce unapotencia de ms de 7.700 MW, que cubre, aproximadamente, un20% de las necesidades del pas.

Figura 22. Mapa de instalaciones nucleares

Existen, adems, otras instalaciones nucleares: una fbrica decombustible nuclear en Juzbado (Salamanca), y un centro dealmacenamiento deresiduos radiactivos de baja y media actividadenEl Cabril (Crdoba).

2. 6.

Conclusiones

La gran mayora de las centrales utilizan uranio como combustiblepara obtener calor. Para producir el calor, los neutrones provocan

1A fecha de edicin de este libro, la central de Garoa se encuentra con todo el

combustible descargado en su piscina, a la espera de posibles cambiosnormativos que permitan la continuacin de su operacin.
http://es.wikipedia.org/wiki/Desmantelamiento_de_instalaciones_nucleareshttp://es.wikipedia.org/wiki/Residuos_radiactivoshttp://es.wikipedia.org/wiki/El_Cabrilhttp://es.wikipedia.org/wiki/El_Cabrilhttp://es.wikipedia.org/wiki/Residuos_radiactivoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Desmantelamiento_de_instalaciones_nucleares


40/160

40

que se rompan los ncleos de uranio (fisin), liberando grancantidad de energa. El calor generado se utiliza para calentar aguay producir vapor. El vapor se convierte en energa mecnica en lasturbinas y sta se transforma finalmente en electricidad en el

alternador. En Espaa existen dos tipos de centrales nucleares: lasde agua presurizada (PWR) y las de agua en ebullicin (BWR).

2. 7.


Wikipedia (es.wikipedia.org)


Centrales Nucleares Almaraz-Trillo (www.cnat.es)

Westinghouse (www.westinghousenuclear.com)


41/160


42/160


43/160


44/160

44

Existen varios mtodos para llevar a cabo la fase deenriquecimiento, siendo los ms habituales el mtodo de difusin yel de centrifugacin. En la difusin se utiliza una membrana porosaa travs de la cual el uranio se difunde. Como la velocidad de

difusin de los dos istopos del uranio (235U y 238U) es diferente, seproduce un gradiente de concentracin que permite separar unistopo del otro obteniendo una parte enriquecida, con altaconcentracin de 235U, y otra parte empobrecida con menorproporcin de 235U, lo que se conoce como la cola deenriquecimiento. Este mtodo requiere un alto consumo deenerga elctrica y est siendo sustituido por la centrifugacin.

El mtodo de centrifugacin aprovecha la pequea diferencia de

masa entre los istopos

235

U y

238

U para someter al gas UF6 a uncentrifugado y conseguir que el istopo ligero, 235U, se concentre enla parte central y el istopo pesado, 238U, en la periferia.Estableciendo una cascada con varias unidades de centrifugacinconsecutivas, es posible enriquecer el uranio natural con 0,711%235U hasta valores del 5% de 235U. Este mtodo tiene la ventaja derequerir un menor consumo de energa que el mtodo de difusin.

Tras la fase de enriquecimiento, el uranio vuelve a convertirse enestado slido, en forma de polvo de UO2. El UO2 se compacta en

pastillas y se sinteriza en hornos a aproximadamente 1700 C paralograr las caractersticas metalrgicas necesarias para asegurar suintegridad durante su etapa de irradiacin en el reactor. Despus deeste proceso de fabricacin las pastillas tienen unas dimensiones deaproximadamente 1 cm de dimetro y 1 cm de altura, verFigura 27.

Figura 27. Pastillas de xido de uranio


45/160

45

En el reactor las pastillas estn apiladas dentro de vainas que lasmantienen hermticamente aisladas del exterior en condicionesadecuadas para que la integridad del combustible est asegurada.Estas vainas harn la labor de confinamiento del combustible y de

los productos de fisin para evitar que el refrigerante se contamine.Para ello la barra de combustible, consistente en las pastillascilndricas de uranio apiladas y envueltas por una vaina o tubo, estsellada por su parte superior e inferior con respectivos tapones queaseguran su hermeticidad. Esta barra cerrada est presurizada conhelio a una presin mayor que la atmosfrica.

Pero no toda la barra est rellena de pastillas, sino que hay unhueco en la parte superior o plenum, especialmente concebido para

almacenar los productos de fisin gaseosos que se producendurante la operacin del combustible en el reactor. En este plenumse aloja un muelle que comprime las pastillas hacia abajo paramantener la columna combustible sin movimiento durante eltransporte y manejo del elemento combustible (Figura 28). En totaluna barra de combustible puede llegar a medir 4 metros.

Figura 28. Pastilla, barra y elemento combustible de un reactor de agualigera

A travs de la superficie de las barras de combustible se produce latransferencia del calor generado en la pastilla hacia el refrigerante.El refrigerante al circular verticalmente por el reactor extrae elcalor de todas las barras de combustible.

Un elemento combustible es un conjunto de barras combustiblesagrupadas homogneamente en matrices cuadradas o hexagonales.


46/160

46

Como la altura total de las barras puede alcanzar 4 m, es necesarioun soporte que mantenga la estructura vertical de todas las barras.Para ello se colocan a distintas alturas unos dispositivosespaciadores, las rejillas. Estn formadas por unas bandas metlicas

entrelazadas que configuran una matriz de celdas cuadradas. Cadacelda es atravesada por una barra combustible, establecindose ymantenindose a lo largo de todo el combustible la distancia entreellas. Proporcionan soporte lateral y vertical a las barrascombustibles, fijando su posicin en el elemento. Adems lasrejillas incrementan la turbulencia en el refrigerante, aumentandoas la refrigeracin.

Figura 29. Elemento combustible de un reactor PWR (izquierda) y de un BWR(derecha)

Entre las barras de combustible se sitan los tubos gua (slo enreactores PWR), que son los conductos por los que se insertan las


47/160

47

barras de control en los reactores PWR. En el centro delcombustible existe tambin el tubo de instrumentacin por dondese inserta la instrumentacin intra-nuclear que sirve para medir latemperatura del refrigerante, la potencia trmica y la poblacin

neutrnica para poder hacer el seguimiento del estado del reactor.

En la parte central de la matriz del elemento BWR se sitan dosbarras de agua, dos tubos huecos que favorecen el paso de agua atravs de ellos y fomentan as la refrigeracin de las barrascombustibles situadas en el centro del elemento combustible. En laFigura 30 se muestra una barra de agua.

Figura 30. Una barra de agua

Los ltimos componentes del elemento combustible son loscabezales. Cada elemento posee un cabezal superior y uno inferior.El cabezal superior conforma el combustible en su extremosuperior. Consiste bsicamente en una placa de acero inoxidable

con orificios donde van alojadas las barras combustibles (en el casodel PWR, los tubos gua). El cabezal inferior distribuye el caudal delrefrigerante entre las barras combustibles. Los cabezales tienencapacidad estructural para soportar las cargas estticas (peso) ydinmicas (fuerzas hidrulicas, aceleraciones durante transporte ymanejo) y despus transmitirlas a las placas del ncleo. Ademsgracias a ellas se fija la posicin de los tubos gua (PWR) y de lasbarras de agua y barras combustibles (BWR). Igualmente, loscabezales mantienen los elementos combustibles debidamentecolocados dentro del ncleo. A travs de los cabezales pasa el

caudal de agua que debe estar convenientemente distribuido paraproporcionar la debida refrigeracin.

Todos los materiales que componen el elemento combustible sonresistentes a las condiciones de operacin agresivas detemperatura, agentes qumicos y radiacin que se producen en elreactor, as como a la carga mecnica a la que se ve sometido (supropio peso o posibles aceleraciones durante transporte y manejodel elemento).


48/160

48

La distribucin y localizacin de los elementos combustible en elreactor es muy importante para satisfacer los requisitosneutrnicos, termo-hidrulicos y de seguridad.

En Espaa, ENUSA es la empresa dedicada a la fabricacin deelementos combustibles. En la planta de fabricacin de combustibleen Juzbado (Salamanca) se realiza todo el proceso se fabricacin dela pastilla a partir del polvo de UO2 hasta el ensamblaje final delelemento con todos sus componentes.

3. 2.

Fase Reactor

Una vez fabricado el elemento combustible, ste es enviado a la

central nuclear para su insercin en el ncleo del reactor. El ncleodel reactor est conformado por 100-900 elementos combustibles(dependiendo del tipo y potencia de reactor) dispuestos en unamalla rectangular con forma circular. Actualmente, los ciclos deresidencia de los elementos combustibles o tiempo entre recargasestn comprendidos entre 12-24 meses. Durante ese tiempo elreactor est funcionando ininterrumpidamente generandoreacciones de fisin que van consumiendo poco a poco el istopofsil del combustible, el 235U.

Figura 31. Vasija abierta con el ncleo sumergido con agua para hacer larecarga de combustible


49/160

49

La recarga consiste en sustituir elementos gastados donde el 235Use ha consumido por elementos nuevos que tienen mayor cantidadde 235U. En cada recarga se cambian slo entre 1/4 y 1/3 de loselementos combustible totales del reactor. El resto de elementos

combustible todava tienen contenido suficiente de uranio paraseguir funcionando.

Figura 32. Ejemplo de un esquema de recarga de un ncleo

En esta fase, es importante la llamada gestin del combustible:las posiciones que ocupan los elementos combustibles dentro delreactor, el enriquecimiento o porcentaje de 235U del elementocombustible, as como el tiempo de residencia (que se traduce en eluso o quemado del combustible) son factores determinantes a lahora de determinar la recarga ptima, con la que se obtiene lamayor energa del uranio. Durante la irradiacin se produce uncambio paulatino de la composicin isotpica del combustible porirradiacin (ver Figura 33) debido a la disminucin del 235U paraproducir el calor y a la generacin de productos de fisin (FP) comoconsecuencia de las reacciones de fisin. Adems se generannuevos elementos e istopos fisibles (239Pu) por medio dereacciones de captura de neutrones por el 238U. Algunos de estos

actnidos generados pueden ser absorbentes neutrnicos. Todasestas reacciones llevan a un cambio estructural dentro de la pastilla


50/160

50

de combustible que tambin afecta a la vaina y al resto decomponentes.

Figura 33. Contenido del combustible antes y despus de la irradiacin

3. 3.

Fase Post-reactor

El combustible descargado del reactor es almacenado bien en elpropio emplazamiento del reactor, normalmente en una piscinadentro o aneja al edificio del reactor (almacenamiento en piscina), obien, en un emplazamiento comn fuera del reactor(almacenamiento en seco).

Figura 34. Ciclo del combustible nuclear


51/160

51

En funcin de la gestin que se lleve a cabo del combustible usado,se trata de un ciclo cerrado o abierto. En la Figura 34 se detallanestas fases que se abordarn con mayor nivel de detalle en elcaptulo 6.

3. 4.

Reservas de combustible y alternativas de futuro

De acuerdo con la edicin del "Red Book" de 2007 publicadoconjuntamente por la Nuclear Agency de la OCDE y la AgenciaInternacional de Energa Atmica de la ONU, IAEA, las reservas deuranio conocidas explotables a un coste inferior a los 130$/kg sonde 5,4 millones de toneladas. Teniendo en cuenta que lasnecesidades de los reactores comerciales instalados en el mundo

ascienden a 66.500 tU, estas reservas seran suficiente paraabastecer al parque nuclear actual durante aproximadamente 82aos. Si se tienen en cuenta aquellas reservas no suficientementecuantificadas, se tendra que aadir una cantidad del orden de 10millones de toneladas adicionales, lo que representa 150 aos msde suministro al ritmo de consumo actual. Estas reservas noincluyen el uranio que podra obtenerse de la explotacin de losdepsitos de fosfatos (22 millones de toneladas) ni el uraniocontenido en el agua del mar (4 billones de toneladas).

La mayora de las CCNN del mundo utilizan como combustible xidode uranio, sin embargo, hay otros tipos de combustibles que estnen uso o est previsto utilizarlos en el futuro, como el combustibleMOX, el xido de uranio natural o el xido de torio.

Combustible MOX (Mixed OXide)

Hoy en da hay reactores PWR y BWR que utilizan combustible MOXprocedente del reprocesado. Este tipo de combustible estcompuesto por una mezcla de xido de uranio y de plutonioproveniente de combustible irradiado o de antiguos arsenales de laguerra fra de EEUU y de la antigua Unin Sovitica dentro delprograma Megatons to Megawatts.

Al utilizar combustible MOX se elimina parte del plutonio delcombustible irradiado, reduciendo el problema de sualmacenamiento y contribuyendo a la no proliferacin. Existenplantas de reprocesado para producir combustible MOX en

Inglaterra, Francia, India, Japn y Rusia y existen planes de


52/160

52

construccin de nuevas plantas de reprocesado en China y en EEUU.El combustible MOX se usa en centrales nucleares en Blgica(donde desarrollaron la tecnologa MOX), Francia, Japn y Suiza.

Uranio natural en reactores con agua pesada D2O, el HWR (HeavyWater Reactor)

Este tipo de reactor utiliza agua pesada D2O (el hidrgeno est enforma de deuterio) como moderador. Una caracterstica del aguapesada es que absorbe menos neutrones que el agua ligera H2O.Por ese motivo hay ms neutrones disponibles para generarfisiones que en los reactores de agua ligera y el combustible nonecesita tener tanta proporcin del isotopo fsil 235U. Existen dos

tipos de reactores de estas caractersticas:

CANDU (Canada Deuterium Uranium). Hay reactores de este tipoen operacin o en construccin en Canad, Argentina, China,Corea del Sur, India, Pakistn y Rumania, estando en desarrollouna nueva generacin, el ACR (Advanced CANDU Reactor).

PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor): Existen reactores deeste tipo en India y en Argentina. Es similar a un reactor PWR

utilizando en el primer lazo D2O como refrigerante y uranionatural (nicamente 0,7% 235U y 99,3% de 238U) comocombustible.

La ventaja del HWR es que no precisa enriquecer el uranio, por loque se evita la fase de enriquecimiento en la fabricacin de lapastilla. Sin embargo, la desventaja es debida al elevado coste delD2O.

Una caracterstica del reactor CANDU es la capacidad que tiene deproducir plutonio con alta concentracin en 239Pu y bajasconcentraciones de otros istopos de Pu, que podra favorecer suutilizacin para armas nucleares.

Ciclo de combustible de torio

El torio (Th) es entre 2 y 4 veces ms abundante que el uranio en lacorteza terrestre. Si adems se tiene en cuenta la fertilidad del232Th para producir 233U (otro istopo fsil del uranio), sera posible


53/160

53

desarrollar una nueva tecnologa basada en un ciclo de combustibledel torio. El proceso sera el siguiente:

1. Reproducir 233U fsil a partir del 232Th en un reactor utilizando

combustible con 235U y/o 239Pu.

2. Reprocesar el combustible para extraer 233U y producircombustible con 233U.

3. El uso del 233U como combustible produce mucha menoscantidad de transurnidos, disminuyendo la radioactividad delresiduo y, adems, al no producirse nuevos istopos fsiles, se evitala posibilidad de desviar material para otros usos, como armas

nucleares.

Las ventajas del ciclo con torio son que no necesita ser enriquecido,pues slo se encuentra en la naturaleza de forma monoisotpica (232Th), que es ms abundante que el uranio en la corteza terrestre yque al utilizar torio como combustible no se producen nuevosmateriales fsiles. Tambin hay que aadir que la alta radiacingamma asociada al 232U no fisible y su difcil separacin del istopo233U, suponen una barrera para la utilizacin de material para otrosusos no elctricos.

Pero tambin tiene algunas desventajas. Por ejemplo en la primerafase hay que utilizar 235U o 239Pu para establecer criticidad yreproduccin del 233U. El torio por s solo no sera suficiente parainiciar la reaccin en cadena. Adems la vida media del 233Pa,istopo padre del 233U, es ms elevada (27 das) que la del 239Np (2.3das). Se produce a partir del 232Th + n 233Pa y se desintegra en233U. Debido a la elevada radioactividad del 232U el manejo delcombustible requiere fuertes medidas de seguridad.

Han existido prototipos de este tipo de reactores (Dragon enInglaterra, AVR y THTR en Alemania, MSRE y Fort St. Vain en EEUU)basados en el ciclo de torio. En la actualidad, pases con extensosrecursos de torio (como India y China) estn desarrollando plantasbasadas en el ciclo de Th, que se espera poner en operacin afinales de esta dcada.


54/160

54

3. 5.

Conclusiones

El ciclo de combustible nuclear comprende las fases de minera,

extraccin, enriquecimiento del uranio, la fabricacin delcombustible nuclear, su uso en el reactor y su gestin comocombustible gastado, que se trata en el captulo 6.

Los elementos combustibles son haces de barras de pastillascermicas de uranio apiladas que se agrupan con distinto diseo,debido a las diferencias entre los reactores PWR y BWR.

Los componentes estructurales principales de un elemento son loscabezales, superior e inferior, las rejillas, los tubos gua y las barras

de combustible. Las funciones de estos componentes son darintegridad estructural y permitir y favorecer el paso delrefrigerante para transferirle la energa producida.

Las reservas de uranio seguirn aumentando como resultado de losnuevos esfuerzos de exploracin, adems estn en desarrollonuevas tecnologas que permitirn la mayor utilizacin delcombustible. Por lo tanto, los suministros de uranio sernadecuados para abastecer el suministro de las centrales nucleares.

3. 6.


World Nuclear Association WNA, (www.world-nuclear.org)

International Atomic Energy Agency IAEA (www.iaea.org)

IAEA-Redbook: Uranium 2007: Resources, Production andDemand. OECD Nuclear Energy Agency and the InternationalAtomic Energy Agency. NEA No. 6345.

OECD Nuclear Energy Agency (OECD-NEA) (www.oecd-nea.org)



Foro Nuclear Suiza, (www.nuklearforum.ch)

Ciclo del combustible nuclear. Gestin del combustible irradiado.I.L Rybalchenko y J.P. Colton.


55/160

55

Klaus Heinloth: "Die Energiefrage: Bedarf und Poternziale,Nutzung, Risiken und Kosten", 2 Edicin VIEWEG Verlag, ISBN:3-528-13106-3

J. Lang: "Kernspaltung und Fusion", Lecture notes ETH Zurich2001.

Ciclo del combustible nuclear. Gestin del combustible irradiado.I.L Rybalchenko y J.P.Colton, OIEA BOLETIN, VOL 23 n2.

El aprovisionamiento de uranio. Hay suficiente uranio? F. Tarn.Nuclear Espaa Marzo 2009.

CAMECO (www.cameco.com)


56/160


57/160

57

4. Seguridad nuclear

Borja Lpez de Castro Urra

Miguel Snchez Lpez

El pilar en torno al cual se desarrolla la actividad nuclear es laexplotacin segura de sus instalaciones. Esto quiere decir que entodas las fases (diseo, construccin, operacin ydesmantelamiento de la central nuclear) la seguridad debeprevalecer sobre el resto de condicionantes.

En el mundo nuclear, el concepto de seguridad presenta unosmatices muy particulares con respecto al concepto de seguridadque se suele emplear para el resto de actividades. Aqu, el conceptoclave es la Seguridad Nuclear, debido a la propia naturaleza de losmateriales que se manejan. Si bien se reconoce que la energanuclear entraa peligro, porque implica la generacin ymanipulacin de productos radiactivos, tambin hay que reconocerque una actividad peligrosa no tiene porqu ser insegura, siempre

que se incorporen las medidas tcnicas, de gestin yadministrativas adecuadas. En este sentido, la energa nuclear no esmuy distinta de otras actividades peligrosas que la sociedad admitey utiliza, como pueden ser el gas domstico, la propia electricidad oel transporte.

La definicin del objetivo de la Seguridad Nuclear segn elOrganismo Internacional de la Energa Atmica, OIEA es: Proteger alos individuos, a la sociedad y al medio ambiente estableciendo ymanteniendo en las centrales nucleares una defensa efectiva contralos riesgos radiolgicos.

Por tanto, el objetivo final de la Seguridad Nuclear no difiere del dela seguridad en otras actividades que entraen riesgo, y no es otroque la proteccin no slo de los individuos y de la sociedad en suconjunto, sino tambin del medio ambiente. En este caso particular,lo que se persigue es garantizar la defensa frente a los efectosperniciosos de las radiaciones ionizantes, pero, a un mismo tiempo,sin renunciar a los indudables beneficios que su utilizacin reporta a

la humanidad.


58/160

58

Esto se consigue gracias al conocimiento de los procesos fsicos quetienen lugar y del efecto de la radiacin en la materia, que son fruto

de ms de un siglo de estudios, investigaciones y experiencia en elcampo, lo cual ha permitido el desarrollo de la Tecnologa Nucleartal y como hoy la conocemos.

4. 1.

La seguridad en las centrales nucleares

El riesgo se puede definir como la contingencia o proximidad de undao, y se puede estimar como:

Riesgo =

= Probabilidad del accidente x Dao causado por el accidente

De esta definicin se deduce que contribuyen ms al riesgoaquellos accidentes que presenten una probabilidad elevada, losque puedan causar daos muy graves, o los que puedan dar lugar aun producto alto de probabilidad por dao elevado.

El riesgo depende tanto del funcionamiento de la propia instalacincomo del emplazamiento en el que sta se ubique. A la hora deseleccionar un emplazamiento para ubicar una central nuclear, seevalan factores geogrficos, geolgicos, hdricos, etc., de maneraque se minimice al mximo el riesgo.

Se tienen en cuenta posibles sucesos externos que puedan afectara la central, tanto naturales (terremotos, inundaciones, sequas,heladas, cada de rayos, vientos huracanados, corrimientos detierra, etc.) como de origen humano (incendios, choques devehculos, nubes txicas, rotura de presas e inundacin, ataquesterroristas, impacto de aviones, etc.).

Para cada suceso potencialmente significativo para el riesgo, seefecta un anlisis detallado de las condiciones del emplazamiento,de manera que el diseo y las medidas de mitigacin previstas seantales, que la central est preparada para soportar dichos sucesos.

Se disean adems planes de emergencia ya que constituyen el

ltimo nivel de seguridad frente a posibles accidentes. Estos planes


59/160

59

consisten en una serie de medidas de proteccin de la poblacin encaso de emergencia. Por ello uno de los criterios a la hora deseleccionar el emplazamiento de la central nuclear es que ladensidad de poblacin alrededor de la central sea la menor posible,

para minimizar la repercusin en la sociedad en el improbable casode accidente.

Con respecto al diseo de centrales nucleares, cuanto ms robustosea y mejores sean sus sistemas de mitigacin, menor ser laprobabilidad de accidentes y por tanto, menor el riesgo asociado.Las centrales nucleares estn diseadas y concebidas para queadems de funcionar correctamente durante la operacin normal,en caso de que algo imprevisible ocurra, los sistemas automticos

de seguridad entren inmediatamente en funcionamiento paraasegurar la proteccin del reactor y garantizar las siguientesfunciones de seguridad:

El control de la reaccin de fisin (reaccin en cadena) en el senodel reactor, permitiendo en todo momento la parada segura delmismo.

La refrigeracin del combustible nuclear que extrae en todomomento el calor generado por el combustible, incluso despusde que el reactor est detenido. Como ya se vio en el primercaptulo aunque el reactor est parado, todava se genera calorresidual de la desintegracin de los productos de fisin, que hayque disipar. Este calor disminuye rpidamente con el tiempo,pero es clave disponer de sistemas activos o pasivos derefrigeracin para que el refrigerante siga pasando a travs delos elementos combustibles para extraer y refrigerar ese calorgenerado. En caso contrario, si no se mantuviera una circulacinsuficiente en el reactor, el combustible podra daarse y

degradar la estructura interna del ncleo, que incluso podrallegar a fundirse (hecho que se conoce como fusin de ncleo,donde el ncleo se derretira debido a las altas temperaturas quese alcanzan, tal y como sucedi en los accidentes de la Isla de lasTres Millas en EEUU o Fukushima en Japn, ste ltimo comoconsecuencia de un devastador tsunami de gran magnitud).

El confinamiento de las sustancias radiactivas dentro de barrerasde proteccin fsicas. Esta funcin constituira en s misma uno delos objetivos fundamentales de la Seguridad Nuclear, pues


60/160

60

manteniendo el aislamiento de las sustancias radiactivas seevitan los daos que stas pudieran causar.

La mitigacin de las consecuencias radiolgicas de un accidente,

en el altamente improbable caso de que ste se produjera.

A fin de compensar fallos tcnicos, mecnicos o errores humanos,se utiliza el concepto de Defensa en Profundidad, que consiste enincorporar los siguientes niveles de proteccin:

Barreras sucesivas de aislamiento del material radiactivo, lo cualse conoce como proteccin multibarrera a fin de prevenir elescape incontrolado de materiales radiactivos al exterior.

Proteccin de las propias barreras, evitando daos en lainstalacin y en las barreras (salvaguardias tecnolgicas).

Medidas adicionales para proteger al pblico y al medioambiente de los daos que pudiesen resultar en el caso de quelas barreras no fuesen completamente efectivas (planes deemergencia).

De esta forma cualquier fallo aislado o incluso fallos combinados enun nivel de defensa dado, no se propagara ni pondra en peligro ladefensa en profundidad de los niveles consecutivos.

Desde el punto de vista tecnolgico, la seguridad de una centralnuclear se fundamenta en los siguientes aspectos:

Configuracin ptima del combustible nuclear: permite que elreactor nuclear sea intrnsecamente seguro, esto es, que seestabilice automticamente ante variaciones de la potencia quepudieran producirse. Debido a la propia naturaleza fsica yconfiguracin del ncleo del reactor, ste estabilizaautomticamente la potencia en caso de producirse un aumentoinesperado. La central nuclear de Chernobyl, de diseo sovitico,careca de esta peculiaridad en su diseo, dando lugar a lo que seconoce como accidente de reactividad, en el que la potencia nose estabiliza sola, sino que aumenta si no se ponen mediosactivos o si stos fallan.

Existencia de mecanismos capaces de parar el reactor y llevarlo acondicin segura ante cualquier desviacin con respecto a las


61/160

61

condiciones normales de funcionamiento. As se evita que losposibles incidentes operacionales se agraven y no lleguen aconvertirse en situaciones accidentales. As por ejemplo, elSistema de Proteccin del Reactor, ante cualquier desviacin,

produce la rpida insercin de las barras de control y el arranqueautomtico de los distintos sistemas de seguridad en funcin delas condiciones existentes.

Figura 35. Proteccin multibarrera

Proteccin multibarrera (concepto ya mencionado en ladefinicin de Defensa en Profundidad): Los materiales

potencialmente peligrosos son confinados mediante mltiplesbarreras hermticas, de manera que es altamente improbableque escapen al exterior. Si una barrera se rompe, actuar lasiguiente y as suceder con las diversas barreras existentes encaso de fallos sucesivos. Estas barreras son las siguientes:

El propio combustible nuclear, que est diseado para alojaren la propia pastilla algunos de los productos radiactivos quese generan por las reacciones de fisin.

Edificio de Contencin

Barrera de presin delrefrigerante (Vasija)

Vaina del combustible

Pastillas de combustible


62/160

62

La varilla donde se alojan las pastillas de combustible, que esestanca, de manera que evita que los productos radiactivosescapen al refrigerante del reactor.

La barrera de presin del circuito primario, compuesta de lavasija y sus conexiones aislables, mantiene confinados losproductos radiactivos en caso de que se rompan las vainas delos elementos combustibles.

El Edificio de Contencin que incluye generalmente unrecubrimiento metlico que asegura la hermeticidad y unblindaje de hormign para detener las radiaciones, evitarfugas y proteger frente a impactos provenientes del exterior.

Evita que los productos radiactivos, mayoritariamente gaseso elementos voltiles, escapen al exterior en caso de unaccidente en que todas las barreras anteriores fallaran. Lacentral de Chernobyl careca de este elemento. Por elcontrario, en el caso de la central de la Isla de las Tres Millas,el Edificio de Contencin evit que se produjeranconsecuencias radiolgicas de importancia en el exterior dela central.

Figura 36. Edificio de contencin (delante) y torre de refrigeracin (detrs)de una central nuclear


63/160

63

Salvaguardias tecnolgicas: ayudan a prevenir los accidentes o ahacer frente con garantas a aquellos que pudieran producirse,de manera que bajo ninguna circunstancia se ponga en peligro laintegridad de las barreras anteriormente citadas y su funcin de

seguridad no quede debilitada. En su diseo se considera laaparicin de sucesos iniciadores de accidentes, ciertamenteposibles, pero no esperables durante la vida de la central, quepueden provocar estados accidentales, agravados o no porerrores humanos. Entre tales sucesos se incluiran, como se hacomentado anteriormente, fenmenos naturales externos a lainstalacin, tales como terremotos o inundaciones, e intrnsecosa la propia central, como puede ser la rotura de una tubera delcircuito de refrigerante del reactor que podra dejar sin

refrigeracin al ncleo del reactor y daar las vainas delcombustible por aumento de la temperatura. Estas salvaguardiasdeben cumplir unos estndares de calidad muy exigentes y estndiseadas de manera que sean redundantes, es decir, queaunque no funcionen correctamente existan sistemas derespaldo que cumplan su misma funcin (criterio de fallo nico).

Algunos ejemplos de estas salvaguardias tecnolgicas o de sussistemas soporte son los siguientes:

Sistemas de refrigeracin de emergencia: permiten larefrigeracin del ncleo del reactor aunque se haya producido unAccidente con Prdida de Refrigerante (LOCA son sus iniciales eningls, que responden a Loss of Coolant Accident), es decir, unarotura del circuito de refrigerante del reactor o barrera depresin (primario).

Alimentaciones elctricas alternativas para evitar que, anteposibles prdidas de las alimentaciones convencionales, las

salvaguardias tecnolgicas queden inoperativas, pudindose asgarantizar la extraccin del calor residual (de desintegracin) delncleo. Para ello se dispone de alimentaciones elctricas diversasdesde el exterior y generadores disel de emergencia.


64/160

64

Figura 37. Generador disel de emergencia

Sistema de Aislamiento del Edificio de Contencin: Existendiversas penetraciones de tuberas y cables a travs de los murosdel edificio de contencin. Este sistema proporciona elaislamiento del edificio de contencin en caso de accidente en elinterior de mismo, de manera que no puedan escapar productos

radiactivos fuera de l a travs de esas penetraciones. Porejemplo, las tuberas que penetran en el mismo disponen devarias vlvulas de aislamiento automtico redundantes.

Figura 38. Vlvulas de aislamiento de las lneas de vapor principal en eledificio de contencin para una central BWR


65/160

65

Garanta de Calidad durante el diseo, fabricacin, montaje,explotacin y desmantelamiento, ajustndose a unos estndaresmuy restrictivos.

En una central nuclear, la emisin de radiacin al exterior secontrola mediante la interposicin de blindajes con el espesorsuficiente para absorberla. Este blindaje lo proporcionan las propiasbarreras anteriormente mencionadas a propsito del principio deDefensa en Profundidad. Constituyen un buen blindaje el agua delreactor y de las piscinas donde se almacena el combustible gastado,el acero de los circuitos y contenedores de transporte para elcombustible y el hormign de los muros de los edificios, cuyoespesor se determina para que el nivel de radiacin en el exterior

sea completamente inocuo.

Planes de Emergencia

Finalmente, como ltimo nivel de seguridad, se dispone de planesde emergencia que incluyen la aplicacin de medidas de proteccina las personas, en el altamente improbable caso de que unasituacin accidental pudiese llegar a liberar cantidadessignificativas de productos radiactivos al medio ambiente. EnEspaa, la planificacin de la respuesta ante una emergencia encentrales nucleares se organiza a dos niveles distintos ycomplementarios:

Nivel de respuesta interior de la central. Se materializa en el Plande Emergencia Interior (PEI), responsabilidad del titular de lacentral nuclear.

Nivel de respuesta exterior de la central. Las actuaciones a estenivel son responsabilidad de las administraciones y organismos

pblicos, establecindose en los planes derivados:

Planes de Emergencia Nuclear Exteriores a las CentralesNucleares (PEN): incluyen los Planes de ActuacinMunicipal en Emergencia Nuclear.

Plan de Emergencia del Nivel Central de Respuesta y Apoyoa anteriores planes (PENCRA): incluye la posibilidad depeticin de ayuda y asistencia internacional.


66/160

66

4. 2.

El factor humano y la cultura de seguridad

El hecho de contar con tecnologas altamente fiables y robustas no

garantiza por s solo la seguridad nuclear. Es necesario que laspersonas quieran, puedan y sepan actuar de forma segura, de talmodo que se garantice el uso adecuado de la tecnologa nuclear.Desde hace varias dcadas, principalmente desde el desastre deChernobyl en 1986, estas cuestiones se han abordado desde unenfoque multidisciplinar.

Psiclogos, socilogos, antroplogos y otros profesionales hantratado de averiguar cmo se puede conseguir que los trabajadoresacten de una forma segura en todo momento, y han llegado a la

conclusin de que las centrales deben contar con una fuerte culturade seguridad.

La cultura de seguridad es un tipo de cultura organizativa que haceque las personas trabajen unidas para velar por la seguridad de lacentral. Esto se entender mejor con un ejemplo. Pensemos en elda a da de una central nuclear en concreto. Imaginemos una seriede circunstancias que se dan en la central a lo largo del tiempo: porejemplo un supervisor dando la enhorabuena a un trabajador por

haber compartido con sus compaeros el conocimiento aprendidoen un curso; ese mismo supervisor recriminando a otro trabajadorpor haber encontrado un error en la sala de control y no haberloreportado de inmediato; un directivo o gerente que a su paso por laplanta detecta un charco de aceite y lo limpia l mismo; untrabajador nuevo que observa cmo sus compaeros nunca tomanatajos para ser ms productivos a la hora de hacer su trabajo; laexistencia de protocolos escritos, procedimientos y polticas quedetallan qu hacer para garantizar la seguridad de la central en casode emergencia. Pensemos en estos cinco casos y en todas las

experiencias y momentos que los trabajadores viven y compartenen el da a da en la central. Es de esperar que los trabajadoresvayan aprendiendo que algunas acciones o formas de hacer lascosas son elogiadas, apoyadas y recompensadas mientras otras no.Con el paso del tiempo los trabajadores van comprendiendo einteriorizando la filosofa y los valores de la central yempiezan acompartir la forma de ver las cosas, de sentir y de actuar dentro dela central. Esto es, los trabajadores de la central llegan a tener supropia cultura organizativa.


67/160

67

Por tanto, la cultura de una organizacin orienta elcomportamiento de sus miembros tanto en el da a da como ensituaciones particulares y dirige sus acciones hacia la consecucinde los objetivos de la organizacin. Cuando los trabajadores de una

central nuclear (gerentes, lderes, operadores, etc.) estn deacuerdo (y acten en consecuencia) en que la seguridad de lacentral es el objetivo prioritario en todo momento, estandosiempre por encima de otros objetivos (productividad, innovacin,etc.), se habla de una organizacin con una fuerte cultura deseguridad.

Figura 39. Sala de Control

Estos son algunos de los principios en los que se basa la cultura deseguridad de una central nuclear:

Un sistema de gestin de personal que permita la incorporacinde personal altamente cualificado y concienciado con el valorprioritario de la seguridad, que abogue por el desarrollo continuo

de estas personas en materias tcnicas y de seguridad, y quemotive a estas personas a desarrollar un trabajo seguro y decalidad. Un ejemplo de ello lo constituye el personal encargadode la operacin de la sala de control de una central nuclear, elcual es sometido a un duro proceso de seleccin, formacinterico-prctica y exmenes del organismo regulador para laobtencin de la licencia que le permita operar una centralnuclear.

Empleo de procedimientos orientados a la seguridad: las

actividades en las centrales nucleares estn reguladas por


68/160

68

procedimientos, tanto tcnicos (de operacin, mantenimiento,proteccin radiolgica, emergencia, en caso de transitoriosoperacionales y accidentes, etc.) como organizativos y deadministracin, que reducen la probabilidad del error humano.

Estos procedimientos se aplican generalmente de formasistemtica, no obstante deben dejar un margen de flexibilidadpara poder dar respuesta a situaciones inesperadas.

Anlisis de la experiencia operativa propia y de otras centralesnucleares con el objeto de establecer mejoras y leccionesaprendidas, persiguiendo as la excelencia en la operacin.

Un ambiente de confianza en el que se anime, e incluso

recompense, a las personas por facilitar informacin esencialrelacionada con la seguridad de la central. Este ambiente deconfianza no debe difuminar la lnea entre lo que escomportamiento aceptable e inaceptable y debe contar consistemas y normas para culpar a trabajadores que cometanviolaciones de la seguridad intencionadamente.

Una toma de decisiones que refleje la seguridad ante todo.Cuando se toma una decisin, est no puede comprometer laseguridad de la central. La seguridad es siempre antes que laproductividad.

Una actitud cuestionadora. Debe existir una falta deconformismo en lo que a seguridad se refiere, siempre se puedemejorar.

Los lderes muestran su entrega y dedicacin por la seguridad.Los lderes predican con su ejemplo y transmiten sus valores ycreencias sobre la importancia de la seguridad.

Lograr una cultura de seguridad requiere el esfuerzo conjunto detodos los actores que influyen en mayor o menor medida en laseguridad de la central, esto es, el Gobierno, los organismosreguladores, consultores externos, directivos de la central, mandosintermedios y trabajadores de lnea. Este esfuerzo conjunto debeser canalizado principalmente por los lderes o mandos de lacentral, ya que ellos son la cadena entre las personas encargadas detomar las decisiones y las personas encargadas de operar la centralnuclear.


69/160

69

En conclusin, conseguir ser una central libre de accidentesrequiere algo ms que el diseo e implementacin de tecnologasseguras. Cada central nuclear necesita una cultura compartida portodos los trabajadores cuya piedra angular y principal objetivo sea

la seguridad de los trabajadores, la sociedad y el medioambiente.Cultura de seguridad es hacer las cosas bien incluso cuando nadieest mirando.

4. 3.

El Consejo de Seguridad Nuclear

En Espaa, el organismo independiente encargado de velar por laSeguridad Nuclear y la Proteccin Radiolgica de las personas y elmedio ambiente es el Consejo de Seguridad Nuclear (CSN), que

controla que los niveles de riesgo existentes estn dentro de lotolerable, es decir, que la probabilidad de accidentes graves seasumamente pequea.

El Consejo de Seguridad Nuclear ejerce una labor de inspeccin,auditora y control durante todo el proceso de diseo, construcciny puesta en marcha de las instalaciones nucleares, incluyendo supresencia durante las pruebas pre-operacionales y operacionalestendentes a comprobar si el funcionamiento de los distintos

sistemas, equipos y componentes es o no conforme con lo que seproyect. Posteriormente, durante la operacin de la instalacin, elConsejo realiza una supervisin y control continuados de sufuncionamiento a travs de la evaluacin de los informes peridicosque las centrales le remiten, de los informes sobre sucesosnotificables que puedan haber ocurrido, de las inspeccionesrealizadas por sus tcnicos, etc. Adems, el Consejo tienedestacados, de forma permanente, a dos inspectores residentes encada central nuclear en operacin.

El CSN tambin colabora con el Gobierno en la elaboracin yrevisin de la reglamentacin en materia de Seguridad Nuclear yProteccin Radiolgica, informa sobre la concesin o retirada deautorizaciones, controla los niveles de radiacin y el vertido deproductos radiactivos en las proximidades de instalacionesnucleares y radiactivas, participa en la confeccin de planes deemergencia y promociona la realizacin de trabajos deinvestigacin.

Aunque es un organismo independiente de la AdministracinCentral del Estado, realiza informes preceptivos y vinculantes en


70/160

70

materia de Seguridad Nuclear y Proteccin Radiolgica, que sonposteriormente estudiados por el Ministerio competente,generalmente el Ministerio de Industria, autorizando o denegandola continuidad de la explotacin de la instalacin nuclear.

Adems, mantiene informada a la opinin pblica sobre temas de sucompetencia y cada seis meses informa de sus actuaciones alCongreso de los Diputados y al Senado.

4. 4.

Conclusiones

El objetivo prioritario de la Energa Nuclear es la explotacin segurade sus instalaciones. La Seguridad Nuclear permite garantizar la

defensa frente a los efectos perniciosos de las radiacionesionizantes sin renunciar a los beneficios que la utilizacin de laEnerga Nuclear reporta a la humanidad.

A fin de compensar fallos mecnicos y errores humanos, se empleael principio de Defensa en Profundidad, que se centra en variosniveles de proteccin: proteccin multibarrera, salvaguardiastecnolgicas y planes de emergencia. Las centrales nucleares estndiseadas para hacer frente con garantas a los diversos fenmenos

que podran dar lugar a un accidente con consecuenciasradiolgicas, como terremotos, inundaciones, explosiones,incendios, vientos huracanados, nubes txicas, accidentes en elinterior de la instalacin (rotura del circuito de refrigerante delreactor), etc.

Los residuos peligrosos de las centrales nucleares no se expulsan almedio ambiente, aplicndose el confinamiento de los mismosmediante barreras sucesivas hermticas. Este tratamiento esdiferente del recibido por otros residuos industriales (y domsticos)

de contrastado impacto negativo en el medio ambiente, a los cualesse les aplica el principio de dispersin y dilucin en el medio (tal esel caso del CO2, por ejemplo).

Existen factores organizativos y de gestin de personal que jueganun papel relevante en la seguridad de las centrales nucleares. Cadacentral debe contar, no solo con tecnologas fiables y robustas, sinotambin con una cultura de seguridad que garantice la seguridad delos trabajadores, la sociedad y el medioambiente.


71/160

71

Existe un organismo regulador independiente: el Consejo deSeguridad Nuclear, que vela por el cumplimiento de los objetivos deSeguridad Nuclear y Proteccin Radiolgica.

4. 5.




World Association of Nuclear Operators (www.wano.info)


72/160


73/160

73

5. Proteccin radiolgica

Alfonso Barbas Espa

Maita Morales Prieto

La radiactividad es un fenmeno fsico-qumico por el que algunoscuerpos emiten radiaciones ionizantes de varios tipos: radiaciones (alfa), (beta), (gamma) y neutrones; que pueden interactuar conla materia viva.

El objetivo de la proteccin radiolgica (en adelante PR) es, deacuerdo con la IAEA (Internacional Atomic Energy Agency),proteger a trabajadores, pblico y medio ambiente de lasradiaciones que emite toda industria que utiliza, tanto fuentes,como mecanismos emisores de radiacin.

Pero antes de plantearse cmo protegerse de ellas, se debecomprender cmo afectan las radiaciones ionizantes y cmo sepuede detectar su presencia; por ello, se presentan a continuacin

los efectos que sobre los organismos vivos causan las radiacionescon carcter ionizante, ms tarde se presentarn los mtodos(unidades y dispositivos) que se emplean para medir las radiacionesionizantes y se finaliza el captulo con las estrategias activas que seemplean para protegerse de ellas y minimizar sus efectos nocivos.

La PR es el mecanismo utilizado para proteger a trabajadores,personas del pblico y medio ambiente de las radiaciones que seproducen tanto de forma natural como en la industria o en

tratamientos mdicos.El entorno natural que nos rodea est repleto de fuentes deradiacin de origen natural. Una gran parte de stas provienen de laradiacin solar, pero mucha es tambin generada por materialesradiactivos existentes en la tierra de forma natural.

La ONU, a travs de su Comit Cientfico para el Estudio de losEfectos de las Radiaciones Atmicas, indica que casi el 90% de lasradiaciones ionizantes que recibe una persona a lo largo de su vida

es de origen natural y slo el 10% restante tienen origen artificial.


74/160

74

La Figura 40 muestra los diferentes orgenes de las radiacionesionizantes.

Figura 40. Porcentajes de exposicin a radiaciones ionizantes

5. 1.

Interaccin de las radiaciones ionizantes

Cuando una partcula interacciona con los tomos de una clula vivadeposita en ellos su energa causando ionizaciones ydesplazamientos. La destruccin de las estructuras moleculares de

los principales orgnulos de la clula puede impedir su normalfuncionamiento, pero cuando la interaccin se produce sobre elncleo de la clula, donde se localiza el ADN, es cuando los daospueden resultar ms peligrosos. Esto es por dos razones: por unlado el ADN es el elemento de la clula que contiene toda lainformacin para su posterior crecimiento y el desarrollo de sucometido en el interior del organismo. Por otro, los posiblesdefectos (mutaciones) introducidos en el ADN sern reproducidosen todos los descendientes de la clula modificada a travs delconocido proceso de replicacin del ADN.


75/160

75

Los procesos de dao sobre el material gentico son muyhabituales, no slo se producen por los efectos de las radiaciones,sino tambin por otros agentes como los radicales libres. En elcuerpo humano, por ejemplo, se producen a un ritmo de varios

millones por segundo y por esto se cuentan con diversos procesosde reparacin de los cromosomas.

Cuando una clula recibe un dao en su cadena de ADN, se ponenen marcha los mecanismos de recuperacin, que en generalaprovechan la duplicidad de la informacin en la doble hlice delADN para reparar los daos producidos. En funcin de la gravedadde los daos y la capacidad de los mecanismos de reparacin puederestaurarse el estado normal de la clula o llegar a la muerte

celular, pero existe una tercera posibilidad: podra ocurrir que staquedase suficientemente reparada como para vivir pero no pararealizar su cometido, quedando como clula parsita en elorganismo. Si esta clula tiene un alto potencial reproductivo,puede llegar a desarrollarse un cncer.

El esquema de la Tabla 2 presenta todas las posibilidades quepueden darse frente a un dao producido.

Daocelular

Reparado Sin consecuencias

Malreparado

Zonafundamental

Alto potencialreproductivo

Riesgo daosprobabilistas

Bajo potencialreproductivo

Sin consecuencias

Zona nofundamental

Sin consecuencias

Noreparado

Zonafundamental

Riesgo daosdeterministas

Zona nofundamental

Sin consecuencias

Tabla 2 Resumen de los daos celulares

Efectos deterministas y probabilistas

Como muestra la Tabla 2, existen dos riesgos muy diferentescuando se habla de efectos biolgicos de las radiaciones.

Efectos probabilistas: cuando el dao se produce en una zona

importante del ADN de una clula con alta capacidad dereproducirse y adems no se logra reparar correctamente, la clula


76/160

76

podra dar lugar a una estirpe de clulas vivas que consumenrecursos sin realizar su cometido en el cuerpo; he aqu el riesgo decncer e incluso de posterior metstasis. El dao probabilista es undao que aparece mucho tiempo despus de haber sido recibida la

dosis (diferido en el tiempo) y presenta un carcter marcadamenteprobabilista, ya que son muchos los factores que influyen en eldesarrollo de un tumor. Para este tipo de efectos se supone deforma conservadora que no existe un lmite de dosis, es decir, seconsidera que cualquier dosis, por pequea que sea, es susceptiblede provocarlos.

Efectos deterministas: si el dao no se consigue reparar y se haproducido en una zona fundamental de la clula se producir la

muerte celular. Esto resulta peligroso si ocurre en una grancantidad de clulas del cuerpo, especialmente si stas forman partede rganos indispensables para las acciones vitales del organismo.El dao aparece en forma de quemadura, tanto externa comointerna (esto depende del tipo y forma en que se haya recibido laradiacin). Es un dao que aparece poco despus de la exposicin ya partir de un lmite de dosis, es suficiente para causar dao en unagran cantidad de clulas. De hecho, este mtodo es el queaprovecha la medicina actual en muchos tratamientos deradioterapia, en los que la aplicacin

librocbctn-ed2 ciencia y tecnología nuclear.pdf

Documents