Reactor nuclear - Historial de revisiones

Luisa en 19:41 18 oct 2021

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[[en: nuclear reactor]]
[[File:Advanced_Test_Reactor.jpg|220px|thumb|Fig. 1. El núcleo (centro) de un [[reactor nuclear de investigación]].<ref>Wikimedia Commons [Online], Available: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f2/Advanced_Test_Reactor.jpg</ref>]]

<onlyinclude>Un '''reactor nuclear''' es un sistema utilizado para iniciar y contener una [[reacción nuclear en cadena]], y tienen muchas aplicaciones útiles. Estas reacciones nucleares producen [[energía térmica]] mediante la [[fisión nuclear]] (en la práctica) o la [[fusión nuclear]] (en desarrollo).</onlyinclude> Los reactores nucleares se utilizan principalmente para la [[generación de electricidad]], aunque también pueden utilizarse para la propulsión de vehículos como [[propulsión de submarinos|submarinos]] o buques de guerra, para la producción de [[isótopo]]s o [[neutrón|neutron]]es útiles y para la investigación y la formación.<ref name=wna>World Nuclear Association. (July 2, 2015). ''Nuclear Reactors'' [Online], Available: http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Power-Reactors/Nuclear-Power-Reactors/</ref><ref name=win>What is nuclear?. (July 2, 2015). ''What is a nuclear reactor?'' [Online], Available: http://www.whatisnuclear.com/articles/nucreactor.html</ref>

Los reactores nucleares se encuentran en todo el mundo. Utilizados en las [[Central eléctrica nuclear|centrales nucleares]], los reactores de fisión aportan alrededor del 11% de la electricidad total del mundo.<ref>IEA (2014), "World energy balances", IEA World Energy Statistics and Balances (database). DOI: http://dx.doi.org/10.1787/data-00512-en (Accessed February 2015)</ref> Aunque hay muchos diseños diferentes de reactores de fisión, la mayoría constan de los mismos componentes para su funcionamiento. La diferencia entre cada tipo de reactor de fisión proviene de los diferentes enfoques utilizados para satisfacer estos requisitos.

En este artículo se hablará principalmente de la fisión nuclear debido a su uso actual en todo el mundo. Si desea leer sobre la fusión nuclear, visite su página [[fusión nuclear|aquí]].

==¿Cómo funcionan?==

Los principios básicos de funcionamiento de un reactor nuclear para la producción de energía son los siguientes: Las reacciones nucleares en cadena dentro del reactor producen [[calor]], que se transfiere a un refrigerante (normalmente [[agua ligera]]), el refrigerante hierve hasta convertirse en [[vapor]] directamente o calienta otro bucle de agua hasta convertirlo en vapor, que luego pasa por una [[turbina]] que hace girar un [[generador]], y produce [[electricidad]].<ref name=wna/> Aunque los principios básicos parecen sencillos, el proceso es bastante complejo.

===Combustible===
:''[[Combustible nuclear|artículo principal]]''

Los reactores nucleares requieren el uso de [[combustible nuclear|combustibles nucleares]], elementos que pueden ser fácilmente alterados y que liberan energía térmica. El [[uranio]] es el elemento más comúnmente utilizado como combustible nuclear, aunque el [[torio]] también es posible. Los [[isótopo]]s naturales se encuentran en países como Kazajistán, Canadá y Australia.<ref>World Nuclear Association. (July 2, 2015). ''Uranium Mining'' [Online], Available: http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Mining-of-Uranium/World-Uranium-Mining-Production/</ref>

El combustible de uranio se fabrica en pequeñas [[pastilla de combustible|pastillas de combustible]] y se empaqueta en [[barra de combustible|barras de combustible]] y se rodea de un [[revestimiento]] para evitar que se filtre al [[refrigerante]]. Estas barras de combustible se ensamblan en un [[haz de combustible]], como se ve a continuación. En un reactor nuclear puede haber cientos de haces de combustible, lo que significa que puede haber decenas de miles de barras de combustible.<ref name=win/>

<gallery caption="Combustible nuclear" mode=packed heights=180px>
File:Fuel_rod_es.png|Las barras de combustible están rodeadas de refrigerante para evitar el sobrecalentamiento.<ref>. Realizado internamente por un miembro del equipo de Educación Energética. Adapted from What is nuclear?'s Nuclear reactor page, Available: http://www.whatisnuclear.com/articles/nucreactor.html</ref>
File:Nuclear fuel element.jpg|Estos conjuntos se utilizan en los reactores de agua en ebullición y a presión, y se introducen en el núcleo (el centro del reactor nuclear) para producir calor en una reacción nuclear.<ref>Wikimedia Commons [Online], Available: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2d/Nuclear_fuel_element.jpg</ref>
</gallery>

====Enriquecimiento del combustible====
:''[[Enriquecimiento de uranio|artículo principal]]''

No todos los núcleos de un [[elemento]] determinado están construidos exactamente igual. Un elemento se define por el número de [[protón|proton]]es dentro del [[núcleo]], y la variación del número de [[neutrón|neutron]]es en el núcleo puede hacer que se comporte de forma diferente. El [[uranio|uranio natural]] está compuesto en su mayor parte por uranio-238 (99.3%), con uranio-235 (0.7%) y una cantidad muy pequeña de uranio-234 (0.0055%).<ref>European Nuclear Society. (June 25 2015). ''Natural uranium'' [Online], Available: https://www.euronuclear.org/info/encyclopedia/n/naturaluranium.htm</ref> La mayoría de los reactores requieren un mayor porcentaje de uranio-235 para poder mantener las reacciones de fisión nuclear, lo que puede hacerse mediante procesos de [[enriquecimiento del uranio]].

===Moderador===
:''[[Moderador de neutrones|artículo principal]]''

Los moderadores se utilizan para ralentizar los neutrones producidos por la fisión. Esto es necesario porque muchos combustibles nucleares (el uranio-235, por ejemplo) requieren que los neutrones se muevan lentamente para poder absorberlos. Los núcleos con números de masa bajos son los más eficaces para hacerlo, por lo que se suelen utilizar materiales como el [[agua]] o el [[grafito]].<ref name=ine>J.R. Lamarsh and A.J. Baratta, "Components of Nuclear Reactors" in ''Introduction to Nuclear Engineering'', 3rd ed., Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2001, ch.4, sec.4, pp. 133-136</ref>

La mayoría de los reactores utilizan [[agua ligera]] como moderador, como los [[reactor de agua a presión|reactores de agua a presión]] y los de [[reactor de agua en ebullición|agua en ebullición]]. El [[carbón]] funciona de forma similar y se utiliza en reactores como el [[RBMK]]. Un tercer tipo de moderador utilizado en los [[reactor CANDU|reactores CANDU]] es el [[agua pesada]], que es agua compuesta de hidrógeno pesado, llamado [[deuterio]], en lugar de [[hidrógeno]] normal.

La simulación de abajo debería ayudar a visualizar cómo un moderador hace su trabajo: los neutrones que van demasiado rápido son absorbidos por el uranio-238 y no producen la fisión (verde) y los neutrones moderados son absorbidos por el uranio-235 que se divide en átomos más pequeños y produce un exceso de neutrones para continuar la reacción (rojo).

<center><html>
<iframe id='fission' scrolling='no'src='https://energyeducation.ca/simulations/nuclear/fission.html'>
</iframe>
</html></center>
===Refrigerante===

El refrigerante, como su nombre indica, se utiliza para eliminar el calor del núcleo y trasladarlo a algún lugar en el que sea útil,<ref name=ine/> lo que evita que el combustible se sobrecaliente y se funda, a la vez que transfiere el calor al agua para producir vapor. El agua ligera, el agua pesada y varios gases son los refrigerantes más comunes para los reactores nucleares. Los refrigerantes también pueden servir como moderadores, como es el caso de muchos reactores moderados por agua.

===Barras de control===
:''[[Barra de control|artículo principal]]''

Las barras de control pueden introducirse en el núcleo del reactor para reducir la cantidad de combustible que sufre reacciones de fisión. Las barras contienen átomos que absorben neutrones, como el gadolinio o el cadmio. Al absorber los neutrones dentro del núcleo, evitan que esos neutrones reaccionen con el combustible. El movimiento de las barras de control puede utilizarse para ajustar el número de reacciones que se producen en el núcleo, o introducirse completamente para apagar el reactor por completo.

===Sistemas de seguridad===

Los sistemas de seguridad son los que se utilizan para apagar el reactor y evitar que se libere material radiactivo. Algunos sistemas son pasivos, como la caída de las barras de control en el núcleo del reactor en los reactores CANDU. Las barras de control están suspendidas por encima del núcleo y se mantienen allí mediante un [[electroimán]] (un [[imán]] que requiere un suministro constante de [[electricidad]] para funcionar). En caso de pérdida de energía, las barras de control actúan para detener las reacciones en el núcleo. Además, el reactor debe estar rodeado de fuertes [[edificio del reactor|edificios de contención]] para evitar cualquier fuga radiactiva o daño externo al reactor.<ref name=ine2>J.R. Lamarsh and A.J. Baratta, "Principles of Nuclear Power Plant Safety" in ''Introduction to Nuclear Engineering'', 3rd ed., Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2001, ch.11, sec.3, pp. 623-630</ref>

Otros sistemas de seguridad requieren ser activados. Un ejemplo de este sistema es la liberación de grandes cantidades de agua para rodear el núcleo del reactor. Esto proporciona refrigeración al núcleo para dispersar la energía térmica y evitar una fusión de núcleo.

===Economía===

La construcción de reactores nucleares es económicamente intensiva. Los costes de capital iniciales son elevados en comparación con las centrales de [[combustible fósil|combustibles fósiles]] de potencia similar. La [[energía nuclear]] requiere un alto grado de seguridad adicional y es completamente responsable de todos los posibles [[residuo nuclear|residuos nucleares]]. Lo que hace que la energía nuclear sea económicamente viable es la gran cantidad de [[energía]] que se obtiene de un pequeño [[volumen]] de combustible. Esta relación se conoce como [[densidad energética]], y proporciona una ventaja de costes al uso de combustibles nucleares. El coste del [[combustible]] es relativamente menor para una [[Central eléctrica nuclear|central nuclear]] en comparación con los combustibles fósiles. Esto es lo que hace que los reactores nucleares sean competitivos a pesar de los elevados costes de capital iniciales.

===Tipos de reactores===
La energía nuclear consiste en varios tipos de reactores nucleares. Entre ellos se encuentran:
* [[Reactor CANDU|Reactores CANDU]]
* [[Reactor reproductor rápido|Reactores reproductores rápido]]s
* [[Reactor de torio|Reactores de torio]]
* [[Reactor de agua en ebullición|Reactores de agua en ebullición]]
* [[Reactor de agua presurizada|Reactores de agua presurizada]] / [[Reactor prismático|Reactores prismático]]s
* [[Reactor de sales fundidas|Reactores de sales fundida]]s
* [[Pequeño reactor modular|Pequeños reactores modular]]es
* [[Generador termoeléctrico de radioisótopos|Generadores térmicos de radioisótopo]]s
* [[Reactor de fusión|Reactores de fusión]]
* [[Reactor RBMK|Reactores RBMK]]
* [[Reactor Magnox|Reactores Magnox]]
* [[Reactor de lecho de guijarros|Reactores de lecho de guijarro]]s
* [[Reactor refrigerado por agua supercrítica|Reactores refrigerados por agua supercrítica]]
* [[AES-2006/VVER-1000]]
* [[VHTR]]
* [[HTGR]]
* [[Reactor de investigación|Reactores de investigación]]

==Referencias==
{{reflist}}