Enciclopedia de Energia

Energía nuclear

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Fig. 1. La central nuclear de Vogtle, en Georgia, Estados Unidos. Explota 2 de los 99 reactores de Estados Unidos para la producción de energía nuclear.[1]

La energía nuclear es la electricidad generada mediante el uso de la fisión nuclear. La energía nuclear suministra al mundo alrededor del 11% de su electricidad total,[2] y está presente en 30 países.[3] Los Estados Unidos (33%) y Francia (17%) son los principales productores de energía nuclear en el mundo, con otros productores notables como Canadá, Rusia, Corea del Sur, Alemania y China.[4] Véase la visualización de datos más abajo para ver más estadísticas sobre la energía nuclear en el mundo.

La energía nuclear se consigue mediante el uso de un reactor nuclear en un motor de combustión externa, donde el calor generado por la fisión produce vapor que puede hacer girar las turbinas y hacer funcionar un generador. Aunque hay muchos tipos de reactores y diferentes reacciones nucleares, la producción de vapor es común a todas las centrales nucleares. La Fig. 2 muestra una típica central de reactor de agua en ebullición.

Fig. 2. Un reactor nuclear de agua en ebullición, que es un motor de combustión externa.[5]

En octubre de 2018, hay 452 reactores en funcionamiento dentro de las centrales, y 55 en construcción.[6] Todas las centrales utilizan el uranio, ya sea solo o en combinación con su subproducto, el plutonio, como combustible, ya que el uranio es relativamente abundante y barato. El uso potencial del torio en la generación de energía nuclear se está investigando y desarrollando en todo el mundo.

Combustible Nuclear

Los combustibles nucleares se extraen del suelo y se procesan (lo que se conoce como enriquecimiento) antes de colocarlos en una central eléctrica, al igual que el carbón, el petróleo y el gas natural. Todos los combustibles nucleares en uso son átomos pesados con núcleos grandes en su núcleo (es decir, el centro del reactor nuclear), y aprovechamos la energía liberada cuando el átomo se divide. Esto se llama fisión nuclear, y es el único método para generar energía nuclear en la actualidad. En el futuro, la fusión nuclear es prometedora para proporcionar energía nuclear, sin embargo, actualmente requiere más energía para funcionar de la que realmente produce.[7]

La Universidad de Colorado nos ha permitido amablemente utilizar la siguiente simulación de PhET. Explora la animación PhET que aparece a continuación para ver cómo funciona la fisión nuclear y cómo los reactores producen energía.

Enriquecimiento

El combustible de uranio es el combustible nuclear más popular. Alrededor del 99% del uranio que se encuentra en la Tierra es 238U, el 0.7% es 235U con trazas de 234U.[8][9] Para obtener energía constante de una reacción nuclear, ésta debe ser autosostenida. Esto ocurre en una reacción nuclear en cadena, en la que el 235U absorbe un neutrón solitario, sufre una fisión dividiéndose en dos átomos más pequeños y liberando más neutrones. Estos neutrones adicionales pueden ser absorbidos por otros átomos de 235U, haciendo que el proceso continúe.

El enriquecimiento del uranio consiste en el refinamiento del uranio abundante (238U) a un mayor porcentaje de 235U, ya que éste realizará las reacciones en cadena con mayor eficacia. Se trata de un proceso muy difícil, ya que la única diferencia entre los átomos de 238U y 235U es una diferencia de masa muy pequeña (alrededor del 1%). Para enriquecer el uranio, se repiten múltiples iteraciones para obtener una concentración ligeramente superior de 235U hasta crear la proporción deseada. Cuanto más 235U se desee, más intenso y costoso será el proceso. Para saber más, visite la página de enriquecimiento del uranio.

Afortunadamente, algunos reactores nucleares no requieren ningún enriquecimiento y funcionan con uranio natural. El más notable de ellos es el reactor CANDU, que utiliza agua pesada en lugar de agua ligera como moderador, lo que permite utilizar uranio natural.

La mayoría de los reactores requieren muy poco enriquecimiento del uranio. La siguiente tabla muestra la cantidad de enriquecimiento necesaria para producir un determinado grado de uranio.

Enriquecimiento Clasificación Concentración de 235U (%) Ejemplo de uso
Natural 0.7 Reactores de agua pesada[10]
Ligeramente enriquecido 3 - 5 Reactores de agua ligera[11]
Bajo enriquecimiento 5 - 20 Reactor de investigación[12]
Alto enriquecimiento 20 - 90 Reactor naval[13]
Grado de armamento 85+ Armas nucleares

Generación Mundial de Electricidad: Nuclear

El siguiente mapa muestra de qué energía primaria obtienen los distintos países la energía para generar su electricidad. La energía nuclear aparece en verde. Haga clic en la región para ampliar un grupo de países y, a continuación, haga clic en el país para ver de dónde procede su electricidad. Algunos países destacados son China, Alemania, Estados Unidos, Rusia, Canadá y Francia.

Ver Lecturas Adicionales

Referencias

  1. ↑ Wikimedia Commons [Online], Available: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b7/Vogtle_NPP.jpg
  2. ↑ IEA (2014), "World energy balances", IEA World Energy Statistics and Balances (database). DOI: http://dx.doi.org.ezproxy.lib.ucalgary.ca/10.1787/data-00512-en (Accessed February 2015)
  3. ↑ World Nuclear Association. (June 25 2015). Nuclear Power in the World Today [Online], Available: http://www.world-nuclear.org/info/Current-and-Future-Generation/Nuclear-Power-in-the-World-Today/
  4. ↑ World Nuclear Association. (June 25 2015). Nuclear shares of electricity generation [Online], Available: http://www.world-nuclear.org/info/Facts-and-Figures/Nuclear-generation-by-country/
  5. ↑ NRC. (June 25 2015). Boiling Water Reactor [Online], Available: http://www.nrc.gov/reading-rm/basic-ref/students/animated-bwr.html
  6. ↑ "PRIS - Reactor status reports - Operational & Long-Term Shutdown - By Type", Pris.iaea.org, 2018. [Online]. Available: https://pris.iaea.org/PRIS/WorldStatistics/OperationalReactorsByType.aspx. [Accessed: 13- Aug- 2018].
  7. ↑ World Nuclear Association. (June 25 2015). Nuclear Fusion Power [Online], Available: http://www.world-nuclear.org/info/Current-and-Future-Generation/Nuclear-Fusion-Power/
  8. ↑ The world encyclopedia. [Oxford]: Oxford University Press, 2008.
  9. ↑ M. Allaby, Diccionario de ciencias de la tierra. Oxford: Oxford University Press, 2008.
  10. ↑ J.R. Lamarsh and A.J. Baratta, "Power Reactors and Nuclear Steam Supply Systems" in Introduction to Nuclear Engineering, 3rd ed., Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2001, ch.4, sec.5, pp. 136-185
  11. ↑ World Nuclear Association. (June 25 2015). Uranium Enrichment [Online], Available: http://www.world-nuclear.org/info/Nuclear-Fuel-Cycle/Conversion-Enrichment-and-Fabrication/Uranium-Enrichment/
  12. ↑ IAEA. (June 18 2015). Research Reactors: Purpose and Future [Online], Available: https://www.iaea.org/OurWork/ST/NE/NEFW/Technical-Areas/RRS/documents/RR_Purpose_and_Future_BODY.pdf
  13. ↑ NATO. (June 25 2015). Components of Naval Nuclear Fuel Transparency [Online], Available: http://www.nato.int/acad/fellow/99-01/maerli.pdf
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