Energía nuclear

Fisión nuclear. Reacción en cadena. Centrales nucleares. Ciclos. Combustibles

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Energía nuclear

Proviene de reacciones entre núcleos de radioisótopos. Si se liberan las partículas de un núcleo atómico, también se liberará energía.

Los dos procesos nucleares utilizados para liberar esta energía son las reacciones de fisión y de fusión nuclear.

Fisión nuclear. Al bombardear con neutrones un núcleo pesado, este se descompone en dos y libera gran cantidad de energía. La mayor parte es energía cinética de los núcleos originados, y el resto aparece en forma de rayos gamma y partículas beta.

Se emiten dos o tres neutrones que pueden ocasionar más fisiones al interaccionar con nuevos núcleos, que difundirán nuevos neutrones, y así sucesivamente. Esta reacción en cadena constituye el principio en el que se basa la bomba atómica. Sin embargo, solo uno de los neutrones liberados produce una fisión posterior, el número de fisiones por unidad de tiempo es constante y la reacción estará controlada. Este es el principio del funcionamiento de los reactores nucleares.

Fusión nuclear. En estas reacciones, dos núcleos muy ligeros se unen para formar uno más pesado y estable, liberando gran cantidad de energía. Para lograr esta fusión, es necesario que los núcleos iniciales venzan las fuerzas electrostáticas de repulsión, normalmente mediante la intervección de energía térmica.

Estas reacciones de fusión térmica se producen en reactores de fusión y son la fuente de una energía barata, ya que el combustible (H) es muy abundante en el agua marina, y renovable. Aunque actualmente existan dificultades técnicas se considera la energía del futuro. Ha sido usada con fines bélicos en la fabricación de la bomba de hidrogeno.

Centrales nucleares

La diferencia entre las centrales nucleares y las térmicas convencionales consiste en el método de calentar el agua para obtener vapor que mueve la turbina. Este proceso se realiza en los reactores nucleares a partir de reacciones de fisión controladas.

El combustible utilizado para ello es el uranio. El uranio se extrae del mineral (uraninita) mediante unos procesos fisicoquímicos que eliminan gran cantidad de impurezas hasta aumentar al 70% del contenido en uranio. Se obtiene así, un concentrado que, debido a su color, es conocido como torta amarilla.

A continuación, se lleva a cabo el proceso de enriquecimiento del uranio. El uranio natural se enriquece en U235, se separan los isótopos de U238 y U235, que se realizan a partir del único compuesto gaseoso de uranio estable a temperatura ambiente, el hexafluoruro de uranio.

Una vez enriquecido, el uranio se transforma en polvo de oxido de uranio mediante un procedimiento químico. Este polvo se somete a un proceso cerámico con los que se obtienen unas pastillas de UO2. Estas se cargan de unos tubos en zircaloy rellenos de helio. Posteriormente, se montan los elementos combustibles, colocando las barras en unas estructuras en el núcleo del reactor.

Los elementos combustibles gastados se extraen del reactor, y con ellos se puede proceder de dos modos:

Ciclo abierto. El combustible gastado se acumula en piscinas de almacenamiento situadas en las instalaciones de la propia central, en espera de su confinamiento.

Ciclo cerrado. El combustible gastado se reelabora, ya que contiene U-235 y Pu-239 sin transformar, aprovechables como fuente de energía una vez separados del resto. Se trata de una tecnología compleja y de elevado coste.