Reactor nuclear

Un reactor nuclear , anteriormente conocido como pila atómica , es un dispositivo utilizado para iniciar y controlar una reacción nuclear de fisión en cadena o reacciones de fusión nuclear. Los reactores nucleares se utilizan en las centrales nucleares para la generación de electricidad y en la propulsión marina nuclear . El calor de la fisión nuclear pasa a un fluido de trabajo (agua o gas), que a su vez pasa a través de turbinas de vapor . Estos impulsan las hélices de un barco o hacen girar los ejes de los generadores eléctricos . En principio, el vapor generado por energía nuclear se puede utilizar para el calor de procesos industriales o paracalefacción urbana . Algunos reactores se utilizan para producir isótopos para uso médico e industrial , o para la producción de plutonio apto para armas . A principios de 2019, el OIEA informa que hay 454 reactores de energía nuclear y 226 reactores de investigación nuclear en funcionamiento en todo el mundo. [1] [2] [3]

Así como las centrales térmicas convencionales generan electricidad aprovechando la energía térmica liberada por la quema de combustibles fósiles , los reactores nucleares convierten la energía liberada por la fisión nuclear controlada en energía térmica para su posterior conversión a formas mecánicas o eléctricas.

Cuando un gran núcleo atómico fisible como el uranio-235 o el plutonio-239 absorbe un neutrón, puede sufrir una fisión nuclear. El núcleo pesado se divide en dos o más núcleos más ligeros (los productos de fisión ), liberando energía cinética , radiación gamma y neutrones libres . Una porción de estos neutrones puede ser absorbida por otros átomos fisionables y desencadenar más eventos de fisión, que liberan más neutrones, y así sucesivamente. Esto se conoce como reacción nuclear en cadena .

Para controlar una reacción en cadena nuclear de este tipo, las barras de control que contienen venenos de neutrones y moderadores de neutrones pueden cambiar la porción de neutrones que causará más fisión. [4] Los reactores nucleares generalmente tienen sistemas automáticos y manuales para cerrar la reacción de fisión si el monitoreo o la instrumentación detectan condiciones inseguras. [5]

Un kilogramo de uranio-235 (U-235) convertido mediante procesos nucleares libera aproximadamente tres millones de veces más energía que un kilogramo de carbón quemado convencionalmente (7,2 × 10 13 julios por kilogramo de uranio-235 frente a 2,4 × 10 7 julios por kilogramo de carbón). [6] [7] [ ¿investigación original? ]

Al quemar un kilogramo de uranio-235 (U-235), se liberan 19 mil millones de kilocalorías, es decir, 1 kg de uranio-235 (U-235) corresponde a 2,7 millones de kg de carbón equivalente.

Núcleo de CROCUS , un pequeño reactor nuclear utilizado para la investigación en la EPFL en Suiza
Un ejemplo de un evento de fisión nuclear inducida. Un neutrón es absorbido por el núcleo de un átomo de uranio-235, que a su vez se divide en elementos más ligeros que se mueven rápidamente (productos de fisión) y neutrones libres. Aunque tanto los reactores como las armas nucleares se basan en reacciones nucleares en cadena, la velocidad de las reacciones en un reactor es mucho más lenta que en una bomba.
El Chicago Pile , el primer reactor nuclear, construido en secreto en la Universidad de Chicago en 1942 durante la Segunda Guerra Mundial como parte del proyecto Manhattan de EE. UU.
Lise Meitner y Otto Hahn en su laboratorio
Algunos miembros del Chicago Pile Team , incluidos Enrico Fermi y Leó Szilárd
Sistema de refrigeración principal que muestra la vasija de presión del reactor (rojo), los generadores de vapor (púrpura), el presurizador (azul) y las bombas (verde) en los tres circuitos de refrigeración Diseño del reactor de agua a presión de Hualong One
Pressurized Water ReactorBoiling Water ReactorGas Cooled ReactorPressurized Heavy Water ReactorLWGRFast Breeder ReactorCírculo marco.svg
  •  PWR: 277 (63,2%)
  •  RB: 80 (18,3 %)
  •  RGC: 15 (3,4 %)
  •  PHWR: 49 (11,2%)
  •  LBGR: 15 (3,4 %)
  •  RBA: 2 (0,5 %)
Número de reactores por tipo (finales de 2014) [22]
Pressurized Water ReactorBoiling Water ReactorGas Cooled ReactorPressurized Heavy Water ReactorLWGRFast Breeder ReactorCírculo marco.svg
  •  PWR: 257,2 (68,3%)
  •  RB: 75,5 (20,1 %)
  •  GCR: 8.2 (2.2%)
  •  PHWR: 24,6 (6,5%)
  •  LWGR: 10,2 (2,7%)
  •  RBA: 0,6 (0,2 %)
Capacidad de potencia neta (GWe) por tipo (finales de 2014) [22]
El reactor PULSTAR de NC State es un reactor de investigación tipo piscina de 1 MW con combustible tipo pin enriquecido al 4% que consta de gránulos de UO 2 en un revestimiento de zircaloy .
Tratamiento de la parte interior de un marco de reactor VVER-1000 en Atomash
En los reactores nucleares térmicos (en concreto LWR), el refrigerante actúa como un moderador que debe ralentizar los neutrones antes de que puedan ser absorbidos de manera eficiente por el combustible.
Cañón del Diablo : un PWR
La planta de energía nuclear CANDU Qinshan
La planta de energía nuclear de Ignalina - un tipo RBMK (cerrada en 2009)
La central nuclear Magnox Sizewell A
La central nuclear de Torness – un AGR
Modelo reducido del reactor nuclear TOPAZ
El Superphénix , cerrado en 1998, fue uno de los pocos FBR.
Tres de los reactores de Fukushima I se sobrecalentaron, lo que provocó que el agua refrigerante se disociara y provocara las explosiones de hidrógeno. Esto, junto con las fusiones de combustible, liberó grandes cantidades de material radiactivo en el aire. [50]