Saltar al contenido
Educándose En Linea

Energía atómica o nuclear

atómica o nuclear Energía Atómica
Energía atómica o nuclear
Valoranos

¿Qué es la Energía Atómica o nuclear?

 

Una lámpara Qué es la energía nuclear

Todo a su alrededor se compone de pequeños objetos llamados átomos. La mayor parte de la masa de cada átomo se concentra en el centro (que se llama el núcleo), y el resto de la masa está en la nube de electrones que rodea el núcleo. Los protones y neutrones son partículas subatómicas que comprenden el núcleo.

 

Bajo ciertas circunstancias, el núcleo de un átomo muy grande puede dividirse en dos. En este proceso, una cierta cantidad de masa del átomo grande se convierte en energía pura siguiendo la famosa fórmula de Einstein E = MC 2 , donde M es la pequeña cantidad de masa y C es la velocidad de la luz (un número muy grande). En los años 30 y 40, los seres humanos descubrieron esta energía y reconocieron su potencial como arma. La tecnología desarrollada en el Proyecto Manhattan utilizó con éxito esta energía en una reacción en cadena para crear bombas nucleares.

 

Poco después de la Segunda Guerra Mundial terminó, la nueva fuente de energía encontrado un hogar en la propulsión de la marina nuclear, proporcionando submarinos con motores que podrían funcionar durante más de un año sin reabastecimiento de combustible. Esta tecnología se transfirió rápidamente al sector público, Donde se desarrollaron y desplegaron centrales eléctricas comerciales para producir electricidad.

 

La Energía Atómica o nuclear hoy

Los reactores nucleares producen un poco menos del 20% de la electricidad en Estados Unidos. Hay más de 400 reactores de potencia en el mundo (cerca de 100 de estos están en los EE.UU.). Producen electricidad de base 24/7 sin emitir contaminantes (incluyendo CO 2 ) a la atmósfera. Ellos, sin embargo, crean desechos nucleares radiactivos que deben almacenarse cuidadosamente.

 

Fisión y fusión

 

Hay dos procesos nucleares fundamentales considerados para la producción de energía: la fisión y la fusión.

  • La fisión es la división energética de grandes átomos como el uranio o plutonio en dos átomos más pequeños, llamados productos de fisión. Para dividir un átomo, debes golpearlo con un neutrón. También se liberan varios neutrones que pueden ir a dividir otros átomos cercanos, produciendo una reacción en cadena nuclear de liberación de energía sostenida. Esta reacción nuclear fue la primera de las dos que se descubrieron. Todas las centrales nucleares comerciales en funcionamiento utilizan esta reacción para generar calor que se convierten en electricidad.

 

  • La fusión es la combinación de dos átomos pequeños como el hidrógeno o el helio para producir átomos y energía más pesados. Estas reacciones pueden liberar más energía que la fisión sin producir tantos subproductos radiactivos. Las reacciones de fusión ocurren en el sol, generalmente usando el hidrógeno como combustible y produciendo el helio como desperdicio (hecho divertido: el helio fue descubierto en el sol y nombrado después del dios griego del sol, Helios). Esta reacción no ha sido desarrollada comercialmente todavía y es un serio interés de investigación en todo el mundo, debido a su promesa de casi ilimitada, baja contaminación y energía no proliferativa.

 

Este sitio se centra en la fisión nuclear. Con el fin de aprovechar la fusión, muchos problemas de ingeniería y la física de enormes proporciones debe ser resuelto. La línea de tiempo para resolver estos problemas es indefinida, por lo que como sociedad debemos recurrir a otras soluciones para resolver los problemas energéticos, al menos por ahora. La investigación de la fusión es emocionante y está haciendo grandes progresos, y debe seguir interesando a la humanidad.

Densidad de energía de varias fuentes de combustible

La cantidad de energía liberada en las reacciones nucleares es asombrosa. La Tabla 1 muestra cuánto tiempo una bombilla de 100 vatios podría funcionar de usar 1 kilogramo de varios combustibles. El uranio natural sufre fisión nuclear y por lo tanto alcanza una densidad de energía muy alta (energía almacenada en una unidad de masa).

Material Densidad Energética (MJ / kg) Tiempo de la bombilla de 100W (1kg)
Madera 10 1,2 días
Etanol 26,8 3,1 días
Carbón 32,5 3,8 días
Petróleo crudo 41,9 4,8 días
Diesel 45,8 5,3 días
El uranio natural (LWR) 5,7×10 5 182 años
Grado de Reactor de Uranio (LWR) 3,7 x 10 6 1.171 años
Uranio natural (criador) 8,1 x 10 7 25.700 años
Torio (criador) 7,9 x 10 7 25.300 años

Tabla 1 Densidades de energía de varias fuentes de energía en MJ / kg y en la duración de tiempo que 1 kg de cada material podría funcionar una carga de 100W. El uranio natural no ha experimentado enriquecimiento (0,7% U-235), el uranio del reactor tiene un 5% de U-235. Por cierto, 1 kg de armas de grado de uranio (95% U-235) podría alimentar a los EE.UU. por 177 segundos. Todos los números suponen una conversión 100% térmica a eléctrica. Vea nuestra página de densidad de energía de combustible nuclear para más detalles.

También te puede interesar la energía cinética.


Capacidades de la Energía Atómica o nuclear

Sostenible

La tabla 1 suma bastante bien la sostenibilidad de la Energía Atómica o nuclear. Sin embargo, hay un poco de hablar sobre el combustible nuclear (uranio) corriendo bajo como el petróleo. Técnicamente, esto no es un problema, ya que los residuos nucleares son reciclables . Económicamente, podría convertirse en un tema importante. Los reactores nucleares comerciales de hoy en día queman menos del 1% del combustible que se extrae para ellos y el resto se desecha (como el uranio empobrecido y los desechos nucleares).

El programa de reciclaje de Estados Unidos se cerró en los años 70 debido a la proliferación y preocupaciones económicas. Hoy, Francia y Japón están reciclando combustible con gran éxito. Existe una nueva tecnología que puede reducir considerablemente los problemas de proliferación. Sin reciclar, el Libro Rojo de las Reservas de Uranio 2005 publicado por la ONU El OIEA sugiere que hay más de 200 años de reservas de uranio a la demanda actual. También hay un suministro muy grande de uranio disuelto en agua de mar a muy baja concentración. Nadie ha encontrado una manera bastante barata de extraerla todavía, aunque la gente se ha acercado. Los reactores nucleares también pueden funcionar con combustible de torio .

Ecológico

En funcionamiento, las centrales nucleares no emiten nada en el medio ambiente excepto el agua caliente. El clásico icono de torre de enfriamiento de los reactores nucleares es sólo eso, una torre de enfriamiento. El vapor de agua limpia es todo lo que sale. Muy pocos CO 2 u otros gases que cambian el clima provienen de la generación de Energía Atómica o nuclear (sin duda alguna CO 2 se produce durante la minería, construcción, etc, pero la cantidad es aproximadamente 50 veces menos que el carbón y 25 veces menos que las plantas de gas natural. Detalles próximamente). El combustible nuclear gastado ( desechos nucleares ) puede manejarse adecuadamente y eliminarse geológicamente sin afectar el medio ambiente de ninguna manera.

Son seguros también. En marzo de 2013, el ex científico de la NASA James Hansen (el límite de la fama 350 ppm) publicó un documento que muestra que la Energía Atómica o nuclear ha ahorrado un total de 1,8 millones de vidas en todo el mundo en su historia simplemente mediante el desplazamiento de la contaminación del aire que es un asesino conocido 2 . Eso incluye cualquier muerte que la Energía Atómica o nuclear haya sido responsable de sus accidentes.

Independiente

Con la Energía Atómica o nuclear, muchos países pueden acercarse a la independencia energética. Ser “adicto al petróleo” es una de las principales preocupaciones de seguridad nacional y mundial por varias razones. Utilizando vehículos eléctricos híbridos eléctricos (PHEV)accionados por reactores nucleares, podríamos reducir nuestras demandas de petróleo por órdenes de magnitud. Además, muchos diseños de reactores nucleares pueden proporcionar calor de proceso de alta calidad además de electricidad, que a su vez puede usarse para desalinizar agua, preparar hidrógeno para celdas de combustible, o para calentar vecindarios, entre muchos otros procesos industriales.


Problemas con la Energía Atómica o nuclear

Desperdicios nucleares

Cuando los átomos se dividen para liberar energía, los átomos más pequeños que quedan atrás se dejan a menudo en estados excitados, emitiendo partículas energéticas que pueden causar daño biológico. Algunos de los átomos más largos vividos no se deterioran a la estabilidad durante cientos de miles de años. Estos residuos nucleares deben ser controlados y mantenidos fuera del medio ambiente durante al menos ese tiempo. Diseñar sistemas que duren tanto tiempo es una tarea desalentadora, que ha sido un importante punto de venta de grupos antinucleares.

Accidentes dramáticos

Tres accidentes importantes se han producido en centrales eléctricas comerciales: Chernobyl, Three Mile Island y Fukushima. Chernobyl fue una incontrolada explosión de vapor que liberó una gran cantidad de radiación en el medio ambiente, matando a más de 50 personas, requiriendo una evacuación masiva de cientos de miles de personas y causando hasta 4000 casos de cáncer.

Three Mile Island era una fusión de núcleo parcial, donde los niveles de refrigerante caían por debajo del combustible y permitían que parte de él se derritiera. Nadie resultó herido y se liberó muy poca radiación, pero la planta tuvo que cerrar, haciendo que la compañía operadora y sus inversores pierdan mucho dinero. Fukushima era un black-out de la estación causado por un Tsunami enorme. Cuatro plantas vecinas perdieron el enfriamiento y el calor de desintegraciónderritió los núcleos. La radiación fue liberada y el público fue evacuado. Estos tres accidentes son muy atemorizantes y evitan que muchas personas se sientan cómodas con la Energía Atómica o nuclear.

Costo

Las centrales nucleares son más grandes y más complicadas que otras centrales eléctricas. Muchos sistemas de seguridad redundantes están construidos para mantener la planta operando con seguridad. Esta complejidad hace que el costo inicial de una planta de Energía Atómica o nuclear sea mucho mayor que para una planta de carbón comparable. Una vez construida la planta, los costos de combustible son mucho menores que los costos de los combustibles fósiles. En general, cuanto más vieja es una planta nuclear, más dinero hacen sus operadores. El gran costo de capital evita que muchos inversionistas acepten financiar centrales nucleares.

radioactive material - Energía atómica o nuclear

IAEA
Material radioactivo

 

La ONU y la era nuclear nacieron casi simultáneamente. El horror de la segunda guerra mundial, que culminó con las explosiones nucleares en Hiroshima y Nagasaki, trajo a la luz la necesidad de abordar la cuestión nuclear. En su primera resolución, la Asamblea General estableció la Comisión de Energía Atómica de las Naciones Unidas para hacer frente a los problemas planteados por el descubrimiento de la energía atómica. Y un discurso histórico del presidente de los Estados Unidos, Dwight D. Eisenhower, en 1953, “Atoms for Peace” , condujo al establecimiento en 1957 del Organismo Internacional de Energía Atómica (AIEA).

Agencia Internacional de Energía Atómica

El  Organismo Internacional de Energía Atómica colabora con sus Estados Miembros y con múltiples asociados en todo el mundo para promover el uso seguro, seguro y pacífico de las tecnologías nucleares. La relación del OIEA con las Naciones Unidas se rige por un acuerdo firmado por ambas partes en 1957. Se estipula que: “El Organismo se compromete a llevar a cabo sus actividades de conformidad con los Propósitos y Principios de la Carta de las Naciones Unidas para promover la paz y la cooperación internacional, Y de conformidad con las políticas de las Naciones Unidas que promuevan el establecimiento de un desarme mundial salvaguardado y de conformidad con los acuerdos internacionales celebrados de conformidad con esas políticas “.

nuclear infog - Energía atómica o nuclear

Energía Atómica o nuclear en números

En noviembre de 2016, más de 30 países en todo el mundo están operando 444 reactores nucleares para la generación de electricidad y 66 nuevas centrales nucleares están en construcción. Hoy, 439 reactores de Energía Atómica o nuclear producen aproximadamente el 16 por ciento de la electricidad del mundo. Las centrales nucleares proporcionaron el 10,9 por ciento de la producción mundial de electricidad en 2012. En 2014, 13 países dependían de la Energía Atómica o nuclear para suministrar al menos un cuarto de su electricidad total.

Seguridad Nuclear

La seguridad nuclear es responsabilidad de todas las naciones que utilizan tecnología nuclear. El OIEA, por conducto del Departamento de Seguridad y Seguridad Nuclear, trabaja para proporcionar un marco global sólido, sostenible y visible de seguridad y protección nuclear para la protección de las personas, la sociedad y el medio ambiente. Este marco prevé el desarrollo armonizado y la aplicación de normas, directrices y requisitos de seguridad y protección; Pero no tiene el mandato de hacer cumplir las normas de seguridad dentro de un país.

Chernóbil

El accidente de la planta de Chernobyl de 1986 en Ucrania fue el resultado de un diseño defectuoso del reactor, que fue operado por personal inadecuado.

Durante los primeros cuatro años después del accidente de Chernobyl, las autoridades soviéticas decidieron tratar en gran medida las consecuencias de la explosión a nivel nacional. Sin el apoyo de la Unión Soviética, las Naciones Unidas y sus asociados buscaron formas de prestar apoyo de emergencia, que incluyó la evaluación de la seguridad nuclear y las condiciones ambientales de la zona contaminada y el diagnóstico de las diversas condiciones médicas que resultaron del accidente.

Después del accidente nuclear de Chernobyl de 1986, se intensificó considerablemente la cooperación internacional en materia de seguridad nuclear: se elaboraron y adoptaron cuatro convenios internacionales de seguridad, dos códigos de conducta, principios fundamentales de seguridad y un conjunto de normas de seguridad reconocidas mundialmente. Las normas de seguridad del OIEA reflejan un consenso internacional sobre lo que constituye un alto nivel de seguridad para proteger a las personas y al medio ambiente de los efectos nocivos de las radiaciones ionizantes.

Fukushima

Fukushima Daiichi Nuclear Plant - Energía atómica o nuclear

En marzo de 2011, la central nuclear de Fukushima-Daiichi sufrió daños mayores por el fallo de los equipos después de la magnitud del terremoto de este-Japón de magnitud 9,0 y posterior tsunami. Fue el mayor accidente nuclear civil desde el accidente de Chernobyl en 1986. Material radiactivo fue liberado de la planta dañada y decenas de miles de personas fueron evacuadas. El Centro de incidentes y emergencias del OIEA se activó de inmediato en el modo de respuesta completa, reuniendo a un equipo de expertos en seguridad nuclear, respuesta a emergencias y protección contra las radiaciones. El Centro recopiló y analizó datos y proporcionó actualizaciones periódicas a los Estados Miembros del OIEA, a las organizaciones internacionales, a los medios de comunicación y al público en general.

Tres meses más tarde, el OIEA organizó una Conferencia Ministerial sobre Seguridad Nuclear . Esto abrió el camino para la aprobación unánime del Plan de Acción del OIEA sobre Seguridad Nuclear por parte de los Estados Miembros del OIEA en septiembre de 2011, que desde entonces ha fomentado la colaboración internacional para fortalecer la seguridad nuclear mundial.

Tratado sobre la no proliferación de las armas nucleares (TNP)

En virtud del  Tratado sobre la no proliferación de las armas nucleares (TNP) de 1968 , el OIEA lleva a cabo inspecciones in situ para garantizar que los materiales nucleares se utilicen únicamente con fines pacíficos. Antes de la guerra de 2003 en Irak, sus inspectores desempeñaron un papel clave en descubrir y eliminar los programas y capacidades de armas prohibidas de Irak. En 2005, el Organismo y su Director General, Mohamed El Baradei , recibieron el  Premio Nobel de la Paz  “por sus esfuerzos para evitar que la Energía Atómica o nuclear se utilice con fines militares y para garantizar que la Energía Atómica o nuclear con fines pacíficos se utilice de la forma más segura posible”.

Haga clic en la imagen para ver cómo el OIEA contribuirá a los Objetivos de Desarrollo Sostenible

Conferencia de la ONU sobre Desarme

La Conferencia de Desarme de las Naciones Unidas, único foro multilateral de negociación sobre desarme, produjo el  Tratado de prohibición completa de los ensayos nucleares , que fue aprobado en 1996. La Oficina de Asuntos de Desarme promueve el desarme nuclear y la no proliferación.

La Comisión sobre la Utilización del Espacio Ultraterrestre con Fines Pacíficos produjo los Principios de 1992 sobre el uso de fuentes de Energía Atómica o nuclear en el espacio ultraterrestre. El Comité Científico de las Naciones Unidas sobre los efectos de la radiación atómica informa sobre los niveles y efectos de la exposición a las radiaciones ionizantes, proporcionando la base científica para las normas de protección y seguridad en todo el mundo.

Terrorismo nuclear

Al abordar el peligro del terrorismo nuclear, la ONU también ha elaborado la Convención sobre la protección física de los materiales nucleares(Viena, 1980) y el Convenio internacional para la represión de los actos de terrorismo nuclear  (2005).

Zonas libres de armas nucleares

El establecimiento de Zonas Libres de Armas Nucleares (NWFZ) es un enfoque regional para fortalecer las normas mundiales de no proliferación nuclear y desarme y consolidar los esfuerzos internacionales hacia la paz y la seguridad. El artículo VII del Tratado de No Proliferación de las Armas Nucleares establece que “ninguna disposición del presente Tratado afecta el derecho de ningún grupo de Estados a celebrar tratados regionales para asegurar la ausencia total de armas nucleares en sus respectivos territorios”.

Tratados relacionados con las Zonas Libres de Armas Nucleares

Los siguientes tratados constituyen la base de las actuales Zonas Libres de Armas Nucleares:

  • Tratado de Tlatelolco  – Tratado para la Prohibición de las Armas Nucleares en América Latina y el Caribe
  • Tratado de Rarotonga  – Tratado de la Zona Libre Nuclear del Pacífico Sur
  • Tratado de Bangkok  – Tratado sobre la Zona Libre de Armas Nucleares del Sudeste Asiático
  • Tratado de Pelindaba  – Tratado sobre la zona libre de armas nucleares en África
  • Tratado sobre una zona libre de armas nucleares en Asia Central

nuclear weapon free areas map - Energía atómica o nuclear

Acuerdos multilaterales y bilaterales de desarme nuclear y de armamento

Historia de la Energía Atómica o nuclear

Esta página pasa por una versión condensada de la historia de la Energía Atómica o nuclear. Por supuesto, hay muchos desarrollos y personas que no están cubiertos.

Los primeros descubrimientos

Ningún progreso científico empieza realmente . Más bien, se basa en el trabajo de innumerables otros descubrimientos. Ya que tenemos que empezar en alguna parte, esta historia comenzará en Alemania, en 1895, donde un compañero llamado Roentgen estaba experimentando con rayos catódicos en un tubo de cristal de donde había aspirado el aire. En un punto, él tenía el dispositivo cubierto pero notó que las placas fotográficas apagadas al lado se encienden para arriba cuando el dispositivo fue energizado.

Se dio cuenta de que estaba mirando un nuevo tipo de rayos, y lo llamó lo que cualquier físico razonable llamaría un desconocido: la radiografía. Estudió sistemáticamente estos rayos y tomó la primera foto de rayos X de la mano de su esposa dos semanas después, convirtiéndose así en el padre de los modernos diagnósticos médicos.

Poco después en Francia, en 1896, un individuo llamado Becquerel notó que si dejaba las sales de uranio que se sentaban en placas fotográficas, ellas exponían aunque ningún tubo de rayos catódicos era energizado. La energía debe haber venido de dentro de las propias sales. Marie Curie y su esposo Pierre estudiaron el fenómeno y aislaron dos nuevos elementos que exhibieron esta producción espontánea de energía: Polonio y Radium. Ellos nombraron al fenómeno “radioactividad”.

Estudios realizados en inglaterras

En Inglaterra, Ernest Rutherford comienza a estudiar la radiactividad y descubre que hay dos tipos de rayos que salen que son diferentes de las radiografías. Los llama radiación alfa y beta. Más tarde descubre el sorprendente hecho de que la gran mayoría de la masa de átomos se concentra en sus centros, y así descubre el núcleo atómico. Hoy se le considera ampliamente como el padre de la física nuclear. Más tarde descubre la radiación gamma. En 1920, teoriza la existencia de una partícula neutra en el núcleo llamado neutrón, aunque no hay evidencia de que existan neutrones todavía.

En 1932, Chadwick lee algunos resultados publicados de la niña de Curie, Irene Joliot-Curie que dice que la radiación gamma se encontró para golpear los protones fuera de la cera. Incrédulo, sospecha que están viendo los neutrones de Rutherford y hace experimentos para demostrar esto, descubriendo así el neutrón.

Fisión y la bomba

Con neutrones alrededor, todos los disparan en varios nuclides. Bastante pronto, Hahn y Strassman los disparan en átomos de uranio y ven un comportamiento extraño que Lise Meitner y su sobrino Frisch identifican como la división del átomo, liberando mucha energía. Lo llaman fisión, después de la fisión binaria en biología.

Szilard reconoce la fisión como una forma potencial de formar una reacción en cadena (que había estado considerando durante mucho tiempo). Él y Fermi hacen algunos estudios de multiplicación de neutrones y ven que es realmente posible. Se van a casa, sabiendo que el mundo está a punto de cambiar para siempre.

La carta de Szilard, Wigner y Teller

Szilard, Wigner y Teller escriben una carta al presidente Roosevelt, advirtiendo de las armas nucleares, y que Einstein lo firme y lo envíe (era más famoso). Roosevelt autoriza un pequeño estudio sobre el uranio. En 1942, Fermi creó con éxito la primera reacción en cadena nuclear hecha por el hombre en una cancha de squash bajo el estadio de la Universidad de Chicago. El proyecto de Manhattan dio un puntapié.

Dos tipos de bombas fueron perseguidos simultáneamente, uno hecho con uranio enriquecido, y el otro hecho con plutonio. Las gigantescas ciudades secretas se construyeron muy rápidamente. El de Oak Ridge, TN, tenía un reactor que creaba las primeras cantidades de plutonio para el estudio, pero su principal tarea era enriquecer el uranio.

 

Hanford, WA

 

El de Hanford, WA es el sitio de reactores de producción de plutonio (los primeros reactores nucleares de alta potencia) y plantas de extracción de plutonio. Otro, en Los Alamos, Nuevo México es el sitio donde se desarrolla la tecnología que convierte materiales de armas en armas. Ambos caminos a la bomba son exitosos. El diseño más incierto, el dispositivo de implosión de plutonio (como Fat Man) es probado con éxito en el sitio de Trinity en Nuevo México en julio de 1945.

La decisión se toma para dejar caer a Little Boy y Fat Man en Hiroshima y Nagasaki, Japón el 6 y 9 de agosto de 1945. Las ciudades están devastadas, con hasta 250.000 personas muertas. Japón se rinde incondicionalmente 6 días después, el 15 de agosto de 1945. Esta es la primera vez que el público se da cuenta de que Estados Unidos ha estado desarrollando bombas.

La energía de fisión se expande en aplicación

Un reactor experimental de metal líquido enfriado en Idaho llamado EBR-I fue unido a un generador en 1951, produciendo la primera electricidad generada por Energía Atómica o nuclear. Pero antes de que las plantas de energía civil llegaran a ser, el almirante Rickover empujó para utilizar los reactores a los submarinos del poder, puesto que no tendrían que abastecerse, o utilizar el oxígeno para la combustión. El USS Nautilus lanzó en 1954 como el primer submarino de propulsión nuclear. Poco después, la Unión Soviética abre el primer reactor no militar que produce electricidad. Basado en el diseño del reactor submarino, el reactor de Shippingport abre en 1957 como el primer reactor comercial en los Estados Unidos.

La Energía Atómica o nuclear se expande y se estanca

A través de los años 60 y 70, se construyen muchos reactores nucleares para fabricar electricidad, utilizando diseños muy similares a los de los submarinos. Funcionan bien y producen electricidad barata, libre de emisiones, con una huella de minería y transporte muy baja. Un futuro con Energía Atómica o nuclear es visto por muchos. En 1974, Francia decidió hacer un gran empuje para la Energía Atómica o nuclear, y terminó con el 75% de su electricidad procedente de reactores nucleares. Los EEUU construyeron 104 reactores, y consiguieron cerca de 20% de su electricidad de ellos. Con el tiempo, la escasez de mano de obra y los retrasos en la construcción comenzaron a aumentar el costo de los reactores nucleares, ralentizando su crecimiento.

El accidente de 1979 en Three Mile Island y el accidente de Chernobyl en 1986 ralentizaron aún más el despliegue de reactores nucleares. Las regulaciones más estrictas aumentaron los costos. Las pruebas de seguridad pasivas de 1986 en EBR-II demuestran que los diseños avanzados de reactores (además de los originalmente utilizados para fabricar submarinos) pueden ser sustancialmente más seguros. Estas pruebas tienen fallas importantes, sin que se introduzcan varillas de control y los reactores se cierren automáticamente.

 

El tratado Megatons to Megawatts

En 1994, se firma el tratado Megatons to Megawatts con Rusia para descomponer las ojivas nucleares en combustible para reactores. Finalmente, el 10% de la electricidad estadounidense proviene de armas nucleares desmanteladas.

A finales de los ’90 y ’00, el registro de seguridad fenomenal de la flota de reactores comerciales de Estados Unidos (0 muertes) y el buen funcionamiento de los reactores, combinado con las preocupaciones del cambio climático global debido a las emisiones de carbono, , Donde las nuevas compilaciones podrían comenzar de nuevo sustancialmente. Mientras tanto, el fuerte interés en Asia se fortalece y los ambiciosos planes para construir grandes flotas se hacen para satisfacer las crecientes necesidades energéticas sin agregar más combustible fósil.

En marzo de 2011, un gran terremoto y tsunami inundan los reactores en Fukushima Daiichi. Los generadores diesel de respaldo fallan y el calor de descomposición no se puede enfriar. El combustible se funde, el hidrógeno se acumula y explota (fuera de la contención). La radiación se libera, pero gran parte de ella sale al mar en lugar de en el área poblada. No se espera que nadie muera por la dosis de radiación.

Avanzando

Marzo de 2013, el famoso científico climático James Hansen co-publica un artículo de la NASA informando que, incluso con las peores estimaciones de accidentes nucleares, la Energía Atómica o nuclear en su conjunto ha salvado 1,8 millones de vidas y contado compensando las muertes relacionadas con la contaminación atmosférica De plantas de combustibles fósiles.

Septiembre de 2013, Voyager I entra en el espacio interestelar, 36 años después de su lanzamiento. Está alimentado por un generador térmico radioisotópico Plutonium-238.

¿Qué es un reactor nuclear?

Una central nuclear.

Un reactor nuclear es un sistema que contiene y controla reacciones sostenidas en cadena nuclear. Los reactores se utilizan para generar electricidad, transportar portaaviones y submarinos, producir isótopos médicos para imágenes y tratamiento del cáncer, y para realizar investigaciones.

El combustible, formado por átomos pesados ​​que se dividen cuando absorben neutrones, se coloca en el recipiente del reactor (básicamente un tanque grande) junto con una pequeña fuente de neutrones. Los neutrones comienzan una reacción en cadena donde cada átomo que se divide libera más neutrones que causan que otros átomos se dividan. Cada vez que un átomo se divide, libera grandes cantidades de energía en forma de calor. El calor se lleva a cabo del reactor por el refrigerante, que es lo más comúnmente apenas agua llana. El refrigerante se calienta y sale a una turbina para girar un generador o eje de transmisión. Los reactores nucleares son fuentes de calor exótico.

 

Componentes principales

 

  • El núcleo del reactor contiene todo el combustible nuclear y genera todo el calor. Contiene uranio de bajo enriquecimiento (<5% U-235), sistemas de control y materiales estructurales. El núcleo puede contener cientos de miles de pasadores de combustible individuales.
  • El refrigerante es el material que pasa a través del núcleo, transfiriendo el calor del combustible a una turbina. Podría ser agua, agua pesada, sodio líquido, helio, o algo más. En la flota estadounidense de reactores de potencia, el agua es el estándar.
  • La turbina transfiere el calor del refrigerante a la electricidad, al igual que en una planta de combustible fósil.
  • La contención es la estructura que separa el reactor del medio ambiente. Estos son generalmente de forma de cúpula, de hormigón reforzado con acero de alta densidad. Chernobyl no tenía una contención de la que hablar.
  • Algunas plantas necesitan torres de enfriamiento para descargar el exceso de calor que no puede convertirse en energía debido a las leyes de la termodinámica. Estos son los iconos hiperbólicos de la Energía Atómica o nuclear. Ellos emiten sólo vapor de agua limpia.

La sala de control

Un simulador de entrenamiento (réplica exacta) de una sala de control.


Sistema de reactores animados

Una animación agradable de un reactor nuclear del NRC.La imagen de arriba (reproducida del NRC ) muestra un reactor nuclear calentando el agua y girando un generador para producir electricidad. Captura la esencia del sistema también. El agua entrando en el condensador y luego volviendo a la derecha sería agua de un río, lago o océano. Sale por las torres de enfriamiento. Como puede ver, esta agua no se acerca a la radiactividad, que está en la vasija del reactor.


Pasadores de combustible

Un pasador de combustibleLa unidad más pequeña del reactor es el pasador de combustible. Éstos son típicamente óxido de uranio (UO 2), pero pueden asumir otras formas, incluyendo el material que soporta el torio . A menudo están rodeados por un tubo de metal (llamado el revestimiento) para evitar que los productos de fisión escapen al refrigerante.

Ensamblaje de combustible

Un conjunto de combustibleLos conjuntos de combustible son haces de pasadores de combustible. El combustible es introducido y sacado del reactor en asambleas. Los conjuntos tienen algún material estructural para mantener las clavijas cerca pero sin tocar, de manera que haya espacio para refrigerante.

Núcleo completo

Un núcleo completoEste es un núcleo completo, compuesto de varios cientos de asambleas. Algunos conjuntos son conjuntos de control. Varios conjuntos de combustible alrededor del núcleo tienen combustible diferente en ellos. Varían en enriquecimiento y edad, entre otros parámetros. Los conjuntos también pueden variar con la altura, con diferentes enriquecimientos en la parte superior del núcleo de los de la parte inferior.

Tipos de Reactores

Hay muchos tipos diferentes de formas de combustible nuclear y los materiales de enfriamiento se pueden utilizar en un reactor nuclear. Como resultado, hay miles de diferentes diseños de reactores nucleares posibles. Aquí, discutimos algunos de los diseños que se han construido antes, pero no limitan su imaginación; Muchos otros diseños de reactores son posibles. ¡Sueña con los tuyos!

Reactor de Agua Presurizada

El tipo más común de reactor. El PWR usa agua vieja regular como refrigerante. El agua de refrigeración primaria se mantiene a una presión muy alta para que no hierva. Pasa a través de un intercambiador de calor, la transferencia de calor a un bucle de refrigerante secundario, que luego gira la turbina. Estos usan pastillas de combustible de óxido apiladas en tubos de circonio. También podrían quemar combustible de torio o plutonio.

Pros:

  • Fuerte coeficiente de vacío negativo: el reactor se enfría si el agua comienza a burbujear porque el refrigerante es el moderador , que es necesario para sostener la reacción en cadena
  • El bucle secundario mantiene las cosas radiactivas lejos de las turbinas, facilitando el mantenimiento.
  • Se ha acumulado mucha experiencia operativa y los diseños y procedimientos han sido ampliamente optimizados.

Contras:

  • El refrigerante presurizado escapa rápidamente si se rompe una tubería, lo que hace necesario un montón de sistemas de refrigeración de respaldo.
  • No se puede producir combustible nuevo – susceptible de “escasez de uranio”

Reactor de agua hirviendo

En segundo lugar más común, el BWR es similar al PWR de muchas maneras. Sin embargo, sólo tienen un bucle refrigerante. El combustible nuclear caliente hierve el agua a medida que sale por la parte superior del reactor, donde el vapor se dirige a la turbina para girarla.

Pros:

  • Una plomería más simple reduce los costos
  • Los niveles de potencia se pueden aumentar simplemente acelerando las bombas de chorro, dando menos agua hervida y más moderación. Por lo tanto, la carga de seguimiento es simple y fácil.
  • Se ha acumulado mucha experiencia operativa y los diseños y procedimientos han sido ampliamente optimizados.

Contras:

  • Con el agua líquida y gaseosa en el sistema, muchos transitorios extraños son posibles, haciendo difícil el análisis de seguridad
  • El refrigerante primario está en contacto directo con las turbinas, por lo que si una barra de combustible tiene una fuga, el material radiactivo podría ser colocado en la turbina. Esto complica el mantenimiento ya que el personal debe vestirse para entornos radiactivos.
  • No se puede producir combustible nuevo – susceptible de “escasez de uranio”
  • Normalmente no funciona bien en los eventos de apagón de la estación, como en Fukushima.

Canadá Reactores Deutonio-Uranio (CANDU)

CANDU es un diseño canadiense que se encuentra en Canadá y en todo el mundo. Contienen agua pesada, donde el Hidrógeno en H2O tiene un neutrón extra (lo que lo hace Deuterio en lugar de Hidrógeno). El deuterio absorbe muchos menos neutrones que el hidrógeno, y los CANDU pueden funcionar utilizando sólo uranio natural en lugar de enriquecido.

Pros:

  • Requieren muy poco enriquecimiento de uranio .
  • Se puede reabastecer durante el funcionamiento, manteniendo los factores de capacidad altos (siempre y cuando las máquinas de manejo de combustible no se rompan).
  • Son muy flexibles, y pueden utilizar cualquier tipo de combustible.

Contras:

  • Algunas variantes tienen coeficientes de temperatura de refrigerante positivos, lo que genera problemas de seguridad.
  • La absorción de neutrones en deuterio conduce a la producción de tritio, que es radiactivo ya menudo se filtra en pequeñas cantidades.
  • Teóricamente se puede modificar para producir plutonio de grado armamento ligeramente más rápido de lo que podrían ser los reactores convencionales.

Reactor rápido refrigerado de sodio

Estos reactores se enfrían con sodio líquido metálico. El sodio es más pesado que el hidrógeno, un hecho que lleva a los neutrones que se mueven a velocidades más altas (por lo tanto rápido ). Estos pueden utilizar combustible de metal u óxido, y quemar una amplia variedad de combustibles.

Pros:

  • Puede producir su propio combustible, eliminando efectivamente cualquier preocupación sobre la escasez de uranio.)
  • Puede quemar sus propios residuos
  • El combustible metálico y las excelentes propiedades térmicas del sodio permiten una operación segura y pasiva – el reactor se cerrará de forma segura sin ningún sistema de respaldo que trabaje (o personas alrededor), confiando sólo en la física.

Contras:

  • El refrigerante de sodio es reactivo con el aire y el agua. Por lo tanto, las fugas en las tuberías resultan en fuegos de sodio. Estos pueden ser diseñados alrededor, pero son un gran revés para estos reactores.
  • Para quemar totalmente los desechos, éstos requieren instalaciones de reprocesamiento que también pueden utilizarse para la proliferación nuclear .
  • El exceso de neutrones utilizados para dar al reactor sus capacidades de utilización de recursos podría clandestinamente utilizarse para fabricar plutonio para las armas.
  • Los coeficientes de vacío positivo son inherentes a la mayoría de los reactores rápidos, especialmente los grandes. Esto es un problema de seguridad.
  • No se ha acumulado tanta experiencia operativa. Tenemos sólo unos 300 años de experiencia en reactores refrigerados con sodio

Reactor de sal fundido

 

El Reactor de Sal Fundido (MSRs) es el reactor favorito de Internet. Son únicos hasta ahora en que utilizan combustible líquido.

Pros:
  • Puede generar constantemente combustible nuevo , eliminando las preocupaciones sobre los recursos energéticos
  • Puede hacer un uso excelente del torio , un combustible nuclear alternativo al uranio
  • Se puede mantener en línea con la eliminación de producto de fisión química, eliminando la necesidad de cerrar durante el reabastecimiento de combustible.
  • Ningún revestimiento significa menos material absorbente de neutrones en el núcleo, lo que conduce a una mejor eficiencia de neutrones y, por tanto, a una mayor utilización de combustible
  • El combustible líquido también significa que la dosis estructural no limita la vida del combustible, permitiendo al reactor extraer mucha energía del combustible cargado.
Contras:
  • Los productos de fisión gaseosa radiactiva no están contenidos en pernos pequeños, como ocurren en reactores típicos. Así que si hay una brecha de contención, todos los gases de fisión pueden liberar en lugar de sólo los gases de un pequeño alfiler. Esto requiere cosas como contenciones triple-redundantes, etc. y puede ser manejado.
  • La presencia de una instalación de reprocesamiento en línea con combustible entrante pre-fundido es un problema de proliferación . El operador podría desviar Pa-233 para proporcionar una pequeña corriente de armas de grado casi puro U-233. Además, todo el inventario de uranio se puede separar sin mucho esfuerzo. En su autobiografía, Alvin Weinberg explica cómo se hizo en Oak Ridge National Lab: “Fue una hazaña notable: en sólo 4 días, todos los 218 kg de uranio en el reactor fueron separados de los productos de fisión intensamente radiactivos y su radioactividad reducida Cinco mil millones de veces “.
  • Muy poca experiencia operativa, aunque un reactor de prueba exitoso fue operado en la década de 1960

Reactor de alta temperatura refrigerado por gas

Los HTGR utilizan pequeñas pastillas de combustible respaldadas en compactos hexagonales o en guijarros más grandes (en los diseños prismáticos y de guijarros). Gas como el helio o dióxido de carbono se pasa a través del reactor rápidamente para enfriarlo. Debido a su baja densidad de potencia, estos reactores son vistos como prometedores para el uso de Energía Atómica o nuclear fuera de la electricidad: en el transporte, en la industria y en los regímenes residenciales. No son particularmente buenos para producir electricidad.

Pros:

  • Puede operar a temperaturas muy altas, lo que genera una gran eficiencia térmica (cerca del 50%) y la capacidad de crear calor de proceso para cosas como refinerías de petróleo, plantas de desalinización de agua, producción de pilas de hidrógeno y mucho más.
  • Cada pequeño guijarro de combustible tiene su propia estructura de contención, añadiendo otra barrera entre el material radiactivo y el medio ambiente.

Contras:

  • La temperatura alta tiene un lado malo también. Los materiales que pueden permanecer estructuralmente sanos en altas temperaturas y con muchos neutrones que vuelan a través de ellos son difíciles de conseguir.
  • Si el gas deja de fluir, el reactor se calienta muy rápidamente. Sistemas de refrigeración de reserva son necesarios.
  • El gas es un refrigerante pobre, requiriendo grandes cantidades de refrigerante para cantidades relativamente pequeñas de potencia. Por lo tanto, estos reactores deben ser muy grandes para producir potencia a la velocidad de otros reactores.
  • No tanto experiencia operativa
A %d blogueros les gusta esto: