ENERG

1
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓN
2
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNOrigen de la energía
nuclear de fisión (1)

• Tiene su origen en la ruptura, por el bombardeo
  de protones, del núcleo de ciertos elementos
  pesados (Uranio, Torio, Plutonio)
• El Uranio es el único elemento presente en la
  naturaleza que puede utilizarse como material
  fisionable (en un reactor nuclear)
• El Uranio no se encuentra en la Naturaleza en
  estado puro. De hecho se conocen más de 100
  minerales portadores de Uranio, con mayor o menor
  cantidad de este metal.
• El mas destacado es la uraninita (pechblenda),
  con un contenido del 60-80 de óxido de uranio,
  seguido de la carnotita, que es un polvo amarillo
  que contiene óxidos de uranio, potasio y vanadio
• Para considerar rentable la explotación del
  uranio contenido en estas u otras sustancias
  (incluida el agua de los océanos), este contenido
  debe sobrepasar las 1.000ppm.

3
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNOrigen de la energía
nuclear de fisión (2)

• El Uranio tiene un peso atómico de 238,07 y su
  número atómico es de 92. Posee ocho isótopos, que
  van del 233 al 240, siendo los más abundantes el
  U-234, U-235 y U-238.
• Cuando el núcleo de un átomo de U-235 es
  alcanzado por un neutrón (lento o rápido) se
  rompe en dos átomos más ligeros (kriptón y bario)
  que salen desplazados a gran velocidad.
• La reacción que tiene lugar es la siguiente

4
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNOrigen de la energía
nuclear de fisión (3)

• El núcleo de U-235, además de formar dos nuevos
  átomos, libera dos o más neutrones y una intensa
  radiación ?.
• Estos neutrones liberados pueden impactar con los
  núcleos de otros átomos U-235, rompiéndolos de
  nuevo. Se produce, así, una reacción en cadena.
• Para que se mantenga la reacción en cadena hay
  que disponer de una masa crítica del elemento
  fisionable.
• Y para que la reacción no sea explosiva, ha de
  disponerse de un moderador que frene la
  velocidad de los neutrones liberados (como puede
  ser el agua ligera H2O- o pesada H2O2-)
• (En los reactores nucleares se emplean, además,
  unos absorbedores de neutrones para parar la
  reacción, o para controlar la potencia del
  reactor varillas de control)
• La energía cinética de estos fragmentos se
  transfiere (por colisión) a otros átomos (agua,
  CO2, sodio, etc.), originando un aumento de su
  temperatura (energía calorífica)

5
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNReacción de fisión
6
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNReacción de fisión (2)
Reacción de fisión controlada
7
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNReacción de fisión (3)

• En los procesos de fisión se producen
• radiaciones alfa a (con carga positiva, baja
  velocidad -20.000km/s y poco penetrantes- una
  hoja del papel las detiene)
• radiaciones beta ß (con carga negativa, alta
  velocidad -200.000km/s, medianamente penetrantes-
  una lámina delgada de acero las detiene)
• radiaciones gamma ? (similares a los rayos X,
  de muy alta velocidad -300.000Km/s, muy
  penetrantes, sólo las detienen gruesos paneles de
  plomo)

8
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNPotencial energético
del uranio

• 1 Tn U235 10.000 Tn petróleo
• 1 Tn U235 20.000 Tn carbón
• Para producir 1 GWh/año se precisan 30 Tn U235

9
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNFormas de
aprovechamiento del uranio

• La forma de aprovechamiento de esta energía es,
  exclusivamente, la producción de calor (energía
  calorífica), elevando la temperatura de una
  sustancia (agua, CO2, sodio) hasta convertirla en
  vapor o gas a alta presión y mover con esta una
  turbina, convirtiéndola en energía mecánica, y
  finalmente en energía eléctrica.

10
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNReservas de uranio

• Con independencia de las costes de extracción,
  las mayores reservas de uranio natural se
  encuentran en Australia (716103 Tn), seguida de
  Kazakhtan (598103 Tn), Suráfrica, Namibia,
  Brasil, Estados Unidos (355103 Tn), Canada
  (326,4103 Tn), Sudáfrica (222,8103 Tn), etc.
• Destacan, en todo caso, la escasez de reservas de
  la Unión Europea, que en conjunto no superan las
  80103 Tn, así como los escasos recursos de Japón
  (menos de 6,6103 Tn)
• Dentro de la Unión Europea, las reservas son
  27103 Tn en Dinamarca, 14,4103 Tn en Francia,
  7,47103 Tn en Portugal, 6,72103 Tn en España,
  4,0103 Tn en Suecia, etc.

11
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNProducción de uranio

• En el año 2.002, la producción de Uranio ascendió
  a 37.449 Tn, siendo el primer productor Canadá,
  con 13.115 Tn, seguida de Australia con 7.730 Tn,
  Rusia con 3.050 Tn, Níger con 2.920 Tn, Namibia
  con 2.240 Tn, Kazakhstan con 2.200 Tn, Uzbekistán
  con 2.000 Tn, Ucrania con 1.000 Tn, Sudáfrica con
  885 Tn, Estados Unidos con 730 Tn, China con 654
  Tn y Chequia con 400 Tn (resto de países, 525 Tn)

12
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNDuración prevista del
uranio

• Al ritmo de producción actual, el uranio de bajo
  precio (lt40/kg) tendría una duración de 27,8
  años y el total de reservas 79 años

13
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNEvolución del consumo
de uranio
14
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNDuración prevista del
uranio

• Existen serias expectativas de un aumento
  considerable de la energía nuclear en el mundo,
  por lo que la Agencia de Energía Nuclear (NEA),
  en URANIUM, 2.001, confeccionó un estudio de
  necesidades, en el cual se preveía un consumo
  total de uranio
• en el año 2.005 de 65.923 Tn,
• una banda entre 64.918 Tn/año y 71.789 Tn/año en
  2.010,
• otra entre 58.036 Tn/año y 72.540 Tn/año en 2.015
  
• y finalmente, entre 58.010 Tn/año y 80.249 Tn/año
  en el 2.020

15
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNEl proceso productivo
del uranio (1)
16
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNEl proceso productivo
del uranio (2)

• El primer paso de todo este largo proceso es la
  extracción del mineral bruto que contiene uranio,
  bien a cielo abierto, bien del interior de la
  Tierra. En ambos casos se emplean los sistemas
  tradicionales de laboreo de minas con la única
  diferencia de ciertas precauciones sanitarias
  para los trabajadores.
• El segundo paso consiste en concentrar el mineral
  de uranio, separando la ganga de la mena. Por
  razones económicas (ahorro de transporte) suele
  hacerse a pie de mina, y como resultado se
  obtiene un polvo amarillento rico en óxidos de
  uranio.(Normalmente se precisan tratar 1.000kg
  de mineral para obtener 1kg de óxido de uranio)

17
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNEl proceso productivo
del uranio (3)

• El tercer paso es la purificación del óxido, para
  extraer las impurezas que contiene y no pudieron
  ser separadas en el proceso anterior. Además,
  el óxido de uranio se somete a una serie de
  procesos para obtener el material adecuado para
  su utilización como combustible en el
  reactor.El más importante de todos ellos es el
  enriquecimiento que consiste en aumentar la
  concentración del isótopo U-235 del uranio (este
  proceso se realiza dependiendo del tipo de
  reactor puesto que hay algunos que utilizan
  uranio natural, sin enriquecer)

18
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNEl proceso productivo
del uranio (4)

• El cuarto paso es la fabricación de los elementos
  combustibles, que normalmente son pastillas
  cilíndricas, de 1 cm de diámetro y 1 cm de
  altura, obtenidas sometiendo a presión el polvo
  de uranio (denominado bricación)(La energía
  que puede ceder una pastilla equivale al consumo
  de una vivienda durante todo un año)Las
  pastillas de uranio se introducen en tubos
  (normalmente de acero o circonio), cada uno de
  los cuales puede contener hasta 200 pastillas)A
  su vez, varios tubos se unen entre sí, formando
  lo que se denomina elemento combustible.(El
  cual tiene todos los elementos mecánicos precisos
  para colocarlo en el reactor)

19
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNEl proceso productivo
del uranio (5)

• El quinto paso es la colocación de los elementos
  combustibles en el reactor y aquí se dan dos
  diferencias esenciales existen reactores que
  precisan ser parados para colocar un nuevo grupo
  de elementos combustibles (recarga del reactor) y
  otros en que esta separación puede hacerse en
  marcha.En ambos casos, los reactores llevan
  complejos mecanismos para realizar todas estas
  operaciones.
• El sexto paso lo constituye el propio proceso de
  fisión, dentro del reactor, y la transferencia de
  la energía liberada a la sustancia
  intercambiadora, proceso que será tratado en
  detalle en otro punto.

20
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNEl proceso productivo
del uranio (6)

• El séptimo paso es la retirada del material una
  vez utilizado, lo que ocurre normalmente en un
  plazo de tres años.Este material es altamente
  radioactivo, y contiene aún una cierta cantidad
  del material original (U-235), Plutonio y los
  demás materiales productos de la fisión.Este
  proceso también se efectúa mediante los
  mecanismos apropiados colocados en cada reactor,
  y se someten primero a un proceso de separación
  en la misma central y posteriormente, a su
  reprocesado y/o almacenamiento.

21
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNEquipos y sistemas
empleados en la explotación (1)

• Central nuclear

22
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNEquipos y sistemas
empleados (2) Reactor

• El reactor de una central nuclear está formado
  por las barras de material fisionable, los
  componentes moderadores de la reacción, la
  sustancia a la que se transfiere el calor, los
  sistemas mecánicos (para el control del reactor,
  carga y descarga) y la coraza o blindaje del
  conjunto

23
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNEquipos y sistemas
empleados (3) Reactor

• Atendiendo al tipo de sustancia a la que se
  transmite el calor, los reactores pueden ser de
  agua ligera (H2O), de agua pesada (óxido de D2O
  deuterio), de gas (CO2) y de sodio fundido.
• A su vez, los reactores de agua ligera pueden ser
  de agua en ebullición y de agua a presión,
  según que el agua hierva o no en el interior del
  reactor.
• Atendiendo a donde se produce el vapor, los
  reactores pueden ser de ciclo directo (el vapor
  se produce en el interior del propio reactor) y
  de ciclo indirecto (el vapor se produce en un
  intercambiador de calor exterior al reactor,
  conocido como generador de vapor)
• Según el tipo de material fisionable empleado,
  los reactores pueden ser uranio natural (óxidos
  de uranio enriquecidos al 3 con U-235), uranio
  enriquecido y de plutonio (en realidad, una
  mezcla de U-235 y Pt)

24
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNEquipos y sistemas
empleados (4) Reactor

• Todos los reactores llevan un elemento para
  controlar la reacción en cadena, denominado
  moderador, y otros para controlar la potencia,
  denominados varillas de control.
• En algunos el moderador es simplemente el agua
  que se calienta (o evapora). En otros es el agua
  pesada y en algunos, el moderador son barras de
  grafito (fuertemente absorbedores de los
  neutrones liberados).
• Para el control de la potencia del reactor, y
  producir las paradas y los arranques, se disponen
  de varillas de grafito, de manera que
  introduciendo más o menos las barras de grafito
  entre las barras fisionables, la reacción en
  cadena puede ser controlada.

25
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNEquipos y sistemas
empleados (5) Reactor

• El núcleo del reactor está compuesto por las
  barras fisionables, el moderador, las varillas de
  control y parte de los sistemas de accionamiento
  de estas y los sistemas de carga y descarga.
  Todos estos componentes se encuentran encerrados
  en una carcaza de acero. (Vasija del reactor)
• A su vez, el núcleo, los elementos mecánicos de
  control (varillas), de carga y descarga de barras
  de material fisionable, bombas de refrigerantes,
  etc., se encuentran contenidos en la cámara del
  reactor, construida también de acero soldado y
  recubierta de una gruesa capa de hormigón armado,
  que actúa como un último blindaje contra la fuga
  de radiaciones.
• (Las paredes de acero tienen un espesor de 2,5cm
  y las de hormigón armado un espesor de 3m)

26
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNReactor de agua a
presión PWR (1)

• Son conocidos internacionalmente como reactores
  PWR (Presion Water Reactor), siendo los más
  comunes.
• Utilizan uranio natural (óxido de uranio)
  enriquecido en U-235 (al 3), colocados en barras
  recubiertas con circonio (más caro que el acero,
  pero menos absorbedores de los neutrones que
  este)
• Tanto el moderador como el refrigerante es agua
  ligera, utilizándose las varillas de grafito sólo
  para controlar la potencia del reactor y para
  provocar su parada.
• Para el reabastecimiento de combustible ha de ser
  parado.

27
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNReactor de agua a
presión PWR (2)

• En este reactor el agua se encuentra a una
  presión de 160 bares, y a pesar de que se eleva
  su temperatura por encima de los 100ºC, no
  hierve.
• El agua caliente se lleva a un intercambiador
  agua-agua, donde el agua a presión (primario del
  intercambiador) se enfría, mientras que el agua
  del secundario se calienta y convierte en vapor,
  que es el que mueve la turbina.
• El intercambiador se aloja normalmente en el
  interior de la cúpula del reactor.

28
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNReactor de agua a
presión PWR (3)
29
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNReactor de agua en
ebullición BWR (1)

• También conocidas como BWR (Boiler Water Reactor)
  son los más parecidos a las centrales de carbón,
  pero su uso no está muy extendido.
• En estos reactores el agua ligera es el elemento
  moderador y a su vez el que se calienta por la
  fisión del uranio. La baja presión en la cámara
  del reactor hace que el agua hierva,
  convirtiéndose en vapor, el cual se envía
  directamente a la turbina. La alimentación
  continua de agua fría actúa como refrigerante del
  reactor, impidiendo que se alcancen temperaturas
  elevadas en su interior.
• El tipo de combustible y los sistemas de control
  son idénticos a los BWR.
• Su diferencia esencial es que pueden ser
  recargados sin necesidad de parar el reactor.

30
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNReactor de agua pesada
BWR (2)
31
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNReactor de agua en
ebullición CANDU (1)

• Conocidos comercialmente como reactores CANDU,
  son conceptualmente iguales a los de agua ligera,
  sólo que emplean como elemento moderador, y de
  transferencia de calor, el agua pesada (óxido de
  deuterio, isótopo del hidrógeno y más pesado que
  este)
• El interés de usar el deuterio reside en su bajo
  índice de absorción de los neutrones, pero el
  reactor es más complejo que los de agua ligera,
  de ahí que no sean muy usados en la práctica.

32
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNReactor de agua en
ebullición CANDU (1)
33
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNReactor refrigerados
por gas - AGR (1)

• Este tipo de reactores carecen de sustancias en
  estado líquido en su interior, y por tanto, de
  bombas y otros mecanismos.
• El combustible es uranio natural (sin enriquecer)
  y el moderador es grafito (en barras)
• El refrigerante es anhídrido carbónico (CO2),
  introducido en el reactor con un soplante, y que
  circula por canalizaciones practicadas en el
  interior de las barras de grafito.
• El CO2 recalentado forma el primario de un
  intercambiador gas-agua.
• El agua que se hace pasar por el secundario se
  calienta y evapora, pasando a mover la turbina.
• Los reactores comerciales de este tipo se
  denominan AGR (Advanced Gas Reactor) y utiliza
  cápsulas de uranio enriquecido introducidas en
  tubos de acero inoxidable.
• La cámara de presión (160 bares), que actúa
  también como blindaje frente a la radiación, es
  de hormigón pretensado de 5m de espesor.
• Este tipo de reactores pueden ser recargados en
  marcha.

34
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNReactor refrigerados
por gas - AGR (2)
35
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNFuncionamiento de los
reactores de fisión (1)

• Para iniciar la reacción en cadena, todos los
  reactores necesitan instalar una masa crítica de
  combustible (que es menor que la masa total a
  instalar)
• Una vez que se tiene la masa crítica, se
  comienza a producir energía, no de una forma
  constante, sino acelerada.
• En ese momento es preciso colocar varillas de
  control (de cadmio, boro, hafnio, etc.) que
  absorban los neutrones y frenen la reacción en
  cadena, manteniendo el reactor en estado
  subcrítico.
• De esta forma, introduciendo combustible y
  varillas de control (muy próximas a este) se
  carga completamente el reactor.

36
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNFuncionamiento de los
reactores de fisión (2)

• Luego, al ir retirando las varillas de control,
  el reactor entra en estado supercrítico y la
  reacción en cadena tiene lugar. Introduciendo más
  o menos las varillas de control se consigue
  mantener un reactor a potencia constante.
• A medida que el material fisionable se va
  gastando, se van retirando las varillas para
  reducir el número de neutrones absorbidos por
  ellas, hasta que llega un momento en es imposible
  retirar más las varillas.
• En este momento, el reactor entraría en estado
  subcrítico y la reacción en cadena se pararía.
• Para evitarlo, se procede a una nueva recarga.

37
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNFuncionamiento de los
reactores de fisión (3)

• La regulación de potencia en los reactores
  nucleares implica una variación coordinada y
  controlada de tres variables el flujo de
  neutrones, el flujo del refrigerante (agua o gas)
  y el flujo de vapor.
• El primero se consigue actuando sobre las
  varillas de control, el segundo sobre las bombas
  y sopladores y el tercero sobre las
  correspondientes válvulas de vapor.
• Normalmente, todas estas operaciones en donde
  intervienen mecanismos (mecánicos y eléctricos)
  de diversa índole se realizan de manera
  automática, aunque también pueden realizarse de
  forma manual.
• Los procesos de parada, recarga y puesta en
  potencia se realizan de forma manual, siguiendo
  unos procedimientos muy estrictos.
• En un reactor normal, para pasar de una potencia
  del 100 a otra del 33, se precisan entre 30 y
  45 minutos.

38
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNCentral nuclear típica
(1)

• Una central nuclear típica de 1.000 MW consume 75
  kg de combustible cada día (100 kg/día a plena
  carga), lo que hace un total de 27,2 Tn al año
  (la carga de 3 ó 4 camiones)
• Ocupa una superficie de 200 Ha.
• Genera 3,75 m3 de residuos de alta actividad y
  500 m3 de baja y media actividad.

39
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNCentral nuclear típica
(2)
40
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNProducción de residuos
e impactos (1)

• Producción de residuos e impactos
  medioambientales en la explotación de la energía
  nuclear de fisión

41
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNProducción de residuos
e impactos (2)

• Cuantitativamente, 1GWh producido en una central
  nuclear produce 20Tn de residuos sólidos con
  diferentes niveles de radiactividad (plutonio 5,
  uranio 94 y otros), residuos gaseosos lanzados
  al aire (pequeñas cantidades de yodo, tritio,
  etc.) e incluso, posibles fugas de agua de
  refrigeración de las centrales.
• Los residuos de baja y media actividad tienen un
  período de decaimiento (decrecimiento del nivel
  de radioactividad hasta considerarlos exentos, no
  peligrosos) de 200 a 300 años, mientras que lo de
  alta actividad (plutonio, por ejemplo) tienen un
  período de decaimiento superior a los 100.000
  años.

42
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNProducción de residuos
e impactos (3)

• Antigua solución para eliminar los residuos,
  prohibida hoy

43
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNProducción de residuos
e impactos (4)

• En la actualidad, los residuos de baja y media
  actividad se compactan y solidifican con
  hormigón, tras lo cual se introducen en bidones
  de 200 litros.
• Estos bidones son transportados a grandes
  depósitos al aire libre, que se cubren con
  tierra, y donde deben permanecer entre 200 y 300
  años hasta considerarlos exentos.

44
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNProducción de residuos
e impactos (5)

• Los residuos de alta actividad requieren tres
  fases para su eliminación (en realidad, su
  eliminación es imposible, se trata, mas bien, de
  colocarlos en un lugar donde no representen un
  peligro)
• La primera fase es la de decaimiento, donde su
  nivel de radiactividad y temperatura desciende
  hasta el punto de poder ser manipulados
  (transportados). Se efectúa (por ahora)
  sumergiéndolos en piscinas (refrigeradas o no), a
  pie de central, por un período de 10 a 15 años.
• La segunda fase es el almacenamiento intermedio,
  en piscinas refrigeradas y blindadas o en
  contenedores especialmente diseñados que
  garanticen una alta protección contra las
  radiaciones y una correcta refrigeración por
  medio de una circulación natural del aire (esta
  segunda opción es la más aplicada actualmente,
  con los depósitos en las proximidades de las
  centrales)El período de estancia, bajo estricta
  vigilancia, de estos residuos es de 40 a 70 años.
• La tercera fase es el almacenamiento definitivo,
  donde se produzca su total enfriamiento y
  descienda su actividad a límites tolerables. El
  período de tiempo para que esto ocurra es de
  20.000 a 100.000 años, dependiendo de si el
  material es uranio o plutonio.

45
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNProducción de residuos
e impactos (6)

• El almacenamiento ideal para los residuos de alta
  actividad sería en cavernas subterráneas
  profundas, situadas en estructuras geológicas
  estables, libres de cualquier posibilidad de
  intrusión acuosa (perfectamente estancas), y con
  posibilidad de eliminación del calor y libre de
  actos vandálicos (fácilmente vigilables)
• Todas estas condiciones han dificultado hasta el
  momento actual la disponibilidad de
  almacenamientos para estos residuos, habiéndose
  seleccionado la zona de Yuca Mountain, en Estados
  Unidos (roca volcánica) y la mina de sal de
  Gorleben, en Alemania. En Francia se continúan
  analizando (en laboratorios subterráneos) la
  posibilidad de almacenamiento en minas de sal,
  cavernas de granito y lechos de arcilla, pero aún
  no se han decidido ningún emplazamiento.

46
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNProducción de residuos
e impactos (7)

• Simulación de un almacén de residuos de alta
  actividad

47
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNProducción de residuos
e impactos (8)

• Otra posibilidad de tratamiento de los residuos
  se encuentra en el procesamiento del mismo en
  ciclo cerrado, consistente en reprocesar el
  uranio no generado y el plutonio, para
  convertirlos en un combustible mixto, denominado
  MOX, que puede ser utilizado en nuevas centrales.
• Los residuos no utilizables de este
  reprocesamiento requieren un nivel de
  almacenamiento similar a los de alta actividad,
  pero son menos voluminosos.

48
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNTransporte de los
residuos nucleares (1)

• Otra fuente potencialmente peligrosa de
  contaminación radiactiva se encuentra en el
  transporte de estos materiales, tanto por tierra
  como por mar.
• Los residuos radioactivos hay que transportarlos
  en pequeñas cantidades (para evitar la masa
  crítica que origina la reacción en cadena),
  mezclados con absorbentes neutrónicos, con
  fuertes blindajes de plomo y con diseños y
  elementos específicos para la disipación del
  calor, lo cual convierte a estos recipientes en
  caros y escasos.

49
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNTransporte de los
residuos nucleares (1)

• Bidones de transporte de residuos de uranio de
  media y baja actividad

Transporte de material de uranio por ferrocarril
50
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNDesmantelamiento de la
Central Nuclear (1)

• Finalmente, la otra gran fuente de contaminación,
  y quizás de las más importantes, se tiene en la
  eliminación de la propia central cuando esta
  alcance su vida útil.
• La gran cantidad de problemas que supone el
  desmantelamiento de una central nuclear aún no
  están resueltos (trabajándose en estos momentos
  en los procedimientos y normativas que deben
  seguirse para este fin)
• (En los próximos 15 años habrán de desmantelarse
  cerca de 300 centrales nucleares en todo el mundo)

51
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNDesmantelamiento de la
Central Nuclear (2)

• Estos procedimientos para el desmantelamiento de
  centrales nucleares actualmente en estudio
  comprenden tres etapas o niveles
• El nivel 1 se refieres a la parada y clausura de
  la planta, y la extracción del combustible
  residual de la misma.
• El nivel 2 se refiere a la eliminación de los
  elementos radioactivos exteriores al edifico del
  reactor.
• El nivel 3 se refiere a la demolición de todas
  las estructuras, su retirada segura y al uso sin
  restricciones del emplazamiento.
• Por último, también puede considerarse como
  impactos negativos el calentamiento de las aguas
  de refrigeración (especialmente perjudicial si se
  trata de ríos) y la contaminación térmica
  (calentamiento del agua circundante)

52
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNEl circuito del Uranio
(1)
53
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNEl circuito del Uranio
(2)
54
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNVentajas de la Energía
Nuclear

• Las centrales nucleares de fisión presentan
  impactos positivos entre los que cabe mencionar
• Nula contribución al efecto invernadero y la
  lluvia ácida.
• Constituir una fuente energética vital para
  mantener la calidad de vida de los países más
  desarrollados.
• Alargar la vida de los combustibles fósiles.

55
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNEvolución previsible de
los equipos y sistemas (1)
56
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓN Evolución previsible
de los equipos y sistemas (2)

• EXTENSIÓN DE LA VIDA ÚTIL
• Normalmente, en la fase de diseño de la central
  se establecen los requisitos aplicables a los
  distintos sistemas y estructuras para mantener su
  capacidad funcional durante 40 años bajo
  determinadas hipótesis de funcionamiento.
• Sin embargo, la constatación de que los criterios
  de diseño son muy conservadores, ha llevado a
  establecer programas de extensión de vida que
  tienen como objetivo prolongar la operación de la
  central si es posible hasta los 60 años.

57
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNEvolución previsible de
los equipos y sistemas (3)

• AUMENTO DE POTENCIA (REPOTENCIACIÓN)Un aumento
  de potencia implica actuaciones en tres áreas la
  optimización del ciclo termodinámico del circuito
  secundario, la mejora del rendimiento térmico de
  los equipos más significativos, y el aumento de
  la potencia térmica generada en el combustible
  (potencia nominal)
• La primera de las áreas consiste en modelizar el
  ciclo termodinámico e introducir pequeñas
  modificaciones en los posicionamientos de
  válvulas de control, pérdidas en tuberías y
  equipos, variaciones de caudal, etc.
• La mejora del rendimiento térmico se consigue
  introduciendo modificaciones de diseño tales como
  cambio de materiales, modificaciones de toberas y
  álabes en las turbinas, incremento de superficie
  de intercambio, incremento de presión de
  operación, etc.
• El incremento de la potencia nominal del reactor
  y por tanto la transferencia al secundario de la
  mayor potencia térmica generada en el núcleo es
  una solución viable tanto en PWRs como en BWRs.

58
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNEvolución previsible de
los equipos y sistemas (4)

• ESTANDARIZACIÓN
• Esta es una de las principales líneas de
  desarrollo de las nuevas centrales nucleares,
  pues entienden los fabricantes que es la mejor
  vía para conseguir centrales nucleares seguras,
  fiables y económicas.
• La estandarización lleva a construir centrales
  con idéntica ingeniería básica y de detalle y
  seguir procedimientos constructivos normalizados
  de la planta, los equipos y los componentes.
• Ello llevaría a la construcción de centrales
  nucleares llave en mano, a cargo de consorcios
  empresariales muy especializados y con extensa
  experiencia, que también se encargarían de su
  explotación y mantenimiento.

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ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNEvolución previsible de
los equipos y sistemas (5)

• REACTORES AVANZADOS
• La investigación y el desarrollo de los nuevos
  reactores (reactores avanzados) se mueve en dos
  direcciones
• El desarrollo de reactores evolucionados y el
  desarrollo de reactores pasivos.
• Los reactores evolucionados derivan de los
  actuales, fuertemente optimizados para cumplir
  las normas de la Utility Requeriments Documents
  (URD) y de la European Utility Requirements
  (EUR), y se mueven en una gama de potencias entre
  los 1.000 y los 1.500 MWe.

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ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNEvolución previsible de
los equipos y sistemas (6)

• REACTORES AVANZADOS (PASIVOS)
• Los reactores pasivos responden a un nuevo
  concepto de seguridad, cuya característica
  principal es que la refrigeración del núcleo en
  caso de emergencia se produce por la circulación
  natural del refrigerante, sin que tengan que
  actuar partes móviles, como bombas, válvulas,
  etc., (en realidad, se trata de grandes depósitos
  de refrigerante agua- en altura, que en caso de
  fallos producen la inundación del reactor).
• La gama de potencia de estos rectores va desde
  los 400 a los 1200 MWe.
• Hasta el momento no se ha construido ningún
  reactor avanzado, aún cuando están proyectados en
  todos sus detalles, se han certificado y
  existen las ingenierías listas para su
  construcción y operación.

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ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNEvolución previsible de
los equipos y sistemas (7)

• REACTORES RÁPIDOS (1)
• Conocidos también Reactores Reproductores Rápidos
  (RRR Rapyd Reproductor Reactor), su
  característica principal es que carecen de
  moderador, de manera que la mayoría de las
  fisiones se producen por neutrones rápidos (no
  frenados)
• El núcleo de un reactor rápido está formado por
  una zona fisionable que contiene una mezcla de
  óxido de uranio (U-235) y plutonio (Pt-239) y una
  zona fértil, que rodea a la anterior, y en la
  cual el uranio U-238 se transforma en plutonio
  Pt-239.
• En estos reactores se produce una aparente
  paradoja, ya que producen más combustible del
  que se consumen (al tramutarse el combustible
  original, U-238, en un nuevo combustible,
  Pt-239 (normalmente habrían de pasar 10 años para
  que el plutonio generado sea suficiente para la
  recarga del reactor)

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ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNEvolución previsible de
los equipos y sistemas (8)

• REACTORES RÁPIDOS (2)
• Esto permite multiplicar por 50 la cantidad de
  energía que puede extraerse del uranio en una
  central convencional, lo que supone que las
  actuales reservas de uranio, cifradas en un 60
  de las de petróleo y gas, pasarían a triplicarse.
• Para la moderación de los neutrones se usa el
  sodio fundido, y también como medio de evacuar el
  calor producido en el reactor. Este sodio, el ser
  directamente irradiado, es muy radiactivo.
• Por ello se utiliza un intercambiador de calor
  sodio-sodio, de manera que el sodio del
  secundario se encuentra menos irradiado. Un
  intercambiador posterior sodio-agua transfiere el
  calor del sodio al agua, produciendo la
  evaporación de ésta, enviándose finalmente este
  vapor a la turbina.

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ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNEvolución previsible de
los equipos y sistemas (9)

• REACTORES RÁPIDOS (3)
• Al contrario que los reactores avanzados, que no
  han sido construidos aún, la experimentación con
  reactores rápidos data de los años 1962 en
  Francia y 1969 en Japón.
• El primer reactor experimental se denominó
  Phoenix, tenía 133MWe y se construyó en Francia
  en 1974.
• Como resultado de los numerosos experimentos se
  construyó el Superphoenix, de 1.200MWe, con
  participación de Francia, Italia y Alemania. En
  1985 fue conectado a la red, pero hubo de pararse
  de inmediato y nunca más volvió a arrancarse.
• En la actualidad se están evaluando los
  requisitos que habrán de cumplir los futuros
  reactores rápidos (incluyendo las criticidades de
  operación y los problemas de eliminación de los
  residuos de plutonio), pero no es previsible que
  su uso se extienda, a nivel comercial, en un
  futuro próximo.

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ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNEvolución previsible de
los equipos y sistemas (10)

• REACTORES RÁPIDOS (4)

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ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNPerspectivas para la
corrección de los impactos (1)

• Investigaciones recientes se centran en el
  procedimiento conocido por incineración de los
  residuos radiactivos de alta actividad.
• Este proceso consiste en acelerar la
  desintegración de los productos de fisión de
  larga vida, hasta convertirlos en residuos de
  baja y media actividad.
• Esta transmutación puede conseguirse bombardeando
  los átomos de plutonio con partículas de alta
  energía (neutrones o protones)
• Para conseguir la alta energía que se precisa se
  emplean aceleradores de partículas (protones) las
  cuales, aceleradas en un estrecho haz, se lanzan
  sobre el blanco de espalación (conformado por
  plutonio)
• En este proceso de espalación se producen
  neutrones, los cuales pueden fisionar nuevos
  núcleos de plutonio y transmutarlos en otros de
  menor actividad (Uranio)

66
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNPerspectivas para la
corrección de los impactos (2)

• (Estos neutrones, convenientemente moderados,
  pueden producir energía como en una planta
  convencional. Además la transmutación del
  plutonio en uranio fisionable hace que este
  proceso tenga la misma capacidad reproductora
  que los reactores rápidos. Estos reactores serían
  muy seguros, puesto que podrían operar en régimen
  subcrítico, de manera que se pararían rápidamente
  tan pronto cesara el haz de protones acelerados)
• El calor de fisión en el núcleo del amplificador
  es transportado por un refrigerante metálico
  plomo fundido- en circulación natural, a unos
  cambiadores de calor. Desde estos cambiadores, y
  a través de un circuito cerrado intermedio que
  utiliza plomo-bismuto vaporizado, el calor se
  transporta hasta unos generadores de vapor
  exteriores al recinto de contención, en donde se
  produce vapor que alimenta un ciclo térmico
  convencional.

67
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNPerspectivas para la
corrección de los impactos (3)
68
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNPerspectivas para la
corrección de los impactos (4)

• Teóricamente este reactor tiene importantes
  ventajas. La primera, evidente, eliminar residuos
  de larga vida media y aprovechar más el
  combustible de los reactores actuales. Además, se
  trata de un reactor con seguridad intrínseca al
  operar en configuración subcrítica que permite
  interrumpir la reacción cuando el haz procedente
  del acelerador cesa.
• Sin embargo, junto con estas ventajas, como en
  todo desarrollo de carácter industrial, existen
  aspectos tecnológicos nuevos, los cuales
  requieren una investigación paralela
  considerable. Por ejemplo la ventana de
  acoplamiento del acelerador a la vasija del
  reactor el tratamiento selectivo de los residuos
  con diferente actividad producidos durante todo
  el proceso de espalación e incineración el
  sistema de líquido de refrigeración, etc. para
  cuyos problemas no existen tecnologías
  suficientemente probadas.

69
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNImplantación de la
tecnología en el mercado (1)

• SITUACIÓN ACTUAL Y PERSPECTIVAS
• En este momento hay instalados en todo el mundo
  441 reactores, con una potencia de 380.261 MW
  (104 en USA, 59 en Francia, 54 en Japón, 31 en
  Reino Unido, 30 en Rusia, 19 en Alemania, etc. En
  España hay 9, con una potencia de 7.574 MW)
• Se encuentran en construcción 33 nuevos
  reactores, con una potencia de 27.112 MW. (La
  mayor cantidad se encuentra en India, con 8,
  seguido de China con 4, Japón y Rusia con 3)
• La mayoría de los reactores en funcionamiento
  tienen una antigüedad comprendida entre 16 y 30
  años, aunque aún están operativos dos pequeños
  reactores (50 MW) de 47 años.

70
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNImplantación de la
tecnología en el mercado (2)

• SITUACIÓN ACTUAL Y PERSPECTIVAS (2)
• De cara al futuro la opinión más extendida (en el
  contexto del suministro energético global) es que
  la energía nuclear debe tomar el relevo del gas
  natural (y petróleo) en Occidente, de una forma
  gradual, en un plazo no superior a 20 años.
• En esta tesitura, tanto Estados Unidos como la
  Unión Europea y Japón, mantienen programas para
  el mantenimiento y el relanzamiento de la opción
  nuclear como fuente energética del futuro (a
  pesar del parón nuclear en USA y la UE, no en
  Japón y otros países menos desarrollados)
• Esta posición se basa en la mayor seguridad de
  aprovisionamiento de esta fuente energética, la
  necesidad de reducir las emisiones de CO2, NOx y
  SOx (efecto invernadero y lluvia ácida), el
  mantenimiento del know-how adquirido y de puestos
  de trabajo de muy alta cualificación, etc.

71
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNImplantación de la
tecnología en el mercado (3)

• SITUACIÓN ACTUAL Y PERSPECTIVAS (3)
• Como consecuencia de esta posición, se han
  formado consorcios de empresas en USA y UE que
  tienen desarrollados proyectos completos de
  centrales nucleares de nueva generación
  (estandarizadas y reactores avanzados), con el
  personal humano de fabricación, montaje y
  operación entrenado e incluso certificadas por
  los organismos de control.
• (En Europa, la EUA European Utility
  Requirements, y en USA la URD, de manera que tan
  pronto se de vía libre, las centrales podrán
  instalarse)

72
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓNLos costes de la
energía nuclear

• Para los defensores de la energía nuclear, ésta
  es la fuente más barata, estimando en 0,012 el
  coste del KWh de energía eléctrica producida (el
  más bajo de todas las energías), correspondiendo
  0,0038 a operación y mantenimiento y 0,0092
  a combustible.
• Obviamente, en estos costes no se incluyen los
  costes externos, como son
• Investigación y Desarrollo (que suponen grandes
  cantidades que los estados destinan a este fin y
  no se imputan en el coste del KWh),
• seguridad (planes de emergencia y evacuación,
  vigilancia, etc.),
• posibles accidentes (contaminación radiactiva y
  enfermedades) y
• desmontaje de las centrales (que algunos valoran
  en una cantidad de euros mayor que la
  construcción de la propia central)
• Si todos estos costes se incluyesen, el coste de
  la energía nuclear podría ser más elevado que
  cualquier otra.