Partes de una central nuclear

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Partes de una central nuclear

Diagrama de la central nuclear

Esta página trata de los principales tipos de reactores nucleares convencionales. Para conocer los tipos más avanzados, consulte las páginas sobre Reactores nucleares avanzados, Pequeños reactores nucleares, Reactores de neutrones rápidos y Reactores nucleares de cuarta generación.

Un reactor nuclear produce y controla la liberación de energía a partir de la división de los átomos de ciertos elementos. En un reactor nuclear de potencia, la energía liberada se utiliza como calor para producir vapor y generar electricidad. (En un reactor de investigación, el objetivo principal es utilizar los neutrones reales producidos en el núcleo. En la mayoría de los reactores navales, el vapor acciona directamente una turbina para la propulsión).

Los principios de utilización de la energía nuclear para producir electricidad son los mismos para la mayoría de los tipos de reactores. La energía liberada por la fisión continua de los átomos del combustible se aprovecha en forma de calor en un gas o en agua, y se utiliza para producir vapor. El vapor se utiliza para mover las turbinas que producen electricidad (como en la mayoría de las centrales de combustibles fósiles).

Los primeros reactores nucleares del mundo «funcionaron» de forma natural en un depósito de uranio hace unos dos mil millones de años. Se encontraban en yacimientos ricos en uranio y eran moderados por el agua de lluvia que se filtraba. Los 17 conocidos en Oklo, en África occidental, de menos de 100 kW térmicos cada uno, consumían en conjunto unas seis toneladas de uranio. Se supone que no fueron únicas en el mundo.

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Video \ (\PageIndex{1}): La energía nuclear explicada: Riesgo u oportunidad. Todo lo que lleva la palabra «nuclear» suele ir acompañado de bastantes malentendidos. Esperemos que este vídeo desmitifique el proceso por el que los combustibles nucleares se convierten en electricidad y cómo podemos utilizarlos en combinación con las energías renovables para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, y los efectos sobre el clima que conllevan unos niveles elevados de las mismas.

Las reacciones en cadena de materiales fisionables pueden controlarse y mantenerse sin que se produzca una explosión en un reactor nuclear. Cualquier reactor nuclear que produzca energía mediante la fisión de uranio (U-235) o plutonio (Pu-239) por bombardeo con neutrones debe tener al menos cinco componentes: combustible nuclear formado por material fisionable, un moderador nuclear, refrigerante del reactor, barras de control y un sistema de blindaje/contención.

El reactor funciona separando el material nuclear fisionable de manera que no se pueda formar una masa crítica, controlando tanto el flujo como la absorción de neutrones para permitir el cierre de las reacciones de fisión. En un reactor nuclear utilizado para la producción de electricidad, la energía liberada por las reacciones de fisión se atrapa como energía térmica y se utiliza para hervir el agua y producir vapor. El vapor se utiliza para hacer girar una turbina, que acciona un generador para la producción de electricidad.

Moderador de neutrones

Unos 20 reactores de neutrones rápidos (FNR) ya están en funcionamiento, algunos desde los años 50, y algunos suministran electricidad comercialmente. Se han acumulado más de 400 años de experiencia operativa. Los reactores rápidos utilizan de forma más deliberada el isótopo de uranio-238 además del U-235 fisible que se utiliza en la mayoría de los reactores. Si están diseñados para producir más plutonio que el uranio y el plutonio que consumen, se denominan reactores reproductores rápidos (FBR). Pero muchos diseños son consumidores netos de material fisible, incluido el plutonio.* Los reactores de neutrones rápidos también pueden quemar actínidos de larga vida que se recuperan del combustible usado en los reactores ordinarios.

* Si la relación entre el contenido fisionable final y el inicial es inferior a 1, son quemadores y consumen más material fisionable (U-235, Pu y actínidos menores) del que producen (Pu fisionable); si es superior a 1, son reproductores. Este es el ratio de combustión o de reproducción. Si la relación es 1, son iso-reproductores, produciendo la misma cantidad de combustible que consumen durante el funcionamiento.

Varilla de control

Se suelen distinguir varias generaciones de reactores. Los reactores de la Generación I se desarrollaron en los años 1950-60, y el último se cerró en el Reino Unido en 2015. Los reactores de la Generación II están tipificados por las actuales flotas de Estados Unidos y Francia y la mayoría de los que están en funcionamiento en otros lugares. Los llamados de Generación III (y III+) son los reactores avanzados que se analizan en este documento, aunque la distinción con respecto a la Generación II es arbitraria. Los primeros están en funcionamiento en Japón y otros están en construcción en varios países. Los diseños de la Generación IV están todavía en fase de diseño y no estarán operativos antes de la década de 2020.

Más del 85% de la electricidad nuclear del mundo es generada por reactores derivados de diseños originalmente desarrollados para uso naval. Estas y otras unidades de energía nuclear que están en funcionamiento han demostrado ser seguras y fiables, pero están siendo sustituidas por diseños mejores.

Los proveedores de reactores de Norteamérica, Japón, Europa, Rusia, China y otros países tienen una docena de nuevos diseños de reactores nucleares en fases avanzadas de planificación o en construcción, mientras que otros están en fase de investigación y desarrollo. Los reactores de cuarta generación están en fase de I+D o de concepto.