Energía y medio ambiente

¿Cómo funciona exactamente la energía nuclear?

¿Cómo funciona exactamente la energía nuclear?


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Con toda la controversia en torno a las plantas de energía nuclear, no hay duda de que son una hazaña tecnológica asombrosa. Pero, ¿cómo funcionan exactamente?

Aquí hacemos un breve recorrido por una planta de energía nuclear y discutimos los diferentes tipos de plantas y algunos de los pros y contras de la tecnología.

RELACIONADO: FUSIÓN NUCLEAR EN EL SIGLO XXI

¿Cómo funciona la energía nuclear y qué tipos hay?

En resumen, las plantas de energía nuclear (fisión nuclear) funcionan aprovechando el poder del átomo para hervir agua, producir vapor y hacer girar una turbina para generar electricidad. Son, en efecto, calderas muy sofisticadas con una turbina adjunta.

Por supuesto, hay mucho más que eso.

Los principales componentes de una central nuclear son, más o menos, los siguientes (aunque los diseños varían):

  • Combustible nuclear (como uranio o plutonio)
  • Reactor nuclear y moderador (una sustancia que ralentiza los neutrones, como el grafito o el agua)
  • Refrigerante del reactor (generalmente agua)
  • Varillas de control (por ejemplo, grafito)
  • Escudo o sistema / estructura de contención
  • Recipiente a presión
  • Generador de vapor
  • Líneas de vapor
  • Zapatillas
  • Turbina de vapor
  • Torre de enfriamiento y condensador

Como se indicó anteriormente, los componentes y la configuración pueden variar según el tipo de reactor nuclear en cuestión. Hasta la fecha, los tipos más comunes de reactores nucleares son los siguientes:

  • Reactor de agua a presión (PWR) - Mas que65% de los reactores nucleares comerciales en los EE. UU. son PWR. La planta de Three-Mile Island era del tipo PWR.
  • Reactor de agua hirviendo (BWR) - Aproximadamente un tercio de todos los reactores en los EE. UU. Son BWR. Fukushima era un reactor de tipo BWR.
  • Reactor de agua pesada a presión (PHWR) - Más común en Canadá e India.
  • Reactor avanzado refrigerado por gas (AGR) - Los denominados reactores refrigerados por gas de segunda generación utilizados principalmente en el Reino Unido. Estos utilizan dióxido de carbono como refrigerante principal.
  • Reactor moderado por grafito de agua ligera (RBMK) - Reactores de diseño soviético que son similares a los BWR en diseño, sin embargo, en lugar de un recipiente a presión que rodea todo el núcleo, cada conjunto de combustible está encerrado en una tubería individual para permitir el flujo de agua de enfriamiento alrededor del combustible. Chernobyl era un reactor nuclear RBMK.
  • Reactores avanzados - Estos incluyen muchos tipos de reactores nuevos o experimentales, como pequeños reactores modulares (SMR). Muchos de estos no usan agua para enfriar, y algunos usan metal líquido, sal fundida o helio para calentar el agua a vapor.
  • Reactores de neutrones rápidos (FNR) - Estos reactores prescinden de moderadores y en su lugar utilizan los llamados neutrones rápidos. Son más eficientes para la producción de energía, pero su construcción es más cara.
  • Plantas de energía nuclear flotantes - Excluidos los reactores nucleares basados ​​en barcos, este tipo de reactores se construyen sobre grandes barcazas que suelen estar amarradas de forma permanente.

Actualmente hay alrededor 450 reactores comerciales de fisión nuclear en funcionamiento en todo el mundo. Noventa y ocho de ellos se encuentran solo en los Estados Unidos, y se argumenta que son una de las fuentes de energía más seguras y eficientes del mundo.

¿Cómo se produce la energía nuclear paso a paso?

La energía nuclear se aprovecha para producir electricidad en varios pasos básicos. En la mayoría de los casos, en reactores comerciales, sigue los siguientes pasos, más o menos.

  1. Los neutrones chocan con los átomos de combustible (generalmente uranio) y se dividen para liberar neutrones del átomo objetivo, que a su vez chocan con otros átomos de combustible, provocando así una reacción en cadena.
  2. Esta reacción en cadena se puede controlar mediante "barras de control", que absorben algunos de los neutrones para evitar que el sistema se salga de control.
  3. Este proceso eleva rápidamente la temperatura del reactor a algún lugar del orden de520 grados Fahrenheit (271 grados Celsius).
  4. A esta temperatura, el refrigerante (generalmente agua) se calienta rápidamente y se evapora en vapor.
  5. Luego, este vapor se impulsa o bombea a una gran turbina y se produce electricidad.
  6. Esta electricidad se utiliza para operar el reactor y se dirige a una red eléctrica para consumo comercial.

La fisión no es el único tipo de reacción nuclear. Teóricamente, la energía de fusión también podría usarse para generar electricidad utilizando calor de reacciones de fusión nuclear. En un proceso de fusión, dos núcleos atómicos más ligeros se combinan para formar un núcleo más pesado, que libera energía. Se han diseñado y construido varios tipos de reactores de fusión experimentales, pero ninguno está actualmente en funcionamiento comercial. Para los reactores nucleares de fusión, el proceso sería ligeramente diferente.

  1. El material combustible (como el deuterio o el gas tritio) se inyecta en la cámara de fusión. Para los reactores Tokamak, este es un recipiente de vacío con forma de rosquilla.
  2. Esta mezcla de gases se calienta luego a temperaturas muy altas (Cientos de millones de grados). Las temperaturas extremas de esta magnitud se logran con una variedad de métodos, pero algunos reactores de fusión experimentales usan microondas u otras fuentes de energía.
  3. Esto hace que el combustible se ionice y forme un plasma con suficiente energía para, con suerte, permitir la fusión entre átomos que se mantienen muy cerca unos de otros. Esto es más fácil de decir que de hacer, ya que se logra utilizando campos magnéticos muy fuertes o algún otro método de confinamiento.
  4. Una vez que se ha logrado la fusión, se liberan enormes cantidades de energía que luego se pueden utilizar para sobrecalentar el refrigerante.
  5. El vapor resultante se utiliza luego para hacer funcionar una turbina para generar electricidad.

Si bien los investigadores han podido lograr reacciones de fusión limitadas y contenidas, el proceso consume mucha energía. Hasta ahora, todos han logrado un rendimiento energético negativo, lo que significa que su funcionamiento es más caro de lo que obtienen a cambio como energía generada.

¿Son la energía nuclear y la energía nuclear lo mismo?

Estos dos términos, aunque aparentemente similares, en realidad son bastante diferentes en la práctica.

Energía es "en física, la capacidad de realizar un trabajo. Puede existir en forma potencial, cinética, térmica, eléctrica, química, nuclear o de otras formas. Además, hay calor y trabajo, es decir,energía en el proceso de transferencia de un cuerpo a otro. "- Enciclopedia Británica.

Poder es algo un poco diferente. "Las unidades de potencia son las de trabajo (o energía) por unidad de tiempo, como pie-libra por minuto, julios por segundo (o vatios) y ergios por segundo. La potencia también se puede expresar como el producto de la fuerza aplicada para moverse un objeto y la velocidad del objeto en la dirección de la fuerza ". - Enciclopedia Británica.

Cuando se trata del uso de la energía y la energía nucleares, los términos a menudo se usan indistintamente. Pero en realidad hay una distinción sutil pero importante entre los dos.

Energía nuclear es, técnicamente hablando, el poder que se libera cuando un átomo se divide por fisión. Esto se expresa típicamente como megaelectrones voltios (MeV).

La energía nuclear es, técnicamente, el trabajo resultante producido por una central nuclear durante un tiempo determinado, normalmente expresado en megavatios (MW) o gigavatios (GW).

¿Qué pasa con la energía nuclear?

La energía nuclear se ha defendido durante mucho tiempo como la respuesta a una energía casi ilimitada. Pero a pesar de la ansiosa aceptación y el desarrollo temprano de la energía nuclear, ha caído en desgracia en los últimos años.

¿Pero por qué?

Una de las principales razones puede ser un aparente malentendido de la tecnología. En la mente de algunos, a menudo se asocia con sus primos increíblemente destructivos, las armas nucleares.

Otro problema con las relaciones públicas de la energía nuclear son los pocos, pero increíblemente espectaculares, accidentes e incidentes nucleares que se han producido. Aunque la energía nuclear es generalmente uno de los medios más seguros de generación de energía, cuando falla, realmente falla.

Los accidentes relacionados con la energía nuclear se han debido principalmente a errores humanos, desastres naturales o fallas de diseño. Al mismo tiempo, la tecnología en sí es una de las industrias más reguladas y conscientes del medio ambiente y la seguridad del mundo.

Los debates anteriores alcanzaron su punto máximo durante los años 70 y 80 y se centraron principalmente en la proliferación nuclear y los riesgos de seguridad de la industria. Pero ha habido un resurgimiento del debate en los últimos años relacionado con el tema del cambio climático.

Si bien muchos han depositado su fe en la tecnología renovable para mitigar el cambio climático, los que están en el lado pro-nuclear del debate han argumentado que la energía nuclear es la mejor manera de descarbonizar rápidamente nuestro uso de energía.

La energía nuclear es una fuente de energía de alta energía libre de carbono y, a pesar de accidentes pasados, posiblemente más segura que la generación de energía a base de petróleo. Aun así, sigue siendo potencialmente peligroso para las personas y el planeta.

Además, la extracción y refinación de uranio consume mucha energía y es muy contaminante, lo que podría contrarrestar los beneficios de la energía nuclear. También existen problemas con el almacenamiento y la eliminación seguros del combustible nuclear gastado.

Se han realizado avances en el almacenamiento y reciclaje de desechos nucleares. Las centrales eléctricas de nueva generación permiten reciclar la gran mayoría de estos residuos. Otra estadística interesante es que todo el combustible gastado de cada central nuclear desde la década de 1950 solo llenaría un espacio del tamaño de un campo de fútbol hasta una profundidad de alrededor de 9 metros.

Gran parte de estos desechos se almacenan de manera segura en depósitos altamente regulados y monitoreados. En la mayoría de los casos,99% de estos residuos permanece radiactivo durante menos de 300 años.

Otras preocupaciones en torno a la energía nuclear incluyen el hecho de que su desarrollo es costoso, debe construirse cerca de una fuente de agua (los SMR podrían ser la excepción) y que extrae recursos del desarrollo de energías renovables.

Como cualquier debate sobre cualquier tema, le dejaremos llegar a su propia conclusión al respecto. Pero lo que está claro es que, dada la creciente preocupación por el cambio climático, es necesario que haya un debate justo y abierto sobre los pros y los contras de la energía nuclear. La energía nuclear puede ser parte de la solución.


Ver el vídeo: ENERGÍA NUCLEAR ventajas y desventajas - DOCUMENTAL de energía nuclear (Septiembre 2022).


Comentarios:

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  2. Nikojora

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  7. Frans

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