¿Cómo funciona una planta de energía nuclear

En muchos aspectos, una planta de energía nuclear es similar a una planta de energía de combustible fósil convencional. En una planta convencional, un combustible fósil (tales como carbón, petróleo o gas natural) se quema, y ​​el calor se utiliza para hervir el agua, que a su vez se utiliza para hacer vapor. El vapor se utiliza entonces para girar una turbina que se une a un generador que produce electricidad.

La gran diferencia entre una central eléctrica convencional y una planta de energía nuclear es que la planta de energía nuclear produce calor a través de reacciones en cadena de fisión nuclear.

Cómo nuclear Comprender las plantas de energía hacen que la electricidad

La mayoría de la gente cree que los conceptos detrás de las centrales nucleares son tremendamente compleja. Eso no es realmente el caso.

Un isótopo fisionable, como el uranio-235, figura en barras de combustible en el núcleo del reactor. Todas las barras de combustible juntos comprenden la masa crítica. Las barras de control, comúnmente hechas de boro o el cadmio, están en el núcleo, y actúan como esponjas de neutrones para controlar la velocidad de desintegración radiactiva. Los operadores pueden detener una reacción en cadena moviendo hacia atrás las barras de control hasta el final en el núcleo del reactor, donde se absorben los neutrones. Los operadores pueden entonces sacar las barras de control un poco a la vez para producir la cantidad deseada de calor.

Un líquido (agua o de sodio a veces líquido) se hace circular a través del núcleo del reactor, donde absorbe el calor generado por la reacción de fisión. El líquido pasa entonces a un generador de vapor, donde se produce vapor como el calor es absorbido por el agua. Este vapor se canaliza entonces a través de una turbina de vapor que está conectado a un generador eléctrico. El vapor se condensa y se recicla a través del generador de vapor. Este proceso forma un sistema cerrado - es decir, no hay agua o vapor escapes- todo se recicla.

El líquido que circula por el núcleo del reactor es también parte de un sistema cerrado. Este sistema cerrado ayuda a garantizar que no hay contaminación del aire o del agua tiene lugar.

Mirando los aspectos negativos de las centrales nucleares

Los Estados Unidos tiene aproximadamente 100 reactores nucleares, que producen un poco más del 20 por ciento de la electricidad del país. En Francia, casi el 80 por ciento de la electricidad del país se genera a través de la fisión nuclear. Las centrales nucleares tienen ciertas ventajas. No se queman combustibles fósiles (el ahorro de recursos de combustibles fósiles para la producción de plásticos y medicinas), lo que significa que no hay productos de la combustión, como el dióxido de carbono, dióxido de azufre, y así sucesivamente, para contaminar el aire y el agua. Pero los problemas significativos están asociados a las centrales nucleares.

Cuestiones de costos: No son baratos

Las centrales nucleares son caros de construir y operar. La electricidad que se genera por la energía nuclear cuesta alrededor de dos veces más que la electricidad generada mediante combustibles fósiles o centrales hidroeléctricas. Otro problema es que la oferta de fisionable uranio-235 es limitado. De todos los de uranio natural, sólo alrededor del 0,75 por ciento es de U-235. Una gran mayoría es no fisionable U-238. En los niveles de uso actuales, el mundo se quedará sin origen natural T-235 en menos de 100 años. Un poco más de tiempo puede ser adquirida a través de la utilización de los reactores reproductores, pero la cantidad de combustible nuclear disponible en la tierra es limitada, al igual que la cantidad de combustibles fósiles es.

Los problemas de seguridad: Los accidentes de Three Mile Island y Chernobyl

Aunque los reactores nucleares realmente tienen un buen historial de seguridad, la desconfianza y el miedo asociado con la radiación hacen la mayoría de las personas sensibles a las cuestiones de seguridad y accidentes. El accidente más grave que se produzca en los Estados Unidos ocurrió en 1979 en la planta de Three Mile Island en Pennsylvania. Una combinación de errores del operador y fallas del equipo causó una pérdida de refrigerante del núcleo del reactor. La pérdida de refrigerante condujo a una fusión parcial y la liberación de una pequeña cantidad de gas radiactivo. No hubo pérdida de vidas, lesiones a personal de la planta o la población en general.

El resultado fue mucho peor en Chernobyl, Ucrania, en 1986. El error humano, junto con un mal diseño del reactor y la ingeniería, contribuyó a una tremenda sobrecalentamiento del núcleo del reactor, provocando su ruptura. Dos explosiones y un incendio resultado, soplando aparte el núcleo y la dispersión de materiales nucleares en la atmósfera. Una pequeña cantidad de este material hizo su camino a Asia y gran parte de Europa. Cientos de personas murieron. Muchos otros se sintieron los efectos del envenenamiento por radiación. Los casos de cáncer de tiroides, posiblemente causada por la liberación de la I-131, han aumentado dramáticamente en los pueblos de los alrededores de Chernobyl, y todos los efectos de este desastre no serán plenamente conocido por muchos años.

Cuestiones relativas a la eliminación: Deshacerse de las cosas

El proceso de fisión produce grandes cantidades de isótopos radiactivos. Las vidas medias de estos isótopos radiactivos pueden ser bastante largo, creando un problema de eliminación. El material no va a degradarse, por lo que hay que tener cuidado de alguna manera.

¿Cómo pueden los residuos nucleares se almacenan de forma segura hasta que la radiactividad residual los isótopos 'se ha reducido a los límites de seguridad (diez medias vidas)? ¿Cómo podemos proteger el medio ambiente ya nosotros mismos ya nuestros hijos de este tipo de residuos para las generaciones por venir? Estas preguntas son, sin duda, el problema más grave asociado con el uso pacífico de la energía nuclear.

Los residuos nucleares se divide en materiales de bajo nivel y de alto nivel, basado en la cantidad de radiactividad que se emite. En los Estados Unidos, los desechos de bajo nivel se almacenan en el lugar de generación o en las instalaciones de almacenamiento especiales. Los residuos son básicamente enterrados y custodiados en los sitios. Desechos de alto nivel plantean un problema mucho más grande. Ellos están siendo almacenados temporalmente en el lugar de generación, con planes para sellar finalmente el material de vidrio y luego en tambores. El material se almacenará subterránea en Nevada. En cualquier caso, los residuos debe mantenerse segura y sin molestias durante al menos 10.000 años. Otros países se enfrentan a los mismos problemas. Parte del material nuclear ha sido objeto de dumping en zanjas profundas en el mar, pero esta práctica se ha desanimado por muchas naciones.

La producción de plutonio con reactores reproductores

Sólo el isótopo U-235 del uranio es fisionable, porque es el único isótopo del uranio que produce el exceso de neutrones necesarios para mantener una reacción en cadena. El más abundante isótopo U-238 no produce esos neutrones extra.

El otro isótopo fisionable de uso común, el plutonio-239 (Pu-239), es muy raro en la naturaleza. Pero los científicos pueden hacer Pu-239 del U-238 en un reactor de fisión especial llamado reactor reproductor. El uranio-238 es bombardeado por primera vez con un neutrón para producir T-239, que se descompone a Pu-239. El proceso se muestra aquí.

Reactores reproductores pueden extender el suministro de combustibles fisionables durante muchos, muchos años, y que actualmente están siendo utilizados en Francia. Sin embargo, Estados Unidos se está moviendo despacio con la construcción de los reactores reproductores debido a varios problemas asociados con ellos. En primer lugar, son extremadamente caros de construir. En segundo lugar, se producen grandes cantidades de residuos nucleares. Y finalmente, el plutonio que se produce es mucho más peligrosa de manejar que el uranio y puede ser fácilmente utilizado en una bomba atómica.