Reactor nuclear ¿Que es y como funciona?

Instalación que produce energía a partir de la fisión nuclear por medio de una reacción en cadena controlada. En el uranio natural hay dos isótopos, el uranio 235 y el 238, en una proporción de uno a 140 (235 y 238 son los números de partículas de sus núcleos: tienen 92 protones, los dos, y, respectivamente, 143 y 146 neutrones).


El uranio 235 puede fisionarse si se encuentra con un neutrón, pero es más fácil que ocurra si el neutrón es lento que si es rápido. Cuando se fisiona se parte en dos núcleos más ligeros y emite dos o tres neutrones muy rápidos.

Torres de central nuclear
Esos neutrones pueden, a su vez, causar la fisión de otros núcleos de uranio 235 cercanos, sobre todo si se los frena. Si por cada neutrón emitido en una fisión hay uno que causa otra fisión, no dejará de haber fisiones: habrá una reacción en cadena no acelerada, y de un conjunto de átomos de uranio en el caso que suceda esto se dice que es crítico; si hay más de uno, se fisionarán cada vez más núcleos de uranio: habrá una reacción en cadena acelerada, y se dirá que esa masa de uranio es supercrítica.

En un reactor lo ideal es que haya justo uno (en la práctica se hace que, retiradas las barras de control, haya algo más de uno). Ésta es la diferencia principal con una bomba atómica: en ésta la reacción en cadena es supercrítica hasta el punto de que el número de fisiones crecerá tan deprisa que se liberará explosivamente una gran cantidad de energía en muy poco tiempo; en el reactor, en cambio, el número de fisiones por unidad de tiempo es más o menos constante.

reactor nuclear

Como el uranio sufre con determinada frecuencia fisiones espontáneas, las reacciones en cadena empiezan por sí mismas; para conseguir que se mantengan, es decir, para obtener la criticidad o la supercriticidad, habrá que tener un volumen suficiente de uranio, de manera que los neutrones de fisión no escapen sin haber dado antes con algún núcleo fisionable, teniendo además en cuenta que algunos neutrones serán absorbidos por otros núcleos –del propio uranio y de otros materiales que estén presentes– y no causan fisiones.
El uranio 238 no es útil para la fisión; por eso el combustible de la mayoría de los reactores nucleares es uranio natural enriquecido: en unas plantas procesadoras se multiplica por cinco el contenido en uranio 235, hasta un 3 o 4%. Si se quiere aprovechar la mayor facilidad de los neutrones lentos para fisionar los núcleos de uranio 235, se diseñará el reactor de manera que los neutrones de fisión sean frenados. Una forma de conseguirlo es hacer que choquen con núcleos atómicos ligeros, porque es la forma más eficaz de que pierdan energía. Por eso se incluyen en el reactor materiales que tengan hidrógeno, deuterio, berilio o carbono -agua, agua pesada, metal u óxido de berilio, grafito- a los que se llama moderadores.
Éste es el tipo más frecuente de reactor, pero también los hay que funcionan sólo con neutrones rápidos y sin moderador: el uranio 238 muy rara vez se fisiona, pero sí absorbe los neutrones y se convierte en plutonio 239, un elemento que no se encuentra en la naturaleza y que es fisionable por neutrones rápidos; este tipo de reactor puede, además, estar constituido de manera que llegue a regenerar el plutonio que va consumiendo. Ambos tipos de reactores incluyen unas barras de control, de algún material que absorba neutrones, con las que se regula la reacción en cadena y puede llegar a apagarse el reactor si es necesario. La energía desprendida por las fisiones, y transportada por los neutrones de fisión, calienta una sustancia refrigerante que, por un sistema de conducciones, lleva esa energía térmica a los generadores de vapor de la central.

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El combustible (con las estructuras de tubos o placas de otros materiales que lo alojan), el moderador y el refrigerador forman el núcleo del reactor (cuando el moderador es agua o agua pesada, moderador y refrigerador coinciden). La vasija del reactor contiene, entre otras cosas, las estructuras que sostienen el núcleo y los conductos de las barras de control y del refrigerante. Todo ello está a menudo alojado en un edificio de contención, con frecuencia cilíndrico y con una cúpula, cuya función es impedir liberaciones catastróficas de radiación en caso de un accidente de suma gravedad como el de Chernóbil (esta central nuclear no poseía una estructura así). Los peores accidentes que puede sufrir una central se deberían a fallos del sistema de refrigeración y de las barras de control.

La reacción en cadena no puede llegar, por la misma naturaleza de la constitución del núcleo del reactor, a las condiciones necesarias para que se produzca una explosión nuclear, ni en el peor de los casos, pero si se pierde todo control sobre ella el núcleo puede llegar a fundirse, por el exceso de calor, y es posible que se produzca, como en Chernóbil, una gran detonación química; en tal caso habrá, en el exterior o dentro del edificio de contención, una radiación elevadísima. Otro problema de los reactores nucleares es el almacenamiento de los residuos nucleares, especialmente los de muy larga actividad radiactiva (de hasta miles de años). La solución definitiva por la que en estos momentos se ha optado es la construcción de grandes túneles subterráneos en un terreno especialmente estable, como los que se excavan en el monte Yucca, en Estados Unidos.Otto Hahn, Lise Meitner y Fritz Strassmann descubrieron, en 1938, la fisión nuclear.

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En 1940, se ponía en marcha en Estados Unidos, era la Segunda Guerra Mundial, el proyecto Manhattan para la construcción de la bomba atómica. Uno de los pasos era la construcción de un reactor nuclear, tanto para adquirir más conocimientos sobre las reacciones en cadena como para obtener plutonio (la bomba de Nagasaki fue de plutonio). Se encargó la tarea al físico italiano Enrico Fermi, quien el 2 de diciembre de 1942 conseguía, con el reactor CP-1 (Chicago Pile Number 1), moderado por grafito puro y sin refrigerante (no era más que experimental y de muy baja energía), la primera reacción en cadena mantenida por sí misma. El primer reactor de uranio enriquecido fue el Y-Boiler de Los Álamos, construido en 1944; de ese mismo año fue el primero de agua pesada. Los primeros reactores que produjeron una cantidad apreciable de energía fueron los de Hanford, de 1945, de grafito y uranio natural, moderados por agua. En 1947 y 1948 se inauguraban los primeros reactores de Inglaterra y de Francia, de poca potencia. En 1946 se emprendió en Oak Ridge la que habría sido la primera central nuclear, pero se suspendieron los trabajos en 1948. En 1951, el EBR-1 era el primer reactor reproductor y el primero que produjo, aunque experimentalmente, electricidad. Por fin, BORAX-III, de 1953, se conectaba a la red, en Idaho Falls. A partir de finales de los años cincuenta fueron construyéndose centrales nucleares, principalmente de agua ligera, en muchos países.

reactor nuclear detallado

Hoy hay varios cientos repartidas por buena parte del mundo, sobre todo en Estados Unidos, Rusia y Francia, pero desde los años ochenta, en parte por el temor público a los accidentes nucleares, acentuado por los de Three Mile Island en 1979 y especialmente Chernóbil en 1986, y sobre todo por la pérdida de competitividad de esta forma de energía comparada con los combustibles fósiles a causa de la bajada del precio de éstos, el número de enganches a la red de nuevos reactores de fisión ha disminuido drásticamente.

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