Principales tipos de Reactores Nucleares.

Los diversos tipos de reactores que se encuentran funcionando en la actualidad se diferencian por la tecnologia aplicada y por lso siguientes criterios:

• Combustible Utilizado: el uranio natural con una proporcion del 0.7 % de uranio 235 o uranio enriquesido, con una proporcion del 3 al 4 % de uranio 235.
• Refrigerante: normalmente utilizan agua pesada, agua ligera, metal liquido o gas.
• Moderador: si no disponen de moderador se llaman reactores rapidos. se utilizan agua ligera, agua pesda o grafitoo se llaman reactores termicos.
  

Central con Reactor de agua a presion PWR

Utilizan como combustible enrequesido y como refrigerante y moderador agua ligera. el circuito de refrigeracion consta de dos circuitos autonomos. el primario, por el cual circula agua a precion. el calor por medio de un intercambiador se trasmite a otro circuito denominado circuito secundario donde el agua pasa a vapor que se aprovecha para mover las turvinas. aproximadamente el 50% de las centrales que funcionan en el mundo son de este tipo.



Central con Reactor de agua en ebullicion BWR
El combustible es Uranio enriquesido y el refrigerante y moderador agua ligera.
La diferencia con el tipo PWR es que la refrigeracion consta de un solo circuito. El agua extraer el calor del nucleo, la cual pasa a estado gaseoso a alta temperatura y se dirige a las turbinas.


Central con reactores refrigerados por gas
Se distinguen a tres tipos:

Tipo GCR, estas fueron las primeras de este tipo puestas en funcionamiento. Como combustible emplea uranio natural, como refrigerante dióxido de carbono, helio o aire y como modelador grafito.
Tienen el inconveniente de necesitar mayor superficie de transferencia térmica, entre los elementos combustibles y el gas utilizado, al ser este peor conductor que el agua. La gran ventaja que ofrecen es que se pueden recargar de forma continua.
En la actualidad ya quedan muy pocas unidades en funcionamiento y tienden a desaparecer.

Tipo AGR reactor avanzado por gas. Son una evolución de las anteriores. Utiliza como variable uranio con una riqueza del por en forma de dióxido de uranio.

Tipo HTGR reactor de alta temperatura. Emplea uranio enriquecido hasta 93.5%.
Como moderador se emplea grafito y como refrigerante helio, gs que permite obtener elevadas temperaturas sin alcanzar una presión excesiva. De este tipo, en la actualidad, no hay ninguna central comercial en funcionamiento.



Central con reactor de agua pesada
El combustible utilizado es uranio natural. Como moderador utiliza agua pesada. Como refrigerante emplea agua pesada a presión, en el circuito primario y agua ligera en el circuito secundario.

Central con reactores rápidos
No utiliza moderador para reducir la velocidad de los neutrones emitidos en el proceso de fisión. El combustible es plutonio y uranio. En la fisión, parte del uranio se transforma en plutonio, con lo que se pueden obtener rendimiento hasta 60 veces superiores a los que se consiguen en las actuales céntrales convencionales.
Debido al enorme calor que desarrollan deben utilizar un refrigerante muy efectivo, generalmente sodio liquido.


Centrales con receptores de seguridad pasiva
Son reactores en los cuales los sistemas de seguridad no exigen, en ultima instancia, el control o la acción del ser efecto electrónico o mecánico. Se basan en accionar los sistemas de seguridad por medios pasivos, es decir, basados en medios o principios físicos naturales como la gravedad, convención, almacenamiento de energía, etc. Con ello se trata de evitar cualquier error, como puede ocurrir en el caso de tener que suministrar refrigerante de emergencia, o de parar la actividad nuclear.

Estudio de una Central Nuclear

Una central nuclear es una instalacion termolectrica que aprovecha la fuente de calor originada por fision del nucleo de Uranio para producir energia electrica.

La fision del nucleo, aparte del originar calor, emite neutrnes que daran origen a otras fisiones. Se dice entonces que se esta produciendo una reaccion nuclear en cadena.
si una reaccion nuclear vno esta bajo control se puede producir una gran explosion, ya que se libera una enorme cantidad de energia en poquisimo tiempo. Precisamente para evitar esto, en lsa centrales nucleares se encuntran los reatores nucleares, que son maquinas que permiten iniciar , mantener y controlar una reaccion en cadena.

• Reactor Nuclear

La central nuclear utiliza como fuente de energia la procedente de un elemento fisionable. po analogia con el proceso que tien lugar en las centrales termolectricas de carbon, petroleo o gas, se suele a este material como combustible Nuclear, aunque en las centrales nucleares no tiene lugar ninguna combustion.
Uranio 233
Uranio 235
Plutonio 239
Para utilizar este material las centrales nucleares tiene en sus instalaciones el reactor nuclear, como elemento bàsico e indispensable. en el nucleo del reactor se produce y controla la fision, siendo el elemento que constituye el alma de la central.
En los reactres nucleares el combustible se introduce en tubos, de unos 5 m de longitud y 1 cm de diametro, de acero inoxidable o de una aleacion de circonio.
Para iniciar la fusion, en el nucleo hay una fuente de neutrones que, en la mayoria de los casos, esta inmensa en un Moderador, generalmente, agua ligera, agua pesada o grafito. la funcion del moderador es reducir la velocidad de los neutrones para asegurar su impacto sobre otros nucleos.
Otro elemento important son las barras de control, cuya mision es regular la actividad dentro del nucleo. para ellos usan barras moviles que se introducen mas o menos en el nucleos, regulan el numero de fisiones que tien lugar por unidad de tiempo y permiten variar la potencia del reactor. cuando las barras de control estan totalmente introducidas en el nucleo las barras, la reaccion va aumentando hasta los niveles requeridos.
los materiales que se utilizan en la fabricacion de las barras de control suelen ser aleaciones de boro, cadmio y halnio.

Reactores lentos o termicosson los que disponen de algun tipo de moderaciones.

Reactores Rapidos No disponen de moderador

El nucleo del reactor esta rodeado de un elemento refrigerante (en muchos casos se lo aplica en agua), un fluido que se encarga de trasmitir el calor producido en el mismo a lso equipos de trasformacio de energia, con la que generan energia electrica.
El conjunto de todos los elementos se encuentran en un recipìente de contencion formados por muros de gran espesor para evitar cualquier fuga de radioactividad exterioren caso de accidentes y tambien para resistir los efectos de los movientos sismicos.suele tener forma cilindrica con una cupula semiesferica.

• Edificios de turbinas y condensacion

A èl llega el vapor de agua a alta temperatura que mueve los alabes del turbogenerador, procedente de refigerar directamente el nucleo del reactor o de un intercambiador de calor.

Aplicaciones de la Energia Nuclear

Aplicaciones en el Campo Energético.

Como fuente de la energía para producir otra, en concreto para producir electricidad. Para ellos es necesario disponer de recintos apropiados y acondicionados para evitar cualquier riesgo con su utilización. Actualmente se produce gran cantidad de energía eléctrica.
En estas centrales de producción se denomina Centrales Nucleares. La parte importante y delicada, donde se producen y controlan las reacciones nucleares, se llama REACTOR. Èste es el elemento básico de estas instalaciones. Los demas elementos son semejantes a una central eléctrica térmica a tradicional.
En la actualidad se están realizando experiencias para el aprovechamiento de la energía calorífica residual de las centrales nucleares para proporcionar calefacción a edificios, invernaderos, granjas, etc.
Además de la transformación de la energía nuclear en eléctrica también se utiliza como fuente de energía principal para mover grandes barcos y submarinos. Debidos a las características de esta energía, se consigue una autonomía muy amplia, incluso se puede navegar durante dos años sin repostar combustible.

Aplicaciones en armas nucleares

Bomba atómica:
En su interior contiene uranio 235 o plutonio y un elemento detonador , el cual acciona una fuente de neutrones que inician la reacción en cadena, pasando al cuerpo de la bomba. Al tratarse de una reacción incontrolada produce una intensa radiación con una potencia equivalente al miles de toneladas de TNT (trinitrotolueno), causando inumerables efectos catastróficos en la zona.

Bomba de Hidrogeno o Bomba H
Se trata de una bomba que principalmente funciona por fusión nuclear. Para poder alcanzar la Tº idónea para que ocurra la fusión nuclear llevan una pequeña Bomba de fision. La potencia es superior a una Bomba Atomica de igual peso.

SABIAS QUE???

El rompe hielos ruso Lennin, destinados a misiones en xonas polares este dispone de un reactor de fusion como fuente de energia.

Productos de una reaccion Nuclear

¿QUÉ ES LA RADIACIÓN?
Es el proceso de transmisión de ondas o partículas a través del espacio o de algún medio. Las ondas y las partículas tienen muchas características comunes, la radiación suele producirse predominantemente en una de las dos formas.
La radiación mecánica corresponde a ondas que sólo se transmiten a través de la materia, como las ondas de sonido.
La radiación electromagnética es independiente de la materia para su propagación, sin embargo, la velocidad, intensidad y dirección de su flujo de energía se ven influidos por la presencia de materia.
La Radiación Electromagnética se divide en dos grandes tipos de acuerdo al tipo de cambios que provocan sobre los átomos en los que actúa:



ALFA esta formada por partículas con carga eléctrica positiva y más concretamente por núcleos de Helio. Por efecto de un campo eléctrico son derivadas hacia el polo negativo. Pueden recorrer distancias pequeñas, siendo detenidas por una simple hoja fina de papel o de la misma del cuerpo humano.



BETA esta compuesta por una corriente de partículas semejantes a los electrones procedentes de los núcleos atómica que se liberan al producirse la escisión. Pueden recorrer distancias mayores (aprox a un metro), siendo detenidas por una hoja de metal de algunos milímetros o una lamina con maderas con algunos centímetros de espesor.



GAMMA este no tiene cargas, no son derivadas a ningún campo magnético ni eléctrico. Pueden recorrer centenares de metros en el aire. Para detener estas radiaciones electromagnéticas, es necesario una placa gruesa de plomo de un pedazo de pared de hormigón.




NEUTRONES son partes del núcleo atómico, no poseen carga. Son emitidas en una reacción atómica y son muy penetrantes, pero pueden ser fácilmente frenados. El agua es un excelente blindaje ara ellos.

Fusion Nuclear

La fusión nuclear es el proceso por el cual varios núcleos atómicos de carga similar se unen para formar un núcleo más pesado. Se acompaña de la liberación o absorción de energía, que permite a la materia entrar en un estado plasmático.
La fusión de dos núcleos de menor masa que el hierro (que, junto con el níquel, tiene la mayor energía de enlace por nucleón) libera energía en general, mientras que la fusión de núcleos más pesados que el hierro absorbe energía; y viceversa para el proceso inverso, fisión nuclear. En el caso más simple de fusión del hidrógeno, dos protones deben acercarse lo suficiente para que la interacción nuclear fuerte pueda superar su repulsión eléctrica mutua y obtener la posterior liberación de energía.
La fusión nuclear se produce de forma natural en las estrellas. La fusión artificial también se ha logrado en varias empresas humanas, aunque todavía no ha sido totalmente controlada. Sobre la base de los experimentos de transmutación nuclear de Ernest Rutherford conducidos unos pocos años antes, la fusión de núcleos ligeros (isótopos de hidrógeno) fue observada por primera vez por Mark Oliphant en 1932; los pasos del ciclo principal de la fusión nuclear en las estrellas posteriormente fueron elaborados por Hans Bethe durante el resto de esa década. La investigación sobre la fusión para fines militares se inició en la década de 1940 como parte del Proyecto Manhattan, pero no tuvo éxito hasta 1952. La investigación sobre la fusión controlada con fines civiles se inició en la década de 1950, y continúa hasta este día

Fusion
Se trata de unir varios atomos ligeros para formar uno mas pesado, liberando enormes cantidades de energia en forma de calor.

Fisión nuclear

La fisión es la división de un nucleu atómico pesado (Uranio, plutonio, etc.)en dos o más fragmentos causado por el bombardeo de neutrones, con liberación de una enorme cantidad de energía y varios neutrones.

Cuando la fisión tiene lugar en un átomo de Uranio 235se obserba su triple fenómeno;

- Aparace una cantidad de energía, elevada en 200MeV que traduce la perdida de masa.

- Los produntos de ruptura (300 o´400)son radiactivos. Su presencia expleca los efectos de explosión de un artefacto nuclear.

- Cada nucleo fisionado emite 2 ó 3 neutrones que provocan el fenómeno de reacción en cadena y explican la noción de la masa crítica.

Se observa el mismo fenómeno de fusión en el plotinio 239 (artificial) y en el Uranio 233 (artificial). Ambos se fabrican a partir del Torio. Los nucleos se denominan nucleos flexibles.

Para que se produzca la fisión hace falta que el neutrón incidente reuna unas condiciones determinadas. Para actuar sobre el Uranio 235 y 233 y el Plutonio 239, el neutron ha de ser un neutron termicocuya energía es de la orden 1/40 eV, lo cual responde a una velocidad de 2 Km/s. El Uranio 238es igualmente fisible pero con neitrones rápidos cuya energía es 1MeV.

El Modelo de Thomson

Thomson sugiere un modelo atómico que tomaba en cuenta la existencia del electrón, descubierto por él en 1897. Su modelo era estático, pues suponía que los electrones estaban en reposo dentro del átomo y que el conjunto era eléctricamente neutro. Con este modelo se podían explicar una gran cantidad de fenómenos atómicos conocidos hasta la fecha. Posteriormente, el descubrimiento de nuevas partículas y los experimentos llevado a cabo por Rutherford demostró la inexactitud de tales ideas.

El Modelo de Rutherford

Basado en los resultados de su trabajo que demostró la existencia del núcleo atómico, Rutherford sostiene que casi la totalidad de la masa del átomo se concentra en un núcleo central muy diminuto de carga eléctrica positiva. Los electrones giran alrededor del núcleo describiendo órbitas circulares. Estos poseen una masa muy ínfima y tienen carga eléctrica negativa. La carga eléctrica del núcleo y de los electrones se neutralizan entre sí, provocando que el átomo sea eléctricamente neutro.
El modelo de Rutherford tuvo que ser abandonado, pues el movimiento de los electrones suponía una pérdida continua de energía, por lo tanto, el electrón terminaría describiendo órbitas en espiral, precipitándose finalmente hacia el núcleo. Sin embargo, este modelo sirvió de base para el modelo propuesto por su discípulo Neils Bohr, marcando el inicio del estudio del núcleo atómico, por lo que a Rutherford se le conoce como el padre de la era nuclear.

El Modelo de Bohr

El físico danés Niels Bohr (Premio Nobel de Física 1922), postula que los electrones giran a grandes velocidades alrededor del núcleo atómico. Los electrones se disponen en diversas órbitas circulares, las cuales determinan diferentes niveles de energía. El electrón puede acceder a un nivel de energía superior, para lo cual necesita "absorber" energía. Para volver a su nivel de energía original es necesario que el electrón emita la energía absorbida (por ejemplo en forma de radiación). Este modelo, si bien se ha perfeccionado con el tiempo, ha servido de base a la moderna física nuclear.



Modelo Mecano - Cuántico
Se inicia con los estudios del físico francés Luis De Broglie, quién recibió el Premio Nobel de Física en 1929. Según De Broglie, una partícula con cierta cantidad de movimiento se comporta como una onda. En tal sentido, el electrón tiene un comportamiento dual de onda y corpúsculo, pues tiene masa y se mueve a velocidades elevadas. Al comportarse el electrón como una onda, es difícil conocer en forma simultánea su posición exacta y su velocidad, por lo tanto, sólo existe la probabilidad de encontrar un electrón en cierto momento y en una región dada en el átomo, denominando a tales regiones como niveles de energía. La idea principal del postulado se conoce con el nombre de Principio de Incertidumbre de Heisenberg.

energia nuclear

La energía nuclear es la energía que se libera espontánea o artificialmente en las reacciones nucleares. Sin embargo, este término engloba otro significado, el aprovechamiento de dicha energía para otros fines como, por ejemplo, la obtención de energía eléctrica, térmica y/o mecánica a partir de reacciones nucleares, y su aplicación, bien sea con fines pacíficos o bélicos. Así , es común referirse a la energía nuclear no solo como el resultado de una reacción sino como un concepto más amplio que incluye los conocimientos y técnicas que permiten la utilización de esta energía por parte del ser humano.