¿Qué centrales nucleares conoces? Breve descripción del funcionamiento de una central nuclear.

¿Qué es una central nuclear?

Una central nuclear o central nuclear es una central térmica en la que la fuente de calor es un reactor nuclear. Normalmente, todas las centrales térmicas tradicionales utilizan calor para producir vapor, que impulsa una turbina de vapor conectada a un generador eléctrico que produce electricidad. Al 23 de abril de 2014, la OIEA informó sobre el funcionamiento de 435 reactores nucleares en 31 países. Las plantas de energía nuclear generalmente se consideran plantas de carga base porque el costo del combustible es una pequeña parte del costo de producción. Sus costos de operación, mantenimiento y combustible, junto con la energía hidroeléctrica, se encuentran en el extremo inferior del rango, lo que los hace adecuados como proveedores de electricidad de carga básica. Sin embargo, los costos de eliminación del combustible gastado son bastante volátiles.

Historia de la industria nuclear.

Por primera vez en la historia, se generó electricidad mediante un reactor nuclear el 3 de septiembre de 1948 en el reactor de grafito X-10 en Oak Ridge, Tennessee, Estados Unidos de América. Este reactor fue el prototipo de la primera central nuclear y produjo suficiente electricidad para alimentar una bombilla incandescente. Un segundo experimento más amplio se llevó a cabo el 20 de diciembre de 1951 en la estación experimental EBR-I cerca de Arco, Idaho en los Estados Unidos de América. El 27 de junio de 1954, la primera central nuclear del mundo comenzó a funcionar en la ciudad soviética de Obninsk para generar electricidad para la red eléctrica. La primera central eléctrica a gran escala del mundo, Calder Hall, se inauguró en Inglaterra el 17 de octubre de 1956. La primera central eléctrica a gran escala del mundo, Shippingport, dedicada exclusivamente a la producción de electricidad (Calder Hall también estaba destinada a producir plutonio), entró en funcionamiento el 18 de diciembre de 1957 en los Estados Unidos de América.

¿Cómo funciona una central nuclear?

La conversión en energía eléctrica se produce de forma indirecta, como en las centrales térmicas convencionales. La fisión de un núcleo atómico en un reactor nuclear calienta el refrigerante del reactor. El refrigerante puede ser agua o gas, o incluso metal líquido, según el tipo de reactor. Luego, el refrigerante del reactor va al generador de vapor y calienta el agua para producir vapor. Luego, el vapor presurizado normalmente se alimenta a una turbina de vapor de múltiples etapas. Una vez que la turbina de vapor se ha expandido y ha condensado parcialmente el vapor, el vapor restante se condensa en el condensador. Un condensador es un intercambiador de calor que está conectado a un circuito de refrigeración secundario, como un río o una torre de refrigeración. Luego, el agua se bombea nuevamente al generador de vapor y el ciclo comienza nuevamente. El ciclo vapor-agua corresponde al ciclo Rankine.

Planta de energía nuclear con reactor nuclear.

El reactor nuclear es el corazón de la estación. En su parte central, en el núcleo del reactor, se genera calor como resultado de la fisión controlada del núcleo atómico. Este calor calienta el refrigerante a medida que se bombea a través del reactor y, por lo tanto, elimina energía del reactor. El calor de la fisión nuclear se utiliza para producir vapor, que pasa a través de turbinas, que a su vez alimentan generadores eléctricos.

Los reactores nucleares suelen utilizar uranio como combustible para reacciones en cadena. El uranio es un metal muy pesado que se encuentra en abundancia en el agua de mar y en la mayoría de las rocas de la Tierra. El uranio natural se presenta en dos isótopos diferentes: uranio-238 (U-238), que constituye el 99,3% del uranio natural, y uranio-235 (U-235), que representa aproximadamente el 0,7% del uranio natural. Los isótopos son átomos de un mismo elemento con diferente número de neutrones. Entonces el U-238 tiene 146 neutrones y el U-235 tiene 143 neutrones. Los diferentes isótopos tienen diferentes patrones de comportamiento. Por ejemplo, el U-235 es fisible, lo que significa que se descompone fácilmente y libera mucha energía, lo que lo hace ideal para la energía nuclear. Por otro lado, el U-238 no tiene esta propiedad, aunque es el mismo elemento. Los diferentes isótopos también tienen vidas medias diferentes. La vida media es el tiempo que tarda la mitad de una muestra de un elemento radiactivo en desintegrarse. El U-238 tiene una vida media más larga que el U-235, por lo que tarda más en descomponerse. Esto también significa que el U-238 es menos radiactivo que el U-235.

Dado que la fisión nuclear genera radiactividad, el núcleo del reactor está rodeado por un escudo protector. Este caparazón absorbe la radiación y previene la liberación de material radiactivo al medio ambiente. Además, muchos reactores están equipados con una cúpula de hormigón para protegerlo tanto de accidentes internos como de influencias externas.

Turbina de vapor de central nuclear

El objetivo de una turbina de vapor es convertir el calor contenido en el vapor en energía mecánica. La sala de turbinas con la turbina de vapor suele estar estructuralmente separada del edificio principal del reactor nuclear. La sala de turbinas y los edificios del reactor nuclear están ubicados de manera que si una turbina explota durante el funcionamiento, los restos de hierro no lleguen al reactor.

En el caso de un reactor nuclear refrigerado por agua a presión, la turbina de vapor está separada del sistema nuclear. Para detectar una fuga en el generador de vapor y con ello la entrada de agua radiactiva al circuito primario, se instala un radiómetro que monitoriza el vapor que sale del generador de vapor. Por el contrario, en los reactores de agua en ebullición, el agua radiactiva pasa a través de la turbina de vapor, de modo que la turbina forma parte del área radiológicamente monitoreada de la central nuclear.

Generador de central nuclear

El generador convierte la energía mecánica de la turbina en energía eléctrica. Se utilizan generadores de corriente alterna síncronos de bajo voltaje con alta potencia nominal.

Sistema de refrigeración de centrales nucleares

El sistema de refrigeración extrae calor del núcleo del reactor y lo transporta a otra zona de la planta, donde la energía térmica puede utilizarse para generar electricidad o realizar otros trabajos útiles. Normalmente, el refrigerante caliente se utiliza como fuente de calor para una caldera y el vapor presurizado de la caldera impulsa una o más turbinas de vapor de generadores eléctricos.

Válvulas de seguridad para centrales nucleares

En caso de emergencia, se pueden utilizar válvulas de seguridad para evitar que las tuberías exploten o que el reactor explote. Las válvulas están diseñadas de tal manera que pueden detectar el más mínimo aumento de presión de todos los portadores de energía suministrados. En un reactor de agua en ebullición, el vapor se conduce a una cámara de reducción de presión y allí se condensa. Las cámaras del intercambiador de calor están conectadas a un circuito de refrigeración intermedio.

Bomba de agua de alimentación de central nuclear

El nivel de agua en el generador de vapor y en el reactor nuclear se controla mediante un sistema de agua de alimentación. La bomba de agua de alimentación tiene la función de extraer agua del sistema de tratamiento de condensado, aumentar la presión y enviarla a los generadores de vapor (en el caso de un reactor de agua a presión) o directamente al reactor (en el caso de reactores de agua en ebullición).

Suministro de energía de emergencia para centrales nucleares.

La mayoría de las centrales nucleares requieren dos fuentes de energía diferentes, a saber, transformadores auxiliares de estaciones de alimentación externas que estén suficientemente separados en la subestación de distribución y puedan ser alimentados desde múltiples líneas eléctricas. Además, en algunas plantas de energía nuclear, el turbogenerador puede suministrar energía a las necesidades auxiliares de la planta mientras la planta está en funcionamiento utilizando transformadores auxiliares que liberan electricidad de las barras del generador antes de que llegue al transformador elevador (dichas plantas de energía también tienen plantas de energía). transformadores auxiliares que reciben electricidad de fuentes de energía externas directamente desde la subestación de distribución). Incluso con dos fuentes de alimentación de respaldo, es posible un suministro total de energía desde fuentes externas. Las centrales nucleares están equipadas con un suministro eléctrico de emergencia.

Especialistas en una central nuclear

• ingenieros nucleares

• Operadores de reactores nucleares

• Trabajadores del servicio de dosimetría

• Personal del equipo de respuesta a emergencias

• Inspectores Residentes de la Comisión Reguladora Nuclear

En los Estados Unidos y Canadá, los trabajadores de las centrales eléctricas, excluyendo la gerencia, el personal calificado (como ingenieros) y el personal de seguridad, pueden ser miembros del Sindicato Internacional de Trabajadores Eléctricos (IBEW) o del Sindicato Unido de Trabajadores de América (UWUA). , o uno de diversos sindicatos u organizaciones de trabajadores que representen los intereses de maquinistas, obreros, caldereros, ensambladores, metalúrgicos, etc.

Costos de la central nuclear

La economía de las nuevas centrales nucleares es un tema controvertido y las inversiones multimillonarias dependen de la elección de la fuente de energía. Las centrales nucleares suelen tener altos costos de capital pero bajos costos directos de combustible asociados con la extracción, el procesamiento, los costos de uso del combustible y los costos internalizados de almacenamiento del combustible gastado. Por lo tanto, las comparaciones con otros métodos de generación de energía dependen en gran medida de suposiciones sobre el momento de la construcción y el financiamiento de la inversión de capital para las plantas nucleares. Según la Ley Price-Anderson de Estados Unidos, las estimaciones de costos tienen en cuenta los costos de desmantelar una central eléctrica y almacenar o procesar desechos nucleares. Actualmente se están desarrollando reactores de cuarta generación con la perspectiva de que todo el combustible nuclear gastado ("residuos nucleares") pueda reprocesarse utilizando futuros reactores para cerrar completamente el ciclo del combustible nuclear. Sin embargo, en la actualidad no existe una eliminación masiva eficaz de los desechos de las centrales nucleares, y el método de almacenamiento temporal in situ todavía se utiliza en casi todas las centrales debido a los problemas que plantea la construcción de instalaciones permanentes de almacenamiento de desechos. Sólo Finlandia tiene planes de construir instalaciones de almacenamiento permanente, por lo que a nivel mundial los costos a largo plazo del almacenamiento de residuos son inciertos.

Por otro lado, los costos de construcción o los gastos de capital destinados a medidas de mitigación del calentamiento global, como un impuesto al carbono o el comercio de carbono, favorecen cada vez más la economía de la energía nuclear. La esperanza es lograr una mayor eficiencia mediante diseños de reactores más avanzados. Se promete que los reactores de tercera generación quemarán al menos un 17% menos de combustible y tendrán menores costos de capital, mientras que los futuristas reactores de cuarta generación prometen entre un 10.000 y un 30.000% más de eficiencia energética y eliminación de residuos nucleares.

En Europa del Este, varios proyectos de larga data están luchando por encontrar financiación, en particular Belene en Bulgaria y reactores adicionales en Cernavoda en Rumania, y algunos posibles patrocinadores han abandonado la estación. La disponibilidad de gas barato y la relativa confiabilidad de su suministro futuro también plantea un desafío importante para los proyectos nucleares.

Al analizar la economía de la energía nuclear, es necesario tener en cuenta quién asumirá los riesgos asociados con un futuro incierto. Hasta la fecha, todas las centrales nucleares en funcionamiento han sido construidas por monopolios de servicios públicos de propiedad estatal o regulados por el Estado, donde muchos de los riesgos asociados con los costos de construcción, las características operativas, los precios del combustible y otros factores corren a cargo de los consumidores y no de los proveedores. Muchos países ya han liberalizado el mercado de la electricidad, donde estos riesgos, así como el riesgo de que surjan competidores más baratos antes de que se recuperen los costos de capital, recaen sobre los proveedores y operadores de plantas más que sobre los consumidores, lo que lleva a un cambio significativo en la evaluación. de la economía de las nuevas centrales nucleares.

Es probable que el accidente de Fukushima I de 2011 aumente los costos de las plantas nucleares nuevas y existentes debido al aumento de los requisitos de almacenamiento de combustible gastado en el sitio y al aumento de los riesgos de la base de diseño. Sin embargo, muchos proyectos, como el AP1000 actualmente en construcción, utilizan sistemas de refrigeración pasivos para la seguridad nuclear, a diferencia de Fukushima I, que requiere un sistema de refrigeración activo, y esto reduce en gran medida la necesidad de gastar más dinero en equipos de seguridad de respaldo redundantes.

Seguridad de las centrales nucleares

En su libro Normal Accidents, Charles Perrow dice que numerosos e inesperados fallos se producen en los sistemas complejos y estrechamente acoplados de los reactores nucleares. Estos accidentes son inevitables y no se pueden prevenir. Un equipo interdisciplinario del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) estima que, dado el crecimiento esperado de la energía nuclear, se pueden esperar al menos cuatro accidentes nucleares graves entre 2005 y 2055. Sin embargo, el estudio del MIT no tiene en cuenta las mejoras en seguridad desde 1970. Desde 1970 hasta la actualidad se han producido cinco accidentes importantes (daños en el núcleo) a nivel mundial: uno en Three Mile Island en 1979, uno en Chernobyl en 1986 y tres en Fukushima Daiichi en 2011, correspondientes al inicio de operación de los Reactores de Segunda Generación. . En promedio, ocurre un accidente grave cada ocho años en todo el mundo.

Los diseños de reactores nucleares modernos han experimentado muchas mejoras en materia de seguridad desde la primera generación de reactores nucleares. Las plantas de energía nuclear no pueden explotar como una bomba nuclear porque el combustible de los reactores de uranio no está lo suficientemente enriquecido, y las armas nucleares requieren un explosivo de precisión para forzar el combustible en un volumen lo suficientemente pequeño como para alcanzar un estado supercrítico. La mayoría de los reactores requieren un control continuo de la temperatura para evitar que el núcleo se derrita, lo que ha ocurrido varias veces debido a accidentes o desastres naturales, liberando radiación y volviendo el medio ambiente inhabitable. Las centrales eléctricas deben protegerse del robo de material nuclear (por ejemplo, para fabricar una bomba nuclear sucia) y del ataque de aviones militares (que ya se han producido) o de misiles enemigos o aviones terroristas secuestrados.

Controversias sobre la energía nuclear

El debate sobre la energía nuclear gira en torno a una cuestión controvertida que ha surgido con la introducción y el uso de reactores de fisión nuclear para generar electricidad a partir de combustible nuclear con fines civiles. El debate sobre la energía nuclear alcanzó su punto máximo en las décadas de 1970 y 1980, cuando "alcanzó una intensidad sin precedentes en la historia de la controversia tecnológica" en algunos países.

Sus defensores argumentan que la energía nuclear es una fuente de energía sostenible que reduce las emisiones de dióxido de carbono y puede mejorar la seguridad energética si su uso reemplaza la dependencia del combustible importado. Sus defensores promueven la idea de que la energía nuclear prácticamente no produce contaminación del aire, a diferencia de la principal alternativa viable, los combustibles fósiles. Sus defensores también creen que la energía nuclear es la única opción viable para lograr la independencia energética para la mayoría de los países occidentales. Destacan que los riesgos del almacenamiento de residuos son bajos y pueden reducirse aún más utilizando la última tecnología en nuevos reactores, y los informes de seguridad operativa en el mundo occidental indican que las centrales nucleares están en excelentes condiciones en comparación con otros tipos importantes de centrales eléctricas.

Quienes se oponen argumentan que la energía nuclear plantea muchos riesgos para las personas y el medio ambiente, y que los costos no justifican los beneficios. Las amenazas incluyen riesgos para la salud y daños ambientales derivados de la extracción, el procesamiento y el transporte de uranio, el riesgo de proliferación o sabotaje nuclear y el problema no resuelto de los desechos nucleares radiactivos. Otro problema medioambiental es el vertido de agua caliente al mar. El agua caliente cambia las condiciones ambientales para la vida marina. También argumentan que los reactores en sí son máquinas extremadamente complejas, donde muchos procesos pueden o no funcionar según lo planeado, lo que ha provocado muchos accidentes nucleares graves. Los críticos no creen que estos riesgos puedan mitigarse con nuevas tecnologías. Sostienen que cuando se consideran todos los pasos de la cadena del combustible nuclear que consumen mucha energía, desde la extracción de uranio hasta el desmantelamiento nuclear, la energía nuclear no es una fuente de electricidad con bajas emisiones de carbono. Los países que no tienen minas de uranio no pueden lograr la independencia energética mediante las tecnologías de energía nuclear existentes. Los costos reales de construcción a menudo exceden las estimaciones y los costos de almacenamiento del combustible gastado no tienen un marco temporal claro.

Reprocesamiento de combustible nuclear procedente de centrales nucleares.

La tecnología de reprocesamiento del combustible nuclear se desarrolló para separar químicamente y recuperar el plutonio fisionable del combustible nuclear irradiado. El reciclaje tiene varios propósitos, cuya importancia relativa ha cambiado con el tiempo. Inicialmente, el reprocesamiento se realizaba únicamente para extraer plutonio para la producción de armas nucleares. Con la comercialización de la energía nuclear, el plutonio gastado se procesa nuevamente para convertirlo en combustible nuclear de óxidos mixtos para reactores térmicos. El uranio reprocesado, que constituye la mayor parte del material combustible gastado, en principio también podría reutilizarse como combustible, pero esto sólo es económicamente viable cuando los precios del uranio son altos o su eliminación es costosa. Por último, un reactor reproductor puede utilizar no sólo el plutonio y el uranio reprocesados ​​del combustible gastado, sino todos los actínidos, completando el ciclo del combustible nuclear y potencialmente multiplicando la energía extraída del uranio natural en más de 60 veces.

El reprocesamiento del combustible nuclear reduce el volumen de desechos altamente radiactivos, pero por sí solo no reduce la radiactividad o la generación de calor y, por lo tanto, no elimina la necesidad de almacenar desechos en formaciones geológicas. El reprocesamiento es políticamente controvertido debido a su potencial para contribuir a la proliferación de armas nucleares, su posible vulnerabilidad al terrorismo nuclear, las cuestiones políticas de la selección del lugar del depósito (una cuestión que se aplica igualmente a la eliminación directa del combustible nuclear gastado) y su alto costo. en comparación con un ciclo de combustible único. En Estados Unidos, la administración Obama se retiró de los planes de reciclaje a escala industrial del presidente Bush y volvió a un programa centrado en el reciclaje relacionado con la investigación.

Accidentes en centrales nucleares

La Convención de Viena sobre Responsabilidad Civil por Daños Nucleares estableció el marco internacional para la responsabilidad nuclear. Sin embargo, los estados que tienen la mayoría de las centrales nucleares del mundo, incluidos Estados Unidos, Rusia, China y Japón, no son partes de los convenios internacionales sobre responsabilidad nuclear.

En EE. UU., los incidentes nucleares o de radiación están cubiertos (para instalaciones con licencia hasta 2025) en virtud de la Ley de Seguro Nuclear Price-Anderson.

La Política Energética del Reino Unido, a través de la Ley de Instalaciones Nucleares de 1965, regula la responsabilidad por daños nucleares de los que es responsable el titular de la licencia nuclear del Reino Unido. La ley exige que el operador responsable pague daños y perjuicios de hasta 150 millones de libras esterlinas en un plazo de diez años desde el incidente. Después de diez años, durante los próximos veinte años, el gobierno debe rendir cuentas de esta obligación. El Gobierno también es responsable de una responsabilidad interestatal limitada adicional (aproximadamente £300 millones) en virtud de convenios internacionales (el Convenio de París sobre Responsabilidad Civil en el Campo de la Energía Nuclear y el Convenio de Bruselas, además del Convenio de París).

Desmantelamiento de centrales nucleares

El desmantelamiento nuclear implica desmantelar una planta de energía nuclear y descontaminar el sitio hasta un estado que no represente un peligro de radiación para los civiles. La principal diferencia con el desmantelamiento de otros tipos de centrales eléctricas es la presencia de material radiactivo, cuya retirada y transferencia a una instalación de almacenamiento de residuos requiere precauciones especiales.

En términos generales, las centrales nucleares fueron diseñadas para durar unos 30 años. Las nuevas estaciones están diseñadas con una vida operativa de 40 a 60 años. Uno de los factores de desgaste es el deterioro de la pantalla del reactor bajo la influencia de la irradiación de neutrones.

El desmantelamiento implica muchas medidas administrativas y técnicas. Incluye una limpieza completa de radiactividad y la demolición completa de la estación. Una vez que una instalación sea clausurada, ya no debería representar ningún riesgo de accidente radiactivo ni ser peligrosa para la salud de sus visitantes. Una vez que una instalación es completamente desmantelada, queda liberada del control regulatorio y el titular de la licencia de la planta ya no es responsable de su seguridad nuclear.

Incidentes históricos en centrales nucleares

La industria nuclear afirma que las nuevas tecnologías y controles han hecho que las plantas nucleares sean mucho más seguras, pero después del desastre de Chernobyl en 1986 y hasta 2008, hubo 57 pequeños accidentes, dos tercios de los cuales ocurrieron en Estados Unidos. La Agencia Francesa de Energía Atómica (CEA) ha llegado a la conclusión de que las innovaciones técnicas no pueden eliminar completamente el riesgo del factor humano en el funcionamiento de una central nuclear.

Según Benjamin Sovakool en 2003, un equipo interdisciplinario del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) estimó que, dado el crecimiento esperado de la energía nuclear, se podrían esperar al menos cuatro accidentes nucleares graves entre 2005 y 2055. Sin embargo, el estudio del MIT no tiene en cuenta las mejoras de seguridad desde 1970.

Ventajas de la energía nuclear

Las plantas nucleares se utilizan principalmente para carga base debido a consideraciones económicas. El costo del combustible para operar una central nuclear es menor que el costo del combustible para operar centrales eléctricas de carbón o gas. Operar una central nuclear a una capacidad inferior a la plena no está económicamente justificado.

Sin embargo, en Francia, las centrales nucleares funcionan predominantemente en modo de seguimiento de carga, aunque "en general se acepta que ésta no es la situación económica ideal para las centrales nucleares". La unidad A de la central nuclear de Byblis, en Alemania, está diseñada para aumentar y disminuir la generación de energía en un 15 % por minuto, del 40 % al 100 % de su capacidad nominal. Los reactores de agua en ebullición suelen tener capacidad de seguimiento de carga variando el flujo de agua recirculada.

Proyectos futuros de centrales eléctricas.

Una nueva generación de diseños para centrales nucleares, conocidos como reactores de Generación IV, es objeto de investigación activa. Muchos de estos nuevos proyectos intentan específicamente hacer que los reactores de fisión sean más limpios, más seguros y/o presenten menos riesgos para la proliferación nuclear. Se pueden construir plantas pasivamente seguras (por ejemplo, un reactor nuclear económico y simplificado de agua en ebullición), mientras que el objetivo de la investigación es desarrollar reactores con una eliminación casi completa de la influencia de los factores humanos sobre ellos. Los reactores de fusión, que aún se encuentran en las primeras etapas de desarrollo, han reducido o eliminado algunos de los riesgos asociados con la fisión nuclear.

En Europa se están construyendo dos reactores europeos de agua a presión (EPR) con una capacidad total de 1600 MW y dos en China. Los reactores son un proyecto conjunto de la corporación francesa AREVA y la alemana Siemens AG y serán los reactores más grandes del mundo. Una EPR está ubicada en Olkiluoto, Finlandia, y forma parte de la central nuclear de Olkiluoto. Originalmente estaba previsto que el reactor se pusiera en marcha en 2009, pero el lanzamiento se retrasó repetidamente y, en septiembre de 2014, se retrasó hasta 2018. Los trabajos preparatorios para la EPR en la central nuclear de Flamanville en Flamanville, La Mancha, Francia, comenzaron en 2006 con una fecha de finalización prevista para 2012. La puesta en marcha del reactor francés también se retrasó y, según las previsiones de 2013, estaba previsto que entrara en funcionamiento en 2016. Dos EPR chinos forman parte de la central nuclear de Taishan en Taishan, Guangdong. La puesta en marcha de los reactores de la central nuclear de Taishan estaba prevista para 2014 y 2015, pero se retrasó hasta 2017.

En marzo de 2007, se están construyendo siete centrales nucleares en la India y cinco en China.

En noviembre de 2011, Gulf Power dijo que esperaba completar la compra de 4.000 acres de tierra al norte de Pensacola, Florida, a finales de 2012 para construir una posible planta de energía nuclear.

En 2010, Rusia puso en funcionamiento una central nuclear flotante. El buque Akademik Lomonosov de £100 millones es la primera de siete estaciones que proporcionarán recursos energéticos vitales a regiones remotas de Rusia.

Al no tener centrales nucleares en 2011, en 2025 los países del Sudeste Asiático tendrán un total de 29 centrales nucleares: Indonesia tendrá 4 centrales nucleares, Malasia tendrá 4, Tailandia tendrá 5 y Vietnam tendrá 16.

En 2013, China tenía 32 reactores nucleares en construcción, la cifra más alta del mundo.

Entre 2016 y 2019 está previsto completar la ampliación de dos centrales nucleares en Estados Unidos: la central nuclear de Vogtle en Georgia y la central nuclear de VC Summer en Carolina del Sur. Los dos nuevos reactores de la central nuclear de Vogtl y los dos nuevos reactores de la central nuclear de VC Summer son los primeros proyectos de construcción de centrales nucleares en Estados Unidos desde el accidente de la central nuclear de Three Mile Island en 1979.

El gobierno del Reino Unido ha aprobado la construcción de la central nuclear Hinkley Point C.

Varios países han comenzado a implementar un programa nuclear de torio. El torio se encuentra en la naturaleza cuatro veces más que el uranio. Más del 60% de los depósitos de mineral de torio (monacita) se encuentran en cinco países: Australia, Estados Unidos, India, Brasil y Noruega. Estos recursos de torio son suficientes para satisfacer las necesidades energéticas actuales durante miles de años. El ciclo del combustible de torio es capaz de generar energía nuclear con un menor rendimiento de residuos radiotóxicos que el ciclo del combustible de uranio.

Una central nuclear (NPP) es un complejo de estructuras técnicas diseñadas para generar energía eléctrica utilizando la energía liberada durante una reacción nuclear controlada.

El uranio se utiliza como combustible común en las centrales nucleares. La reacción de fisión se lleva a cabo en la unidad principal de una central nuclear: un reactor nuclear.

El reactor está montado en una carcasa de acero diseñada para alta presión: hasta 1,6 x 107 Pa, o 160 atmósferas.
Las partes principales del VVER-1000 son:

1. En la zona activa, donde se encuentra el combustible nuclear, se produce una reacción en cadena de fisión nuclear y se libera energía.
2. Reflector de neutrones que rodea el núcleo.
3. Refrigerante.
4. Sistema de control de protección (CPS).
5. Protección radiológica.

El calor en el reactor se libera debido a una reacción en cadena de fisión del combustible nuclear bajo la influencia de neutrones térmicos. En este caso, se forman productos de fisión nuclear, entre los que se encuentran tanto sólidos como gases: xenón, criptón. Los productos de fisión tienen una radiactividad muy alta, por lo que el combustible (gránulos de dióxido de uranio) se coloca en tubos de circonio sellados: barras de combustible (elementos combustibles). Estos tubos se combinan en varias piezas una al lado de la otra en un único conjunto combustible. Para controlar y proteger un reactor nuclear se utilizan barras de control que se pueden mover a lo largo de toda la altura del núcleo. Las barras están hechas de sustancias que absorben fuertemente los neutrones, por ejemplo, boro o cadmio. Cuando las varillas se insertan profundamente, una reacción en cadena se vuelve imposible, ya que los neutrones son fuertemente absorbidos y eliminados de la zona de reacción. Las varillas se mueven de forma remota desde el panel de control. Con un ligero movimiento de las varillas, el proceso en cadena se desarrollará o se desvanecerá. De esta forma se regula la potencia del reactor.

El diseño de la estación es de doble circuito. El primer circuito, radiactivo, consta de un reactor VVER 1000 y cuatro circuitos de refrigeración por circulación. El segundo circuito, no radiactivo, incluye un generador de vapor y una unidad de suministro de agua y una unidad de turbina con una capacidad de 1030 MW. El refrigerante primario es agua de alta pureza que no hierve a una presión de 16 MPa con la adición de una solución de ácido bórico, un fuerte absorbente de neutrones, que se utiliza para regular la potencia del reactor.

1. Las bombas de circulación principales bombean agua a través del núcleo del reactor, donde se calienta a una temperatura de 320 grados debido al calor generado durante la reacción nuclear.
2. El refrigerante calentado transfiere su calor al agua del circuito secundario (fluido de trabajo), evaporándolo en el generador de vapor.
3. El refrigerante enfriado vuelve a entrar al reactor.
4. El generador de vapor produce vapor saturado a una presión de 6,4 MPa, que se suministra a la turbina de vapor.
5. La turbina acciona el rotor del generador eléctrico.
6. El vapor de escape se condensa en el condensador y la bomba de condensado lo suministra nuevamente al generador de vapor. Para mantener una presión constante en el circuito, se instala un compensador de volumen de vapor.
7. El calor de la condensación del vapor se elimina del condensador mediante la circulación de agua, que es suministrada por la bomba de alimentación desde el estanque más frío.
8. Tanto el primer como el segundo circuito del reactor están sellados. Esto garantiza la seguridad del reactor para el personal y el público.

Si no es posible utilizar una gran cantidad de agua para la condensación de vapor, en lugar de utilizar un depósito, el agua se puede enfriar en torres de refrigeración especiales (torres de refrigeración).

La seguridad y el respeto al medio ambiente del funcionamiento del reactor están garantizados por el estricto cumplimiento de las regulaciones (reglas de funcionamiento) y una gran cantidad de equipos de control. Todo ello está diseñado para un control cuidadoso y eficiente del reactor.
La protección de emergencia de un reactor nuclear es un conjunto de dispositivos diseñados para detener rápidamente una reacción nuclear en cadena en el núcleo del reactor.

La protección activa de emergencia se activa automáticamente cuando uno de los parámetros de un reactor nuclear alcanza un valor que podría provocar un accidente. Dichos parámetros pueden incluir: temperatura, presión y flujo de refrigerante, nivel y velocidad de aumento de potencia.

Los elementos ejecutivos de la protección de emergencia son, en la mayoría de los casos, varillas con una sustancia que absorbe bien los neutrones (boro o cadmio). A veces, para apagar el reactor, se inyecta un líquido absorbente en el circuito de refrigerante.

Además de la protección activa, muchos diseños modernos también incluyen elementos de protección pasiva. Por ejemplo, las versiones modernas de los reactores VVER incluyen un "Sistema de enfriamiento del núcleo de emergencia" (ECCS), tanques especiales con ácido bórico ubicados encima del reactor. En caso de accidente de máxima base de diseño (rotura del primer circuito de refrigeración del reactor), el contenido de estos depósitos acaba por gravedad en el interior del núcleo del reactor y la reacción nuclear en cadena es extinguida por una gran cantidad de sustancia que contiene boro. , que absorbe bien los neutrones.

Según las “Normas de seguridad nuclear para instalaciones de reactores de centrales nucleares”, al menos uno de los sistemas de parada de reactores previstos debe cumplir la función de protección de emergencia (EP). La protección de emergencia debe tener al menos dos grupos independientes de elementos de trabajo. A la señal AZ, las piezas de trabajo AZ deben activarse desde cualquier posición de trabajo o intermedia.
El equipamiento AZ deberá estar formado por al menos dos conjuntos independientes.

Cada conjunto de equipos AZ debe diseñarse de tal manera que se proporcione protección en el rango de cambios en la densidad del flujo de neutrones del 7% al 120% del nominal:
1. Por densidad de flujo de neutrones: al menos tres canales independientes;
2. Según la tasa de aumento de la densidad del flujo de neutrones, al menos tres canales independientes.

Cada conjunto de equipos de protección de emergencia debe diseñarse de tal manera que, en toda la gama de cambios en los parámetros tecnológicos establecidos en el diseño de la planta del reactor (RP), la protección de emergencia sea proporcionada por al menos tres canales independientes para cada parámetro tecnológico. para los cuales es necesaria la protección.

Los comandos de control de cada conjunto para actuadores AZ deben transmitirse a través de al menos dos canales. Cuando un canal de uno de los conjuntos de equipos AZ se pone fuera de funcionamiento sin que este conjunto esté fuera de funcionamiento, se debe generar automáticamente una señal de alarma para este canal.

La protección de emergencia debe activarse al menos en los siguientes casos:
1. Al alcanzar la configuración AZ para la densidad de flujo de neutrones.
2. Al alcanzar el ajuste AZ para la tasa de aumento de la densidad del flujo de neutrones.
3. Si desaparece la tensión en algún conjunto de equipos de protección de emergencia y en las barras de alimentación del CPS que no hayan sido puestos fuera de operación.
4. En caso de fallo de dos cualesquiera de los tres canales de protección de la densidad del flujo de neutrones o de la tasa de aumento del flujo de neutrones en cualquier conjunto de equipos AZ que no hayan sido retirados de funcionamiento.
5. Cuando los parámetros tecnológicos sobre los que se debe realizar la protección alcanzan la configuración AZ.
6. Al activar el AZ desde una clave desde un punto de control de bloque (BCP) o un punto de control de reserva (RCP).

El material fue preparado por los editores en línea de www.rian.ru basándose en información de RIA Novosti y fuentes abiertas.

Las centrales nucleares modernas están muy extendidas en todo el mundo porque tienen una gran potencia y productividad. Las primeras centrales nucleares inferior a las últimas centrales nucleares en muchos aspectos. La construcción de las primeras centrales nucleares comenzó a mediados del siglo pasado.

Inauguración de la primera central nuclear de la URSS

El desarrollo del plan para la primera central nuclear comenzó después de la exitosa prueba de la primera bomba atómica en la URSS, cuando se produjo plutonio en un reactor nuclear y también se organizó la producción de uranio enriquecido. En el otoño de 1949 tuvo lugar una discusión a gran escala sobre las perspectivas y los principales problemas de poner en marcha centrales nucleares para producir energía.

Los trabajos de construcción de la primera central nuclear comenzaron a mediados del siglo XX. En el transcurso de cuatro años, entre 1950 y 1954, se construyó la primera central nuclear. La primera central nuclear se puso oficialmente en funcionamiento el 27 de junio de 1954 en el territorio de la Unión Soviética, en la ciudad de Obninsk. El funcionamiento de esta central nuclear estuvo garantizado por el reactor AM-1, cuya potencia máxima era de sólo 5 MW.

Esta central funcionó ininterrumpidamente durante casi 48 años. En abril de 2002, se cerró el reactor de la estación. La decisión de cerrar la estación se tomó por consideraciones económicas y la inconveniencia de su uso posterior. La central nuclear de Óbninsk fue no sólo la primera puesta en funcionamiento, sino también la primera central nuclear cerrada en Rusia.

La importancia de la primera central nuclear.

Las primeras centrales nucleares de la URSS. pudieron abrir el camino al uso de la energía atómica con fines pacíficos. La explotación de las primeras centrales nucleares también permitió acumular la experiencia científica y de ingeniería necesaria para el futuro diseño y construcción de centrales más grandes.

La central nuclear construida en Obninsk, incluso durante el período de construcción, se transformó en una especie de escuela para la formación de personal, personal operativo e investigadores. La central nuclear de Óbninsk desempeña este papel desde hace varias décadas gracias a su uso industrial y a una gran cantidad de experimentos realizados en ella.

Las primeras centrales nucleares en diferentes países.

La larga experiencia operativa de la primera central nuclear soviética confirmó casi todas las soluciones técnicas y de ingeniería propuestas por los profesionales en este campo. Esto brindó la oportunidad de construir y poner en marcha con éxito la central nuclear de Beloyarsk en 1964, cuya capacidad alcanzó los 300 MW.

En Gran Bretaña, la primera central nuclear no se inauguró oficialmente hasta octubre de 1956. Fuera del territorio de la Unión Soviética, esta instalación se convirtió en la primera estación industrial de su categoría. La central eléctrica construida en la localidad británica de Calder Hall tenía en el momento de su inauguración una capacidad de 46 MW. Unos años más tarde, comenzó la construcción de varias centrales nucleares más grandes.

En Estados Unidos, la primera central nuclear entró en funcionamiento en 1957. La central eléctrica de 60 MW está situada en el estado estadounidense de Shippingport. Estados Unidos detuvo la construcción de reactores en 1979 después del accidente global en la central nuclear de Three Mile Island. La construcción de dos nuevos reactores basados ​​en la central anterior no está prevista hasta 2017.

El gran acontecimiento ocurrido en 1986 tuvo un grave impacto en el mundo y nos obligó a reconsiderar una serie de cuestiones relacionadas. Los expertos de diferentes países comenzaron a resolver activamente el problema de la seguridad y reflexionaron sobre la importancia de la cooperación internacional para garantizar la máxima seguridad de las centrales nucleares.

Hoy en día, en países como India, Canadá, Rusia, India, Corea, China, Estados Unidos y Finlandia, se están desarrollando e implementando activamente programas para un mayor desarrollo de la energía nuclear. En las condiciones actuales, en todo el mundo hay 56 reactores en etapa de construcción y se espera que otros 143 se construyan antes de 2030.

Ventajas y desventajas del uso de centrales nucleares.

Está en constante aumento en todo el mundo. Al mismo tiempo, el crecimiento del consumo está aumentando a un ritmo más rápido que la producción de energía, y la aplicación práctica de soluciones técnicas modernas y prometedoras en esta área, por muchas razones, comenzará en unos pocos años. La solución a este problema es la mejora de la energía nuclear y la construcción de nuevas centrales nucleares. Se pueden identificar las siguientes ventajas de operar centrales nucleares:

1. Alta intensidad energética del recurso combustible utilizado. En caso de combustión completa, un kilogramo de uranio libera una cantidad de energía comparable al resultado de quemar unas 50 toneladas de petróleo, o el doble de toneladas de carbón.
2. La capacidad de reutilizar un recurso después del procesamiento. El uranio fraccionado, a diferencia de los residuos de combustibles fósiles, se puede reutilizar para generar energía. Un mayor desarrollo de las centrales nucleares implica una transición completa a un ciclo cerrado, lo que ayudará a garantizar la ausencia de formación de residuos nocivos.
3. La central nuclear no contribuye al efecto invernadero. Cada día, las centrales nucleares ayudan a evitar la emisión de unos 600 millones de toneladas de dióxido de carbono. Las centrales nucleares que funcionan en Rusia impiden cada año la liberación al medio ambiente de más de 200 millones de toneladas de dióxido de carbono.
4. Absoluta independencia de la ubicación de las fuentes de combustible. La gran distancia entre una central nuclear y un depósito de uranio no afecta en modo alguno la posibilidad de su funcionamiento. El equivalente energético de un recurso nuclear es muchas veces mayor en comparación con el combustible orgánico y los costos de su transporte son mínimos.
5. Bajo costo de uso. Para un gran número de países, generar electricidad mediante centrales nucleares no es más caro que utilizar otros tipos de centrales eléctricas.

A pesar de los muchos aspectos positivos de la explotación de centrales nucleares, existen varios problemas. La principal desventaja son las graves consecuencias de las situaciones de emergencia, para evitar que las centrales eléctricas estén equipadas con sistemas de seguridad bastante complejos, con grandes reservas y redundancia. Esto garantiza que se eviten daños al mecanismo interno central incluso en caso de un accidente grave.

Un gran problema para el funcionamiento de las centrales nucleares es también su destrucción tras el agotamiento de los recursos. El coste de su liquidación puede alcanzar el 20% del coste total de su construcción. Además, por razones técnicas, no es deseable que las centrales nucleares funcionen en modo de maniobra.

Las primeras centrales nucleares del mundo. permitió dar un gran paso hacia la mejora de la energía nuclear. En las condiciones modernas en Rusia, alrededor del 17% de la electricidad se genera mediante centrales nucleares. Debido a los beneficios de operar centrales nucleares, muchos países están comenzando a construir nuevos reactores y los consideran una fuente prometedora de electricidad.

Uno de los problemas más globales de la humanidad es la energía. Infraestructura civil, industria, ejército: todo esto requiere una gran cantidad de electricidad y cada año se asignan muchos minerales para generarla. El problema es que estos recursos no son infinitos, y ahora que la situación es más o menos estable, hay que pensar en el futuro. Se depositaron grandes esperanzas en la electricidad alternativa y limpia, pero, como muestra la práctica, el resultado final dista mucho de ser el deseado. Los costes de las plantas de energía solar o eólica son enormes, pero la cantidad de energía es mínima. Y es por eso que las centrales nucleares se consideran hoy la opción más prometedora para un mayor desarrollo.

Historia de la central nuclear.

Las primeras ideas sobre el uso de átomos para generar electricidad aparecieron en la URSS alrededor de los años 40 del siglo XX, casi 10 años antes de la creación de sus propias armas de destrucción masiva sobre esta base. En 1948 se desarrolló el principio de funcionamiento de las centrales nucleares y, al mismo tiempo, por primera vez en el mundo fue posible alimentar dispositivos con energía atómica. En 1950, Estados Unidos completó la construcción de un pequeño reactor nuclear, que en ese momento podría considerarse la única central de este tipo en el planeta. Es cierto que fue experimental y produjo sólo 800 vatios de potencia. Al mismo tiempo, en la URSS se estaban sentando las bases de la primera central nuclear del mundo, aunque después de su puesta en servicio todavía no producía electricidad a escala industrial. Este reactor se utilizó más para perfeccionar la tecnología.

A partir de ese momento se inició la construcción masiva de centrales nucleares en todo el mundo. Además de los tradicionales líderes de esta “carrera”, Estados Unidos y la URSS, los primeros reactores aparecieron en:

• 1956 - Gran Bretaña.
• 1959 - Francia.
• 1961 - Alemania.
• 1962 - Canadá.
• 1964 - Suecia.
• 1966 - Japón.

El número de centrales nucleares en construcción aumentó constantemente, hasta el desastre de Chernobyl, después del cual la construcción comenzó a congelarse y, gradualmente, muchos países comenzaron a abandonar la energía nuclear. Actualmente, están apareciendo nuevas centrales eléctricas de este tipo principalmente en Rusia y China. Algunos países que anteriormente planeaban cambiar a otro tipo de energía están regresando gradualmente al programa y es posible que en un futuro próximo se produzca otro aumento en la construcción de centrales nucleares. Esta es una etapa obligatoria en el desarrollo humano, al menos hasta que se encuentren otras opciones efectivas para la producción de energía.

Características de la energía nuclear.

La principal ventaja es la generación de enormes cantidades de energía con un consumo mínimo de combustible y casi sin contaminación. El principio de funcionamiento de un reactor nuclear en una central nuclear se basa en una simple máquina de vapor y utiliza agua como elemento principal (sin contar el combustible en sí), por lo que, desde el punto de vista medioambiental, el daño es mínimo. El peligro potencial de este tipo de centrales eléctricas está muy exagerado. Las causas del desastre de Chernobyl aún no se han establecido de manera confiable (más sobre esto a continuación) y, además, toda la información recopilada como parte de la investigación permitió modernizar las plantas existentes, eliminando incluso opciones improbables de emisiones de radiación. Los ecologistas a veces dicen que este tipo de estaciones son una poderosa fuente de contaminación térmica, pero esto tampoco es del todo cierto. De hecho, el agua caliente del circuito secundario ingresa a los embalses, pero la mayoría de las veces se utilizan sus versiones artificiales, creadas específicamente para este propósito, y en otros casos la proporción de tal aumento de temperatura no se puede comparar con la contaminación de otras fuentes de energía.

problema de combustible

El combustible, el uranio-235, desempeña un papel importante en la popularidad de las centrales nucleares. Se requiere mucho menos que cualquier otro tipo con una enorme liberación simultánea de energía. El principio de funcionamiento de un reactor de central nuclear implica el uso de este combustible en forma de “tabletas” especiales colocadas en varillas. De hecho, la única dificultad en este caso es crear precisamente esa forma. Sin embargo, recientemente ha comenzado a surgir información de que las reservas globales actuales tampoco durarán mucho. Pero esto ya está previsto. Los reactores de tres circuitos más nuevos funcionan con uranio-238, del que hay mucho, y el problema de la escasez de combustible desaparecerá durante mucho tiempo.

Principio de funcionamiento de una central nuclear de doble circuito.

Como se mencionó anteriormente, se basa en una máquina de vapor convencional. En resumen, el principio de funcionamiento de una central nuclear es calentar agua del circuito primario, que a su vez calienta el agua del circuito secundario al estado de vapor. Fluye hacia la turbina, hace girar las palas y hace que el generador produzca electricidad. El vapor "residual" ingresa al condensador y vuelve a convertirse en agua. Esto crea un ciclo casi cerrado. En teoría, todo esto podría funcionar de forma aún más sencilla, utilizando un solo circuito, pero esto es realmente inseguro, ya que el agua que contiene, en teoría, puede estar sujeta a contaminación, lo que se excluye cuando se utiliza un sistema estándar para la mayoría de las centrales nucleares. con dos ciclos del agua aislados entre sí.

Principio de funcionamiento de una central nuclear de tres circuitos.

Se trata de centrales eléctricas más modernas que funcionan con uranio-238. Sus reservas representan más del 99% de todos los elementos radiactivos del mundo (de ahí las enormes perspectivas de uso). El principio de funcionamiento y diseño de este tipo de centrales nucleares consiste en la presencia de hasta tres circuitos y el uso activo de sodio líquido. En general, todo sigue igual, pero con pequeñas adiciones. En el circuito primario, calentado directamente desde el reactor, este sodio líquido circula a alta temperatura. El segundo círculo se calienta desde el primero y también utiliza el mismo líquido, pero no tan caliente. Y solo entonces, ya en el tercer circuito, se utiliza agua, que del segundo se calienta al estado de vapor y hace girar la turbina. El sistema resulta ser más complejo tecnológicamente, pero una central nuclear de este tipo sólo necesita construirse una vez, y luego ya sólo queda disfrutar de los frutos del trabajo.

Chernóbil

Se cree que el principio de funcionamiento de la central nuclear de Chernobyl es la principal causa del desastre. Oficialmente hay dos versiones de lo sucedido. Según uno de ellos, el problema surgió debido a acciones inadecuadas de los operadores del reactor. Según el segundo, por el fallido diseño de la central. Sin embargo, el principio de funcionamiento de la central nuclear de Chernóbil también se utilizó en otras centrales de este tipo, que aún hoy funcionan correctamente. Existe la opinión de que se produjo una cadena de accidentes que es casi imposible de repetir. Esto incluye un pequeño terremoto en la zona, un experimento con el reactor, problemas menores con el diseño en sí, etc. Todo esto provocó la explosión. Sin embargo, aún se desconoce el motivo que provocó un fuerte aumento de la potencia del reactor cuando no debería haber sido así. Incluso hubo una opinión sobre un posible sabotaje, pero hasta el día de hoy no se ha demostrado nada.

Fukushima

Este es otro ejemplo de un desastre global que involucra una planta de energía nuclear. Y también en este caso la causa fue una cadena de accidentes. La estación estaba protegida de forma fiable contra terremotos y tsunamis, que no son infrecuentes en la costa japonesa. Pocos podrían haber imaginado que ambos eventos ocurrirían simultáneamente. El principio de funcionamiento del generador de la central nuclear de Fukushima implicaba el uso de fuentes de energía externas para mantener en funcionamiento todo el complejo de seguridad. Se trata de una medida razonable, ya que en caso de accidente sería difícil obtener energía de la propia central. Debido al terremoto y tsunami, todas estas fuentes fallaron, provocando que los reactores se fundieran y provocaran un desastre. Ahora se están realizando esfuerzos para reparar el daño. Según los expertos, esto llevará otros 40 años.

A pesar de toda su eficiencia, la energía nuclear sigue siendo bastante cara, porque los principios de funcionamiento del generador de vapor de una central nuclear y sus demás componentes implican enormes costes de construcción que es necesario recuperar. Actualmente, la electricidad obtenida a partir del carbón y el petróleo sigue siendo más barata, pero estos recursos se agotarán en las próximas décadas y, en los próximos años, la energía nuclear será más barata que cualquier otra cosa. Actualmente, la electricidad respetuosa con el medio ambiente procedente de fuentes de energía alternativas (centrales eólicas y solares) cuesta unas 20 veces más.

Se cree que el principio de funcionamiento de las centrales nucleares no permite que dichas centrales se construyan rápidamente. No es cierto. La construcción de una instalación media de este tipo tarda aproximadamente 5 años.

Las estaciones están perfectamente protegidas no sólo de posibles emisiones de radiación, sino también de la mayoría de factores externos. Por ejemplo, si los terroristas hubieran elegido cualquier central nuclear en lugar de las torres gemelas, sólo habrían podido causar daños mínimos a la infraestructura circundante, lo que no afectaría en modo alguno al funcionamiento del reactor.

Resultados

El principio de funcionamiento de las centrales nucleares prácticamente no difiere de los principios de funcionamiento de la mayoría de las demás centrales eléctricas tradicionales. La energía del vapor se utiliza en todas partes. Las centrales hidroeléctricas utilizan la presión del agua que fluye, e incluso aquellos modelos que funcionan con energía solar también utilizan líquido que se calienta hasta hervir y hace girar turbinas. La única excepción a esta regla son los parques eólicos, en los que las palas giran debido al movimiento de masas de aire.

La generación de energía nuclear es un método moderno y de rápido desarrollo para producir electricidad. ¿Sabes cómo funcionan las centrales nucleares? ¿Cuál es el principio de funcionamiento de una central nuclear? ¿Qué tipos de reactores nucleares existen hoy en día? Intentaremos considerar en detalle el esquema de funcionamiento de una central nuclear, profundizar en la estructura de un reactor nuclear y descubrir qué tan seguro es el método nuclear de generación de electricidad.

¿Cómo funciona una central nuclear?

Cualquier estación es un recinto cerrado alejado de una zona residencial. En su territorio hay varios edificios. La estructura más importante es el edificio del reactor, junto a él se encuentra la sala de turbinas desde donde se controla el reactor y el edificio de seguridad.

El plan es imposible sin un reactor nuclear. Un reactor atómico (nuclear) es un dispositivo de central nuclear diseñado para organizar una reacción en cadena de fisión de neutrones con la liberación obligatoria de energía durante este proceso. Pero ¿cuál es el principio de funcionamiento de una central nuclear?

Toda la instalación del reactor se aloja en el edificio del reactor, una gran torre de hormigón que esconde el reactor y que contendrá todos los productos de la reacción nuclear en caso de accidente. Esta gran torre se denomina contención, cascarón hermético o zona de contención.

La zona hermética de los nuevos reactores tiene dos gruesos muros de hormigón: carcasas.
La capa exterior, de 80 cm de espesor, protege la zona de contención de las influencias externas.

La capa interior, de 1 metro y 20 cm de espesor, tiene cables de acero especiales que aumentan casi tres veces la resistencia del hormigón y evitarán que la estructura se desmorone. En su interior está revestido con una fina chapa de acero especial, que está diseñada para servir como protección adicional de la contención y, en caso de accidente, para no liberar el contenido del reactor fuera de la zona de contención.

Este diseño de la central nuclear le permite resistir un accidente aéreo de hasta 200 toneladas, un terremoto de magnitud 8, un tornado y un tsunami.

La primera carcasa sellada se construyó en la central nuclear estadounidense Connecticut Yankee en 1968.

La altura total de la zona de contención es de 50 a 60 metros.

¿En qué consiste un reactor nuclear?

Para comprender el principio de funcionamiento de un reactor nuclear y, por tanto, el principio de funcionamiento de una central nuclear, es necesario comprender los componentes del reactor.

• Zona activa. Esta es el área donde se colocan el combustible nuclear (generador de combustible) y el moderador. Los átomos de combustible (la mayoría de las veces el uranio es el combustible) sufren una reacción de fisión en cadena. El moderador está diseñado para controlar el proceso de fisión y permite la reacción requerida en términos de velocidad y fuerza.
• Reflector de neutrones. Un reflector rodea el núcleo. Consta del mismo material que el moderador. De hecho, se trata de una caja cuyo objetivo principal es evitar que los neutrones abandonen el núcleo y entren al medio ambiente.
• Refrigerante. El refrigerante debe absorber el calor liberado durante la fisión de los átomos de combustible y transferirlo a otras sustancias. El refrigerante determina en gran medida el diseño de una central nuclear. El refrigerante más popular en la actualidad es el agua.
  Sistema de control de reactores. Sensores y mecanismos que alimentan el reactor de una central nuclear.

Combustible para centrales nucleares.

¿Con qué funciona una central nuclear? El combustible para las centrales nucleares son elementos químicos con propiedades radiactivas. En todas las centrales nucleares, este elemento es el uranio.

El diseño de las centrales implica que las centrales nucleares funcionan con combustible compuesto complejo y no con un elemento químico puro. Y para extraer combustible de uranio del uranio natural cargado en un reactor nuclear, es necesario realizar muchas manipulaciones.

Uranio enriquecido

El uranio se compone de dos isótopos, es decir, contiene núcleos con diferentes masas. Fueron nombrados por el número de protones y neutrones isótopo -235 e isótopo-238. Los investigadores del siglo XX comenzaron a extraer uranio 235 del mineral, porque... era más fácil descomponer y transformar. Resultó que en la naturaleza hay solo un 0,7% de ese uranio (el porcentaje restante corresponde al isótopo 238).

¿Qué hacer en este caso? Decidieron enriquecer uranio. El enriquecimiento de uranio es un proceso en el que quedan muchos isótopos 235x necesarios y pocos isótopos 238x innecesarios. La tarea de los enriquecedores de uranio es convertir un 0,7% en casi un 100% de uranio-235.

El uranio se puede enriquecer mediante dos tecnologías: difusión de gas o centrifugación de gas. Para utilizarlos, el uranio extraído del mineral se convierte a estado gaseoso. Está enriquecido en forma de gas.

polvo de uranio

El gas de uranio enriquecido se convierte en un estado sólido: dióxido de uranio. Este uranio 235 sólido puro aparece como grandes cristales blancos, que luego se trituran para obtener uranio en polvo.

tabletas de uranio

Las tabletas de uranio son discos de metal sólido, de un par de centímetros de largo. Para formar tales tabletas a partir de uranio en polvo, se mezcla con una sustancia, un plastificante, que mejora la calidad del prensado de las tabletas.

Los discos prensados ​​se hornean a una temperatura de 1200 grados Celsius durante más de un día para darle a las tabletas una fuerza especial y resistencia a las altas temperaturas. El funcionamiento de una central nuclear depende directamente de qué tan bien se comprime y hornea el combustible de uranio.

Las tabletas se hornean en cajas de molibdeno, porque Sólo este metal es capaz de no fundirse a temperaturas "infernales" de más de mil quinientos grados. Después de esto, el combustible de uranio para las centrales nucleares se considera listo.

¿Qué son TVEL y FA?

El núcleo del reactor parece un enorme disco o tubo con agujeros en las paredes (según el tipo de reactor), 5 veces más grande que el cuerpo humano. Estos agujeros contienen combustible de uranio, cuyos átomos llevan a cabo la reacción deseada.

Es imposible simplemente arrojar combustible al reactor, bueno, a menos que quieras provocar una explosión de toda la estación y un accidente con consecuencias para un par de estados cercanos. Por lo tanto, el combustible de uranio se coloca en barras de combustible y luego se recoge en conjuntos combustibles. ¿Qué significan estas abreviaturas?

• TVEL es un elemento combustible (no confundir con el mismo nombre de la empresa rusa que los produce). Es esencialmente un tubo de circonio largo y delgado hecho de aleaciones de circonio en el que se colocan tabletas de uranio. Es en las barras de combustible donde los átomos de uranio comienzan a interactuar entre sí, liberando calor durante la reacción.

Se eligió el circonio como material para la producción de barras de combustible debido a su refractariedad y propiedades anticorrosión.

El tipo de barras de combustible depende del tipo y estructura del reactor. Como regla general, la estructura y el propósito de las barras de combustible no cambian; la longitud y el ancho del tubo pueden ser diferentes.

La máquina carga más de 200 bolitas de uranio en un tubo de circonio. En total, en el reactor funcionan simultáneamente unos 10 millones de bolitas de uranio.
FA – conjunto combustible. Los trabajadores de centrales nucleares llaman a los conjuntos combustibles haces.

Básicamente, se trata de varias barras de combustible unidas entre sí. FA es el combustible nuclear terminado, con el que funciona una central nuclear. Son los conjuntos combustibles los que se cargan en el reactor nuclear. En un reactor se colocan entre 150 y 400 elementos combustibles.
Dependiendo del reactor en el que operarán los conjuntos combustibles, estos tienen diferentes formas. A veces, los paquetes se pliegan en forma cúbica, a veces en forma cilíndrica, a veces en forma hexagonal.

Un elemento combustible durante 4 años de funcionamiento produce la misma cantidad de energía que cuando se queman 670 carros de carbón, 730 tanques de gas natural o 900 tanques cargados de petróleo.
Hoy en día, los elementos combustibles se producen principalmente en fábricas de Rusia, Francia, Estados Unidos y Japón.

Para transportar combustible para las centrales nucleares a otros países, los elementos combustibles se sellan en tubos metálicos largos y anchos, el aire se bombea fuera de los tubos y se transporta mediante máquinas especiales a bordo de aviones de carga.

El combustible nuclear para las centrales nucleares pesa prohibitivamente, porque... El uranio es uno de los metales más pesados ​​del planeta. Su gravedad específica es 2,5 veces mayor que la del acero.

Central nuclear: principio de funcionamiento

¿Cuál es el principio de funcionamiento de una central nuclear? El principio de funcionamiento de las centrales nucleares se basa en una reacción en cadena de fisión de átomos de una sustancia radiactiva: el uranio. Esta reacción ocurre en el núcleo de un reactor nuclear.

Sin entrar en las complejidades de la física nuclear, el principio de funcionamiento de una central nuclear es el siguiente:
Después de la puesta en marcha de un reactor nuclear, se retiran de las barras de combustible barras absorbentes que impiden que el uranio reaccione.

Una vez que se retiran las barras, los neutrones de uranio comienzan a interactuar entre sí.

Cuando los neutrones chocan, se produce una mini explosión a nivel atómico, se libera energía y nacen nuevos neutrones, comienza a ocurrir una reacción en cadena. Este proceso genera calor.

El calor se transfiere al refrigerante. Dependiendo del tipo de refrigerante, se convierte en vapor o gas, que hace girar la turbina.

La turbina impulsa un generador eléctrico. Es él quien realmente genera la corriente eléctrica.

Si no se controla el proceso, los neutrones de uranio pueden chocar entre sí hasta hacer explotar el reactor y hacer añicos toda la central nuclear. El proceso está controlado por sensores informáticos. Detectan un aumento de temperatura o un cambio de presión en el reactor y pueden detener automáticamente las reacciones.

¿En qué se diferencia el principio de funcionamiento de las centrales nucleares del de las centrales térmicas (centrales térmicas)?

Hay diferencias en el trabajo solo en las primeras etapas. En una central nuclear, el refrigerante recibe calor de la fisión de átomos de combustible de uranio; en una central térmica, el refrigerante recibe calor de la combustión de combustible orgánico (carbón, gas o petróleo). Después de que los átomos de uranio o el gas y el carbón han liberado calor, los esquemas de funcionamiento de las centrales nucleares y de las centrales térmicas son los mismos.

Tipos de reactores nucleares

El funcionamiento de una central nuclear depende exactamente de cómo funciona su reactor nuclear. Hoy en día existen dos tipos principales de reactores, los cuales se clasifican según el espectro de neuronas:
Un reactor de neutrones lento, también llamado reactor térmico.

Para su funcionamiento se utiliza uranio 235, que pasa por las etapas de enriquecimiento, creación de pastillas de uranio, etc. Hoy en día, la gran mayoría de los reactores utilizan neutrones lentos.
Reactor de neutrones rápidos.

Estos reactores son el futuro, porque... Trabajan con uranio-238, que en la naturaleza se encuentra a diez centavos la docena y no es necesario enriquecer este elemento. El único inconveniente de estos reactores son los altísimos costes de diseño, construcción y puesta en marcha. Hoy en día, los reactores de neutrones rápidos funcionan sólo en Rusia.

El refrigerante de los reactores de neutrones rápidos es mercurio, gas, sodio o plomo.

Los reactores de neutrones lentos, que hoy utilizan todas las centrales nucleares del mundo, también son de varios tipos.

La organización OIEA (Agencia Internacional de Energía Atómica) ha creado su propia clasificación, que se utiliza con mayor frecuencia en la industria mundial de la energía nuclear. Dado que el principio de funcionamiento de una central nuclear depende en gran medida de la elección del refrigerante y del moderador, la OIEA basó su clasificación en estas diferencias.

Desde un punto de vista químico, el óxido de deuterio es un moderador y refrigerante ideal, porque sus átomos interactúan más eficazmente con los neutrones del uranio en comparación con otras sustancias. En pocas palabras, el agua pesada realiza su tarea con pérdidas mínimas y resultados máximos. Sin embargo, su producción cuesta dinero, mientras que el agua habitual, "ligera" y familiar, es mucho más fácil de utilizar.

Algunos datos sobre los reactores nucleares...

¡Es interesante que la construcción de un reactor de central nuclear lleva al menos 3 años!
Para construir un reactor se necesita equipo que funcione con una corriente eléctrica de 210 kiloamperios, que es un millón de veces mayor que la corriente que puede matar a una persona.

Una carcasa (elemento estructural) de un reactor nuclear pesa 150 toneladas. Hay 6 de estos elementos en un reactor.

Reactor de agua a presión

Ya hemos descubierto cómo funciona una central nuclear en general; para ponerlo todo en perspectiva, veamos cómo funciona el reactor nuclear de agua a presión más popular.
Hoy en día, en todo el mundo se utilizan reactores de agua a presión de generación 3+. Se consideran los más fiables y seguros.

Todos los reactores de agua a presión del mundo, durante todos los años de funcionamiento, ya han acumulado más de 1.000 años de funcionamiento sin problemas y nunca han dado desviaciones graves.

La estructura de las centrales nucleares que utilizan reactores de agua a presión implica que entre las barras de combustible circule agua destilada calentada a 320 grados. Para evitar que entre en estado de vapor, se mantiene a una presión de 160 atmósferas. El diagrama de la central nuclear lo llama agua del circuito primario.

El agua calentada ingresa al generador de vapor y cede su calor al agua del circuito secundario, después de lo cual “regresa” nuevamente al reactor. Exteriormente, parece que los tubos de agua del primer circuito están en contacto con otros tubos: el agua del segundo circuito se transfieren calor entre sí, pero las aguas no entran en contacto. Los tubos están en contacto.

Por lo tanto, se excluye la posibilidad de que la radiación ingrese al agua del circuito secundario, que luego participará en el proceso de generación de electricidad.

Seguridad operativa de la central nuclear

Habiendo aprendido el principio de funcionamiento de las centrales nucleares, debemos comprender cómo funciona la seguridad. La construcción de centrales nucleares hoy en día requiere una mayor atención a las normas de seguridad.
Los costes de seguridad de las centrales nucleares representan aproximadamente el 40% del coste total de la propia central.

El diseño de la central nuclear incluye 4 barreras físicas que impiden la liberación de sustancias radiactivas. ¿Qué se supone que deben hacer estas barreras? En el momento adecuado, poder detener la reacción nuclear, asegurar una eliminación constante de calor del núcleo y del propio reactor y evitar la liberación de radionucleidos más allá de la contención (zona hermética).

• La primera barrera es la resistencia de las bolitas de uranio. Es importante que no sean destruidos por las altas temperaturas en un reactor nuclear. Gran parte del funcionamiento de una central nuclear depende de cómo se “cuecen” los gránulos de uranio durante la etapa inicial de fabricación. Si las pastillas de combustible de uranio no se cuecen correctamente, las reacciones de los átomos de uranio en el reactor serán impredecibles.
• La segunda barrera es la estanqueidad de las barras de combustible. Los tubos de circonio deben estar herméticamente sellados; si se rompe el sello, en el mejor de los casos el reactor se dañará y el trabajo se detendrá; en el peor, todo volará por el aire.
• La tercera barrera es una vasija de reactor de acero duradera. a, (esa misma gran torre - zona hermética) que “sostiene” todos los procesos radiactivos. Si la carcasa resulta dañada, la radiación se escapará a la atmósfera.
• La cuarta barrera son las barras de protección de emergencia. Las barras con moderadores están suspendidas sobre el núcleo mediante imanes, que pueden absorber todos los neutrones en 2 segundos y detener la reacción en cadena.

Si a pesar del diseño de una central nuclear con muchos grados de protección, no es posible enfriar el núcleo del reactor en el momento adecuado y la temperatura del combustible aumenta a 2600 grados, entonces entra en juego la última esperanza del sistema de seguridad. - la llamada trampa de fusión.

El hecho es que a esta temperatura el fondo de la vasija del reactor se derretirá y todos los restos de combustible nuclear y estructuras fundidas fluirán hacia un "vidrio" especial suspendido sobre el núcleo del reactor.

La trampa de fusión está refrigerada y es ignífuga. Está lleno del llamado "material de sacrificio", que detiene gradualmente la reacción en cadena de fisión.

Así, el diseño de una central nuclear implica varios grados de protección, que eliminan casi por completo cualquier posibilidad de accidente.