Funcionamiento de las centrales nucleares: fisión, fusión y gestión de residuos

Resumen

El documento explica los fundamentos de la energía nuclear, distinguiendo la fisión del uranio y la fusión termonuclear, y describe los sistemas de refrigeración de los reactores PWR y BWR. También trata la gestión de residuos radiactivos (gaseosos, líquidos y sólidos), los cementerios nucleares, el ciclo del uranio y un listado de transformaciones energéticas.

Puntos clave

La energía nuclear se basa en la ecuación E=m·c².
En la fisión, los átomos de U-235 son bombardeados con neutrones y las barras de control absorben el exceso de neutrones para evitar una reacción en cadena descontrolada.
La fusión termonuclear, el mismo fenómeno que ocurre en las estrellas, requiere confinar el plasma a millones de grados.
Los reactores se refrigeran con circuitos PWR (agua a presión) o BWR (agua en ebullición).
Los residuos radiactivos se clasifican en gaseosos, líquidos y sólidos según su origen.
El ciclo del uranio incluye minería, purificación, enriquecimiento, fabricación de elementos combustibles y tratamiento de residuos.

Ponte a prueba

Fundamentos de la Energía Nuclear: Fisión y Fusión

La energía nuclear se basa en la famosa ecuación E=m·c², manifestándose a través de dos procesos principales:

Fisión: Los átomos de uranio (U-235) son bombardeados con neutrones, dando lugar a átomos más ligeros. Si este proceso no se controla, se produciría una reacción en cadena descontrolada que originaría una explosión atómica. Para evitarlo, se introducen barras de control en el reactor que absorben el exceso de neutrones.
Fusión termonuclear: Es el mismo fenómeno que ocurre en el interior de las estrellas. Su principal desafío es el confinamiento a millones de grados. Utiliza combustible a partir de deuterio y litio (tipo tokamak). Es una energía limpia, inagotable y con un periodo de desintegración muy bajo.

Sistemas de Refrigeración

El calor generado se elimina mediante circuitos de refrigeración:

PWR: Agua a presión.
BWR: Agua en ebullición.

Gestión de Residuos y Seguridad

Procedencia de los Radioelementos

Circuito de refrigeración: El agua queda contaminada y debe ser tratada y filtrada.
Retratamiento de combustible: Dado que no todo el combustible nuclear se fisiona, se extraen las vainas, se depura y se concentra para una nueva fisión.

Tipos de Residuos Radiactivos

Gaseosos: Provienen de la refrigeración del reactor al pasar el agua por fisuras y por la eliminación de residuos mediante incineración; se evacúan por altas chimeneas.
Líquidos: Provienen de la purificación del refrigerante primario, del tratamiento de residuos con disoluciones y de los procesos de lavado.
Sólidos: Provienen de los instrumentos y herramientas utilizados en el tratamiento de residuos, los filtros empleados y las cenizas radiactivas.

Cementerios Nucleares

Se construyen en asentamientos con estructuras geológicas estables que aseguran su aislamiento, evitando el escape de isótopos radiactivos, la radiación y el contacto con seres humanos y animales.

Ciclo del Uranio

Es el conjunto de operaciones necesarias para la fabricación del combustible destinado a las centrales nucleares, así como el tratamiento del combustible gastado:

Minería.
Purificación.
Enriquecimiento.
Fabricación de elementos combustibles.
Tratamiento de residuos.

Transformación de la Energía

Mecánica a eléctrica: Generadores, dinamos, alternadores.
Eléctrica a mecánica: Motores eléctricos.
Eléctrica a química: Cargadores de baterías de coches o pilas.
Eléctrica a calor: Aparatos de calefacción eléctrica.
Eléctrica a radiante: Bombillas incandescentes.
Química a eléctrica: Pilas y acumuladores.
Química a térmica: Calderas.
Química a radiante: Bengalas.
Química a mecánica: Explosivos, hidrogeles.
Calor a mecánica: Centrales térmicas.
Calor a eléctrica: Convertidores termoiónicos.
Calor a química: Termólisis y reciclado de neumáticos.
Radiante a calor: Captadores fototérmicos.
Radiante a eléctrica: Células y paneles fotovoltaicos.
Radiante a química: Aplicaciones fotoquímicas y descomposición de NH₃.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la fisión nuclear?

Es el proceso en el que átomos de uranio U-235 son bombardeados con neutrones, dando lugar a átomos más ligeros. Si no se controla, puede producirse una reacción en cadena descontrolada.

¿Para qué sirven las barras de control en un reactor?

Se introducen en el reactor para absorber el exceso de neutrones y evitar una reacción en cadena descontrolada.

¿Cuáles son los tipos de residuos radiactivos?

Son gaseosos, líquidos y sólidos. Los gaseosos proceden de la refrigeración y la incineración, los líquidos de la purificación del refrigerante y los sólidos de herramientas, filtros y cenizas radiactivas.