Reactors Nuclears: Funcionament, Impacte Ambiental i Distribució Elèctrica

El reactor nuclear: cor de la central

És el component més important de les centrals nuclears i en constitueix el nucli. El reactor és el sistema que permet produir i controlar reaccions nuclears en cadena de manera continguda.

Components essencials del reactor

Vas del reactor

Recipient d’acer especial on es troben una font de neutrons i el combustible nuclear (com ara urani, urani enriquit o plutoni).

Moderador nuclear

Té la funció de reduir la velocitat dels neutrons produïts en la fissió, per tal d'assegurar que puguin impactar eficaçment amb altres àtoms fissionables i així mantenir la reacció en cadena. Els moderadors més comuns són l'aigua lleugera i l'aigua pesant. L’aigua pesant (D₂O) està formada per dos àtoms de deuteri (un isòtop de l'hidrogen) i un àtom d’oxigen.

Barres de control

Estan formades per materials que absorbeixen neutrons (com el cadmi o el bor). La seva missió és regular el nombre de fissions que es produeixen a l’interior del reactor, permetent controlar la potència de la reacció i aturar-la si és necessari.

Sistema de refrigeració

El refrigerant té la funció crucial de refrigerar el nucli del reactor per evitar el sobreescalfament. Aquest fluid (sovint aigua) transporta la calor generada per les reaccions de fissió, directament o a través d’un circuit secundari, fins al grup turbina-alternador. Després de cedir la calor, el refrigerant torna al reactor per repetir el cicle.

Funcionament bàsic d'una central nuclear

L’energia tèrmica generada al nucli del reactor s'extreu i es transporta mitjançant l’aigua refrigerant, que circula en un circuit tancat i a pressió elevada. Aquesta calor es transfereix a un circuit secundari, on s'utilitza per generar vapor d'aigua.

El vapor a alta pressió acciona una turbina que, en estar acoblada a un alternador, genera energia elèctrica.

Després del seu pas per la turbina, el vapor es refreda i torna a l’estat líquid en un component anomenat condensador, tancant així el cicle termodinàmic.

Centrals nuclears i el medi ambient

Les centrals nuclears presenten diversos impactes ambientals:

• Igual que altres centrals tèrmiques, poden generar contaminació acústica i química (per exemple, als sistemes d'aigües de refrigeració).
• Un dels perjudicis més significatius és la generació de residus radioactius d'alta, mitjana i baixa activitat, alguns dels quals romanen perillosos durant milers d'anys i requereixen una gestió complexa i segura a llarg termini.
• Existeix el risc, encara que baix en reactors moderns amb múltiples sistemes de seguretat, d'una fuita del vas del reactor o un descontrol de la reacció nuclear. Això podria provocar una emissió de radioactivitat descontrolada a l'entorn o, en el pitjor dels casos, un accident nuclear greu amb conseqüències severes per al medi ambient i la salut pública.

Distribució de l'energia elèctrica

Els centres de consum d'electricitat normalment estan allunyats dels grans centres de producció energètica. Per tal que l’energia arribi al màxim nombre d’usuaris de manera eficient, és necessària una complexa infraestructura formada per xarxes de transport i distribució.

Transport d'energia: tensió i pèrdues

L’energia generada en una central elèctrica sol tenir una tensió que varia entre 6 kV (quilovolts) i 20 kV. Aquesta tensió ha de ser considerablement més alta per al transport eficient a llargues distàncies. Per això, s’eleva la tensió mitjançant transformadors a valors que poden anar des de 110 kV fins a 400 kV o fins i tot més (xarxes d'alta i molt alta tensió). L'objectiu principal d'augmentar la tensió és disminuir les pèrdues d’energia per efecte Joule durant el transport (ja que per a una mateixa potència transmesa, a major tensió, menor intensitat de corrent).

El transport es realitza habitualment amb línies elèctriques aèries o soterrades, sovint trifàsiques. Les pèrdues d’energia durant el transport es deuen principalment a la resistència dels conductors (efecte Joule) i es poden estimar amb la fórmula següent per a una línia trifàsica:

P = 3 · R · I² = (3 · ρ · l · I²) / s

On les variables representen:

P

Potència perduda per efecte Joule (en Watts, W), considerant els tres conductors de la línia trifàsica.

I

Intensitat del corrent elèctric que circula per cada conductor (en Ampers, A).

R

Resistència elèctrica de cada conductor de la línia (en Ohms, Ω).

ρ

Resistivitat elèctrica del material conductor (per exemple, coure o alumini) (en Ohm-metre, Ω·m).

l

Longitud de la línia elèctrica (en metres, m).

s

Secció transversal de cada conductor de la línia (en mil·límetres quadrats, mm²).