Las centrales nucleares.

Las centrales nucleares.

¿Qué es una central nuclear?

Una central nuclear es una instalación para la obtención de energía eléctrica utilizando energía nuclear.

Su funcionamiento es similar al de una central térmica o el de una planta solar termoeléctrica: a partir de una fuente de energía se utiliza la termodinámica para obtener calor, con el calor vapor y con el vapor accionar una turbina que generará electricidad.

La diferencia entre los diferentes tipos de instalaciones eléctricas está en la fuente de energía: una central nuclear aprovecha el calor liberado en las reacciones de fisión nuclear de determinados átomos, en una central térmica la fuente de calor (energía térmica) proviene de la combustión de uno o más combustibles fósiles (carbón , gas natural, fuel ...). Finalmente en las plantas solares termoeléctricas, la fuente de energía es la radiación solar.

Al igual que en una central térmica convencional el calor se utiliza para generar vapor de agua que impulsa una turbina de vapor conectada a un generador que produce electricidad.

La energía térmica que utiliza la central nuclear para generar energía eléctrica es generada por un reactor nuclear. Dentro del reactor se producen, de forma controlada, reacciones de fisión en cadena. El elemento que se fisiona, el combustible nuclear, es uranio natural o de uranio enriquecido. El uranio enriquecido es el uranio natural con una proporción del isótopo uranio-235 más alta.

Además del reactor, una central nuclear consta siempre de una turbina de vapor, un alternador, dos o tres circuitos -primario, secundario y terciario- y una o varias torres de refrigeración del fluido condensador, que suele ser agua. La eficiencia total es de entre el 30% y el 40%.

Se suele considerar el tiempo de vida de funcionamiento de una central nuclear en unos treinta años. El principal problema que presentan es la gestión de los residuos nucleares que generan.

Funcionamiento básico de una central nuclear

En una central nuclear, la energía se extrae del núcleo de átomos por medio de su división (fisión nuclear). Los àtomos tienen unos enlaces internos que unen sus sub partículas (electrones, neutrones y protones). Al dividirse, estos enlaces se rompen y desprenden la energía interna de enlace del interior del átomo que unía las partículas separadas.

La fisión nuclear es provocada de manera artificial y controlada. En ésta, a un átomo de un elemento químico de grandes dimensiones se le dispara un neutrón, una pequeña partícula a una cierta velocidad, que rompe el átomo (rompiendo su núcleo, formado por neutrones y protones enlazados entre ellos por enlaces muy energéticos) en una reacción nuclear exotérmica, es decir que se desprende energía en forma de calor (energía térmica).

Reacciones nucleares en cadena

Para que la energía obtenida sea mayor que la energía utilizada, es necesario que las reacciones nucleares sean reacciones en cadena. Así, aunque se necesite mucha energía para poner en marcha la reacción nuclear en cadena, una vez la reacción ya está iniciada no se necesita tanta energía para mantenerla, y llega un momento en el que la energía obtenida es superior a la energía utilizada. Para lograr esto es necesario que el elemento químico grande (llamamos pesado, con una elevada masa atómica) sea, además, radiactivo. El elemento que se suele utilizar es un isótopo poco frecuente del uranio.

Las reacciones en cadena tienen lugar en el núcleo del reactor nuclear. Posteriormente, un circuito de tubos por los que circula un fluido llamado refrigerante se encargará de transportar el calor (energía térmica) fuera del depósito enfriándose.

Accionamiento de las turbinas de la central nuclear

Con el calor obtenido de las reacciones nucleares se calienta agua hasta que hierve; el agua se convierte en vapor a una presión muy elevada. Con el vapor de agua a presión se hacen mover las aspas de una turbina. De este modo hemos transformado la energía térmica en energía mecánica. La turbina va conectara a un generador eléctrico (o alternador) que nos permite transformar la energía mecánica en energía eléctrica (o electricidad).

Este proceso se explica más detalladamente en el apartado: funcionamiento de una central nuclear.

Reactor nuclear

El reactor nuclear es el sitio donde se generan las reacciones de fisión nuclear. En definitiva se trata de un dispositivo que produce calor (energía calorífica o energía térmica).

En el reactor de la central se inicia la reacción en cadena bombardeando un átomo con un neutrón. Una vez iniciada la reacción se puede controlar en el mismo reactor mediante las barras de control y el moderador de neutrones.

Tipos de reactores nucleares

Existen diferentes tipos de reactores nucleares, todos de fisión, a las diferentes centrales nucleares. La ONU los clasifica de la siguiente manera:

• Reactor de agua presurizada (PWR yWER). Utilizan agua a alta presión para producir vapor a los generadores de vapor. Tienen tres circuitos.
• Reactor de agua hirviente (BWR): El segundo más común en el mundo. El agua hierve, generando vapor directamente en el núcleo del reactor. Tienen sólo dos circuitos.
• Reactor de agua pesada presurizada (PHWR): Utiliza agua pesada a alta presión como moderador de neutrones y como refrigerante.
• Reactor de gas (GCR: AGR y Magnox): Usan grafito como moderador de los neutrones y dióxido de carbono en estado gaseoso como refrigerante.
• Reactor moderado por grafito y refrigerado por agua ligera (LGR y RBMK): Modelos de origen ruso. El "agua ligera" es agua normal.
• Reactor rápido (LBR, o LMFBR): No desacelera los neutrones de la reacción en cadena y refrigera con sodio líquido. Están en fase de prototipo y de investigación.