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8/18/2019 EE315-1502-GR02-NUCL-INFOR-151016.docx

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

CENTRALES NUCLEARES

PRESENTADO POR:

FALCON ASTUHUAYHUA SIXTOCESAR 20090106B

GUZMAN LIZARME KARL NIGGE 2008091F

OYARCE INFANTE !OSE DANIEL 2009008"H

PILCO PA!UELO GUSTAVO 200921G

RENGIFO TANTARUNA IVAN ANTONIO 2009029B

LIMA # PER$

201%


2/102

RESUMEN

Este trabajo trata de explicar…

2


3/102

Índice

Lista de Figuras .........................................................................................................................

Lista de Ta!"as ..........................................................................................................................i

Lista de A!reiaturas ..............................................................................................................ii

CA#ÍTUL$ % Intr&ducci'n ......................................................................................................%

1.1. Antecedentes ....................................................................................................1

1.2. Objetivos ..........................................................................................................1

1.3. Justificación ....................................................................................................1

1.4. Estructura del Presente Trabajo......................................................................2

CA#ÍTUL$ ( Energ)a Nuc"ear.................................................................................................*

2.1.

Introducción .....................................................................................................3

2.2. Resea !istorica .............................................................................................32.2.1. Descubrimiento de la Radioactividad.....................................................................62.2.2. Descubrimiento de las Partículas Subatómicas.......................................................62.2.. Desarrollo de la Física Cuántica..................................................................62.2.!. Primeras aplicaciones de la Energía Nuclear.........................................6

2.3. "inerales Radioactivos ...................................................................................32..1. Radioactividad...................................................................................................62..2. Clases y Componentes de la Radiación ..................................................62... Medición de la Radioactividad.....................................................................62..!. Minerales Radioactivos...................................................................................6

2.4. #isión $uclear .................................................................................................42.!.1. Mecanismo..........................................................................................................6

2.!.2. Reacción en cadena........................................................................................62.!.. Masa Crítica........................................................................................................62.!.!. Moderadores......................................................................................................6

2.%. #usión $uclear ................................................................................................42.".1. Mecanismo..........................................................................................................62.".2. Ventajas Desventajas...................................................................................62.".. Futuro de la !usión nuclear...........................................................................6

2.&. A'licaciones del (ranio ..................................................................................42.6.1. "rigen...................................................................................................................62.6.2. Características..................................................................................................62.6.. Reservas..............................................................................................................6

2.6.!. #plicaciones.......................................................................................................62.6.". E$posición y E!ectos........................................................................................6


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CA#ÍTUL$ * Centra"es Nuc"eares ..........................................................................................+

3.1. Introducción.....................................................................................................&

3.2. )entrales T*r+icas $ucleares.........................................................................& .2.1. Es#uema $eneral....................................................................................................6.2.2. %iclo Ran&ine ........................................................................................................6.2.. Es#uema del ciclo ..................................................................................................6.2.!. %ipos de Reactores...........................................................................................6.2.". Dispositivo de contención ......................................................................................6.2.6. %ondensador ..........................................................................................................6.2.'. (an#ues de )*ua ....................................................................................................6.2.+. ,omba ...................................................................................................................6.2.-. /lvulas .................................................................................................................6.2.10. (orre de Reri*eración ...........................................................................................6.2.11. (urbina de apor ....................................................................................................6

.2.12. $enerador ..............................................................................................................63.3. )o+bustible $uclear........................................................................................&

3 .4. Red El*ctrica de la )entral ............................................................................., .!.1 Sistema Elctrico )uxiliar .....................................................................................6.!.2 Subestación de la %entral .......................................................................................6.!. %onexión de la central a la Red Elctrica ...............................................................6

3.%. -iste+as Auiliares..........................................................................................& .".1. Sistema de Reri*eración .......................................................................................6.".2. Planta de (ratamiento de )*ua ..............................................................................6.".. Sistemas %ontraincendios ......................................................................................6

3.&. I+'acto de las )entrales $ucleares en el "edio A+biente...........................&

.6.1. Residuos 3ucleares ................................................................................................6.6.2. )ccidentes 3ucleares .............................................................................................63.,. "a/ores )entrales $ucleares en el "undo....................................................&

.'.1. %entral 3uclear de 4as5ia7a&i 8 4aria 9:apón; ................................................6.'.2. Central Nuclear &ruce 'Cánada( ................................................................6.'.. Central Nuclear de )pori*+ia ',crania( ...................................................6

3.0. )entrales $ucleares en el Per.......................................................................& .+.1. Mercado El-ctrico ............................................................................................6.+.2. Marco Normativo .............................................................................................6.+.. Potencial de Centrales Nucleares en el Per. .........................................6.+.!. Centrales E$istentes y en Proyecto ..........................................................6

3.. entajas / esventajas de las )entrales $ucleares........................................&

CA#ÍTUL$ , Centra" Nuc"ear de C&-rentes .........................................................................

4 .1. Introducción.....................................................................................................,

4 .2. etalles )ontractuales de la )entral..............................................................., !.2.1 ,/icación de la Central .................................................................................6!.2.2 Costo y Pla*o de Construcción ...................................................................6!.2.2 Es0uema de la Central ..................................................................................6

4 .3. )o+bustible .....................................................................................................,

4 .4. )iclo Ter+odin5+ico ......................................................................................, 121232 Dispositivo de Contención 2222222222222222222222222222222222222222222222222222222222224121252 Reactor 22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222224

121262 Condensador 222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222224121212 %ur/ina 2222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222 4


5/102

121272 %orre de Re8rgeración 2222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222224121242 Detalle Num-rico del Ciclo %ermodinámico 22222222222222222222222222222222224

4 .%. -iste+as )o+'le+entarios.............................................................................., 127232 9istemas #u$iliares 22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222224127252 9istemas de Medición: Control y Protección 2222222222222222222222222222222224127262 9istemas de Emergencia 222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222224127212 Cone$ión al 9E;N 222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222224

4 .&. Pol6ticas )o+'le+entarias.............................................................................., 124232 9eguridad222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222224124252 Protección del Medio #m/iente222222222222222222222222222222222222222222222222222224

4 .,. Previsión de In7resos de la )entral ...............................................................,

CA#ÍTUL$ / C&nc"usi&nes......................................................................................................

%.1. esafios Encontrados......................................................................................,

%.2. )onclusiones....................................................................................................,

%.3. Trabajos #uturos .............................................................................................,

CA#ÍTUL$ + Re-erencias 0i!"i&gr1-icas................................................................................2

A#ÉNDICE A. 3Est. 4UNI Ane5& N%67 Ane5& 8% 3Est. 4UNI Ane5& N%67.........................%8

A.1. Aneo $ivel 2 8Est. 9($I Aneo $2:;..........................................................1<

A.2. Aneo $ivel 2 8Est. 9($I Aneo $2:;..........................................................11


6/102

Lista de Figuras 3Est. 4UNI ListaTitu"&67

OBS: El índice es formado hasta el primer nivel con el siguiente detalle:

-) Nivel 1: UNI igura N!

"# El índice se genera autom$ticamente:

Figura (.%9 Descri:ci'n de "a Figura. 3Est. 4UNI Figura N(67...........................................,


7/102

Lista de Ta!"as 3Est. 4UNI Lista Titu"&67

OBS: El índice es formado hasta el primer nivel con el siguiente detalle:

-) Nivel 1: UNI %a&la N!

"# El índice se genera autom$ticamente:

Ta!"a (.%9 Sist Garer. 3Est. 4UNI Ta!"a N(67...................................................................*


8/102

Lista de A!reiaturas 3Est. 4UNI ListaTitu"&67

3? Parrao Descripción@A)$ )l*oritmo $entico.

>3? >niversidad 3acional de ?n*eniería.


9/102

CA#ÍTUL$ %

Intr&ducci'n1. %apítulo 1.Figura %9 %apítulo 1.Ta!"a %9 %apítulo1.

%.%. Antecedentes

En 1+-6 )ntoine Benri ,ec#uerel 9Císico Crancs; comprueba #ue ciertas

sustancias como las sales de uranio *eneran raos penetrantes de ori*en misterioso.

Fas investi*aciones de Garie Pierre %urie con el uranio llevan al descubrimiento de

otras sustancias 5asta entonces desconocidas aHn m/s radioactivas entre ellas el

Radio. 3o pasa muc5o tiempo 5asta descubrir #ue la radioactividad implica emisión de

ener*ía. Dos aIos despus en 1+-+ Ernest Rut5erord distin*ue raos #ue denomina

ala beta en las radiaciones de uranio estas Hltimas resultaran ser electrones. :osep5

:o5n (5ompson ísico in*ls es el #ue identiica mide inalmente al electrón la

primera partícula subatómica en ser descubierta. Ja en el si*lo KK en 1-0 se pensaba

#ue los Hnicos elementos en tener una reserva ener*tica dentro del /tomo eran los

elementos radiactivos sin embar*o Ernest Rut5erord su*iere #ue todos los /tomos

tienen escondida una enorme reserva de este tipo.

%.(. $!;eti&s

En el presente inorme desarrolla un estudio *eneral en base al uso

uncionamiento de una %entral 3uclear. Fos objetivos principales sonL

M Explicar %omparar las ventajas desventajas del uso de la ener*ía nuclear.

M Explicar comprender la base del uncionamiento de una %entral nuclear

Real.

1


10/102

M %onocer las partes de una central nuclear tambin los tipos de centrales

nucleares existentes.

M )nali7ar el desarrollo de este tipo de ener*ía con planes a uturo a modo de

solución para el problema del calentamiento *lobal.

%.*.


11/102

• En el %apítulo 2 son presentados los conceptos preliminares es decir los

conceptos b/sicos #ue se deben saber para entender el ori*en unción de la

ener*ía nuclear.

• En el %apítulo es presentada la propuesta al problema identiicado en la

introducción #ue serían la *eneración de ener*ía elctrica a partir de la ener*ía

nuclear adem/s de las partes tipos de una central nuclear.

• En el %apítulo ! se dar/ un listado de centrales #ue usen este tipo de ener*ía

en el mundo adem/s de la descripción de una central especíica.

• En el %apítulo " son presentados la evaluación de resultados es decir las

ventajas desventajas #ue presenta el uso de este tipo de ener*ía adem/s de la

situación actual en la #ue se encuentra este uso su posible empleo a uturo.

%ada división entre capítulos posee un salto de sección 9p/*ina si*uiente;.


12/102

CA#ÍTUL$ (

Energ)a Nuc"ear2. %apítulo 2.Figura (9 %apítulo 2.Ta!"a (9 %apítulo2.

'ntes del primer %ítulo de Nivel ! de&en e(istir líneas *con fuentes de color &lanco)

con el siguiente detalle:

-) 1 pala&ra con el Estilo +UNI %itulo N1 Blanco,

-) 1 pala&ra con el Estilo +UNI igura N1 Blanco,-) 1 pala&ra con el Estilo +UNI %a&la N1 Blanco,

Estas líneas sirven para ue se numeren automaticamente los su&títulos. las figuras /

las ta&las0

(.%. Intr&ducci'n

%omo se mencionó en la parte introductoria del presente inormeN los 5ec5os

m/s importantes #ue permitieron #ue se desarrollen las primeras teorías nucleares

ueronL primeramente el descubrimiento de las sustancias radioactivas lue*o el posterior descubrimiento de las partículas subatómicas inalmente el desarrollo de la

teória cu/nticaN estos ueron los sucesos principales #ue permitió iniciar la incursión a la

ener*ía nuclear. En este apartado se 5ablar/ de los sucesos 5istóricos m/s relevantes

#ue como se dijo permitieron #ue en la actualidad se est desarrollando este tipo de

ener*ía.

%.%. Rese=a >ist&rica

(.%.%. Descu!ri?ient& de "a Radi&actiidad

En los ines del si*lo K?K exactamente en el aIo 1+-6 el ísico rancs

Antoine !enr/ =ec>uerel mientras reali7aba trabajos en su laboratorio descubrió #ue

las sales de uranio produci/n radiaciones penetrantes de ori*en desconocido lle*ó a esta

conclusión *racias a #ue de casualidad dejó sales de uranio junto a unas placas

oto*r/icas estas se velaban 8borrar una ima*en oto*r/ica por la acción indebida de

la lu7M a pesar de #ue no 5abía presencia de lu7 este eecto era el mismo si la placa

!


13/102

oto*r/ica estuviera en presencia de raos KN para ese

entonces se 5abía descubierto los raos K raos catódicos

8se conocía de la presencia de estos tipos de radiación pero

no se sabía el por#ue ni el ori*en de estosM ue entonces #ue

a su descubrimiento lo llamó emanaciones ur/nicas.

)dem/s pudo concluir #ue estas emanaciones no

eran ori*inadas por una reacción #uímica del uranio con otro

elemento presente sino m/s bien era independiente de la orma #uímica en la #ue se

encontraba el uranio.

"

Fig. (.%9 >enr@ 0ecuere".


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Despus del descubrimiento de ,ec#uerel sobre la radiación #ue emitía el

uranio los esposos Pierre / "arie )urieN l nacido en Crancia ella en Polonia se

interesaron en este enómeno tan misterioso #ue

empe7aron en la bHs#ueda de elementos

radioactivos. Garie %urie empe7ó esta bHs#ueda

en elementos puros #ue se encontraban en la

naturale7a esto la llevo a descubrir el torio donde

ella presentó un inorme donde se demostraba #ue

tanto el uranio como el torio son elementos puros

#ue emiten radiaciones. Cue este 5ec5o #ue los

esposos %urie se dieron cuenta de la importancia de este enómeno por lo #ue

decidieron trabajar en conjunto pero esta ve7 no lo 5arían con elementos puros sino en

los minerales de uranio donde este Hltimo est/ me7clado con otros metales minerales.

Para ese entonces se 5abía estudiado el nivel de radiación #ue emitía el uranio

entonces al reali7ar pruebas de radiación del mineral se dieron cuenta #ue la intensidad

de la radiación del mineral era maor #ue la intensidad de la radiación #ue emitía el

uranio. Esto llevó a la conclusión de #ue 5abían otras sustancias en el mineral #ue

tambin emitían radiación es por eso #ue empe7aron a reali7ar procesos #uímicos para

separar los elementos donde se #uedó con una pe#ueIa muestra de una sustancia

desconocida 5asta entonces cua intensidad de la radiación #ue emitía era cientos de

veces maor a la del uranio lo cual lo llamaron polonio en 5onor a su patria.

%ontinuando con las investi*aciones una ve7 separado el polonio del mineral este

se*uía emitiendo radiación con lo cual los esposos %urie conclueron de #ue aHn el

mineral debe contener al*Hn otro elemento radiactivo si*uiendo el proceso de

separación de elementos descubrieron en el mismo aIo un elemento #ue ellos llamaron

radioN ue por estos descubrimiento #ue obtuvieron el Premio 3obel de Císica junto con,ec#uerel en el aIo 1-0.

(.%.(. Descu!ri?ient& de "as #art)cu"as Su!at'?icas

tro *ran suceso de i*ual ma*nitud #ue el descubrimiento de la

radioactividad ue el descubrimiento de las partículas sub/tomicas #ue conocemos en la

actualidad comoL protón electrón el neutrón. El primer concepto de /tomo sur*io en

la anti*ua $recia donde los m/s *randes ilósoos *rie*os debatían acerca de lacomposición de la materiaN de los #ue destacan )ristóteles Demócrito pero sus

6

Fig. (.(9 #ierre @ Marie Curie.


15/102

doctrinas no tenían undamento o comprobación cientíica por lo #ue no 5abía una

valide7 en sus conclusiones.

Cue entonces 5asta el aIo 1+0+ #ue el #uímico brit/nico Jo?n alton publicó

su teória atómica retomando los conceptos establecidos por los ilósoos *rie*o pero

bas/ndose tambin en una serie de experiencias cientíicas reali7adas en su laboratorio.

Fa teória atómica de Dalton se basó en los si*uientes enunciadosL

• Fas partículas est/n ormadas por minHsculas partículas indivisibles

llamadas /tomos.

• Fos /tomos de un mismo elemento #uímico son todos i*uales entre sí

dierentes a los /tomos de los dem/s elementos.

• Fos compuestos se orman al unirse los /tomos de dos o m/s elementos

en proporciones constantes sencillas.

• En las reacciones #uímicas los /tomos se intercambianN pero nin*uno de

ellos desaparece ni se transorma.

Dalton estableció los primeros cimientos acerca de la teoría atómica pero ena#uellas pocas a se tenía un conocimiento experimental de enómenos elctricos #ue

demostraban #ue la materia podía *anar o perder car*a. Por tanto estas car*as deberían

estar presentes de al*una manera en el interior de los /tomos #ue si se lo*raba

demostrar lo mencionado se concluiría #ue la teoría de Dalton era errónea a #ue su

teoría mencionaba #ue los /tomos eran indivisibles e inalterables.

Entonces para el posterior descubrimiento de las partículas subatómicas se tomó

como punto de partida la teoría de Dalton el conocimiento de los enómenos elctricos

#ue se presentaban en la materiaN esto provocaría un desarrollo acelerado del

conocimiento de la teoría atómica.

2.1.2.1. escubri+iento del electrón

Cue la primera partícula en ser detectada el ísico in*ls J.J.

T?o+'son para el aIo 1+-' estaba reali7ando estudios en unos tubos

de descar*a de *ases #ue constaba de un /nodo un c/todo entonces

'


16/102

observo #ue se emitían unos raos del polo ne*ativo 9c/todo; 5acia el

polo positivo 9/nodo; llam/ndolos ra/os catódicos sin importar

#ue tipo de *as se empleara de i*ual manera se provocaban estos

raos concluendo #ue en todos los /tomos existían una o m/s

partículas ne*ativas a las cual llamó electrones.

Fig. (.*9 Tu!& de ra@&s cat'dic&s.

Este descubrimiento se aplicaría en los anti*uos televisores #ue

presentaba un tubo de raos catódicos en la parte de atr/s donde se

emitían electrones #ue c5ocan con una pantalla donde el c5o#ue

activaba pe#ueIos puntos de lu7 ormando la ima*en a color en la

pantalla.

2.1.2.2. escubri+iento del 'rotón

En 1-1! el ísico alem/n E. @oldstein reali7ó al*unos experimentos

con tubos de raos catódicos con el c/todo perorado. bservó #ue

unos raos #ue atravesaban al c/todo en sentido contrario a los raos

catódicos estos recibieron el nombre de ra/os canales. El estudio de

estos raos determinó #ue estaban ormados por partículas positivas

#ue tenían una masa distinta se*Hn cual uere el *as #ue se encerraba

en el tubo por lo #ue concluó #ue estas partículas eran ori*inadas

por el *as no del electrodo positivo. %ontinuando con su

experimento empleó el 5idró*eno lo*rando aislar la partícula

elemental positiva o 'rotón cua car*a es la misma del electrón pero

positiva su masa es 1+' veces maor.

+


17/102

Fig. (.,9 Ra@&s cana"es.

2.1.2.3. "odelo ató+ico de Rut?erford / el descubri+iento del neutrón

>n suceso anterior al descubrimiento del protón neutron ue las

pruebas en laboratorio reali7o por el ísico brit/nico E. Rut?erford

sus colaboradores en el aIo 1-11 las pruebas 5ec5as por Rut5erord

consistió enN bombardear una ina l/mina de oro con partículas ala

9positivas; procedentes de un material radioactivo a *ran velocidad.

El experimento permitió observar el comportamiento de las partículas

lan7adasL

Fa maor parte de ellas atravesaban la l/mina sin cambiar de

dirección otras se desviaron considerablemente mu pocas

rebotaban 5acia la uente de emisión.

Fig. (./9 E5:eri?ent& de RutBer-&rd.

Este enómeno no podía ser explicado por el modelo de (5ompson

#ue estableció despus de descubrir el electrón por lo #ue Rut5erord

estableció su propio modelo atómico en base a las experiencias

reali7adas en la cual esta basado en los si*uientes enunciadosL

-


18/102

• El /tomo tiene una 7ona central o nHcleo donde se encuentra

la car*a total positiva 9la de los protones; la maor parte de

la masa del /tomo.

• Presenta una 7ona externa o corte7a donde se 5allan los

electrones #ue *iran alrededor del nHcleo.

• Fa car*a positiva de los protones es compensada con la car*a

ne*ativa de los electrones #ue se 5allan uera del nHcleo #ue

contiene tanta cantidad de protones como electrones en la

corte7a.

Fa importancia del experimento de Rut5erord radica en lo si*uiente

primero pudo entender #ue el /tomo presentaba una partícula con

car*a positiva se encontraban concentradas en un nHcleo *racias a

esto posteriormente se descubrió el protón neutrón. Se*undo para

el aIo 1+-+ Rut5erord a 5abía descubierto las radiaciones ala beta

*amma #ue posteriormente le sirvió para reali7ar su experimento

#ue le audaría a establecer su modelo atómico.

Fig. (.+9 Radiaci'n a"-a !eta @ ga??a.

(ercero mediante diversos experimentos se comprobó #ue la masa de

protones electrones no coincidía con la masa total del /tomo 8 para

esto a se conocía la masa del electrón el protónM por tanto

Rut5erord supuso #ue tenía #ue 5aber otro tipo de partícula

subatómica interior en los /tomos.

10


19/102

En el aIo 1-2 el ísico J. )?adicB reali7ó un experimento

parecido al eectuado por Rut5erord en esta ocasión %5adic&

bombardeó una l/mina de berilio con partículas ala observando una

emisión por parte del metal de una radiación de mu alta ener*ía

similar a los raos *amma. Estudios posteriores demostraron #ue

dic5a radiación estaba ormado por partículas neutras 9a #ue no

respondían ante la presencia de un campo elctrico; de masa

li*eramente superior a la de los protones.

Fig. (.9 E5:eri?ent& de CBadic.

Este descubrimiento de %5adic& no solo es importante por

descubrir el neutrón sino #ue ue el inicio de lo #ue posteriormente

se conocería como la isión nuclear #ue sería la base de los procesos

#ue actualmente se reali7an en las centrales nucleares es por eso la

ma*nitud de este descubrimiento ue un *ran aporte para el desarrollo

de la ísica cu/ntica.

(.%.*. Desarr&""& de "a F)sica Cu1ntica

El tercer pilar #ue permite #ue 5o se apli#ue la ener*ía nuclear ue el

desarrollo de la ísica cu/ntica. En 1-00 el ísico alem/n "a PlancB ormuló #ue laener*ía se emite en pe#ueIas unidades individuales conocidas como cuantos. Descubrió

una constante universal conocida como la constante de Planc& representada con la letra

5. Fa le de plac& establece #ue la ener*ía de cada cuanto es i*ual a la recuencia de la

radiación electroma*ntica multiplicada por la constante universal 9 E=hv ; ue este

descubrimiento #ue dio nacimiento a la ísica cu/ntica.

En el aIo 1-0" el cientíico m/s presti*ioso del si*lo KK Albert Einstein

ormuló la si*uiente ecuación #ue relaciona la masa con la ener*ía E=m . c2, donde

11


20/102

E #ue representa la ener*ía m la masa est/n interelacionadas con la velocidad de la

lu7 c con esto se #uiere decir #ue las conversiones m/sica de ener*ía son distintas

maniestaciones de una misma cosa. Esta ecuación resultó ser revolucionaria para los

posteriores estudios de la ísica nuclear.

Para ese entonces el ísico dans $iels = ó ?r 5abía establecio su modelo

atómico de esta 5ipótesis se destacaL #ue los electrones estaban distribuidos en capas

deinidas 9o niveles cu/nticos; a cierta distancia del nHcleo los electrones *iraban en

órbitas estacionarias desde la #ue no se emitía nin*una radiación 8 no era aplicable la

ísica cl/sica de 3etonM por lo #ue a se entendía #ue el /tomo podía ser divisible

ormando una estructura compleja.

Fig. (.9 M&de"& at'?ic& de 0&Br.

Fue*o por el aIo 1-26 los cientíicos -c?r ó din7er / !eisenber7 postularon

el modelo atómico #ue se tiene en la actualidad. En este modelo sur*e debido a #ue el

modelo atómico de ,o5r no cumplía con ciertos datos experimentales. En los espectros

reali7ados para otros /tomos 8 el modelo de ,o5r se basó para el /tomo de 5idró*enoM

se observaba #ue los electrones de un mismo nivel ener*tico tenían distinta ener*ía

por lo #ue conclueron #ue dentro de un nivel ener*tico existían subniveles de ener*ía.

El modelo orbital o cu/nticoMondulatorio se base en los si*uientes postuladosL

• Fa dualidad ondaMcorpHscular planteada por Couis de =ro7lie postula

#ue el electrón toda partícula material en movimiento tienen un

comportamiento ondulatorio.

• El principio de incertidumbre de Beisenber* establece la imposibilidad

de determinar simult/neamente con precisión la posición el

momento lineal de una partícula en un momento dado.

12


21/102

• Ecuación de onda de Sc5rodin*er ormuló una ecuación #ue describe el

comportamiento la ener*ía de las partículas subatómicas esta

ecuación incorpora el comportamiento de partícula como el de onda.

• El cuadrado de la unción de onda de Sc5rodin*er deine la distribución

de la densidad electrónica alrededor del nHcleo este concepto da la

probabilidad de encontrar un electrón en una cierta re*ión del /tomo

• Fa solución matem/tica de la ecuación de Sc5rodin*er precisa tres

nHmero cu/nticos #ue sonL principal secundario o a7imutal ma*nticoN

el primero indica la distancia promedio del electrón al nHcleo por ende

deine el tamaIo de este el nivel ener*tico el se*undo indica la ormadel orbital el subnivel de ener*ía el tercero describe la orientación

espacial del orbital el nHmero de orbitales presentes en un subnivel

dado.

• Fue*o se estableció el cuarto nHmero cu/ntico #ue considera el *iro de

los electrones en torno de su propio eje esto se dio para poder explicar

determinadas características de los espectros de emisión.

• Principio de exclusión de Pauli establece #ue no es posible #ue dos

electrones presenten los mismos valores de nHmeros cu/nticos.

• Re*la de !und establece #ue si 5a m/s de un orbital en un subnivel

los electrones est/n lo m/s desapareados posibles ocupando el maor

nHmero de ellos.

En la si*uiente ima*en se observa los modelos m/s importantes durante eldesarrollo de la ísica cu/ntica.

1


22/102

Fig. (.9 C&?:araci'n de "&s ?&de"&s at'?ic&s de RutBer-&rd 0&Br @ ScBr&dinger.

Basta a5ora se 5a detallado los principales sucesos #ue permitieron

conceptuali7ar la estructura del /tomo su comportamiento en base a descubrimientos

ortuitos o no experimentos reali7ados trabajo en conjunto de reconocidos cientíicos.

) continuación se mencionar/ de orma breve las primeras aplicaciones

reali7adas en base a estos conceptos teori7ados resaltando el descubrimiento del

neutrón a #ue como se dijo ue este 5ec5o el inicio de la isión nuclear donde su

principal aplicación estaba orientado a la abricación de armas para poder emplearlas enla *uerra mundialN en la #ue por ese entonces se encontraba envuelta las principales

potencias.

(.%.,. #ri?eras a:"icaci&nes de "a energ)a nuc"ear

Por el aIo 1-2 cuando se descubrió el neutrón inmediatamente despus Enrico

#er+i descubrió ciertas radiaciones emitidas en enómenos no mu comunes de

desinte*ración eran en realidad neutrones. Durante esas ec5as Enrico Cermi suscolaboradores bombardearon con neutrones m/s de 60 elementos entre ellos el

U −235 produciendo las primeras isiones nucleares artiiciales. En 1-+ en

)lemania Cise "eitner Otto !a?n #ritD -trass+an veriicaron los experimentos de

Cermi en 1-- demostraron #ue parte de los productos #ue aparecían al llevar a cabo

de estos experimentos con uranio eran nHcleos de bario. Este suceso determinó a el

descubrimiento deinitivo de la isión nuclear. En Crancia Joliet )urie descubrió #ue

adem/s del bario se emitían neutrones secundarios en esa reacción 5aciendo actible la

reacción en cadena.

1!


23/102

Fig. (.29 Reacci'n en cadena descu!iert& :&r


24/102

primer submarino nuclear en 1-" 9(-- $autilus; la construcción el diseIo del

reactor nuclear para submarinos ue propuesto a las empresas $eneral Electric

Testin*5ouse desarrollando los reactores de a*ua li*era tipo ,TR 9Reactor de )*ua en

Ebullición; PTR 9Reactor de )*ua a Presión;.

En 1-"1 se construó el primer Reactor E'eri+ental Re'roductor nHmero uno

9 E=RI ; en los EE.>> donde el xito de un experimento demostró la viabilidad de la

ener*ía nuclear al alimentar cuatro bombillas utili7ando como combustible el plutonio.

En 1-"' se creó el Or7anis+o Internacional de Ener76a Ató+ica 9OIEA; con

sede en iena )ustria actualmente es el or*anismo de ener*ía nuclear de la 3>

siendo el principal oro internacional para la cooperación cientíica tcnica en la

utili7ación de la ener*ía nuclear con ines pacíicos.

En 1-'2 por motivos de la *uerra ría entre los EE.>> la >RSS entra en vi*or

el Tratado de $o Proliferación $uclear donde los países irmantes no debían transerir

armas nucleares ni colaborar en su abricación se comprometieron a tomar las

medidas necesarias para su cumplimiento.

En 1-+6 se pone en marc5a la central nuclear -u'erfeni o -PF en Crancia

siendo en ese momento la central nuclear de maor potencia instalada 100 GT siendo

en 1--' clausurada por el *obierno rancs ante la ola de protestas de los *rupos

ecolo*istas.

Basta a#uí se 5a 5ec5o un recorrido 5istórico donde se explica como es #ue se

inició el desarrollo de la ener*ía nuclear los descubrimiento m/s importantes las

primeras aplicaciones reali7adas empe7ando por la abricación de armas durante la

se*unda *uerra mundial lue*o ue por la dcada de los 60 donde se empie7a adesarrollar aplicaciones de ener*ía nuclear para la *eneración de electricidad en

diversos paísesN cada uno elaborando sus propios diseIos.

Fa ?E) 9r*anismo ?nternacional de Ener*ía )tómica; es el or*anismo #ue

establece las normas tcnicas pr/cticas de ener*ía nuclear estandari7ando los procesos

o mínimos re#uerimientos #ue se debe cumplir para evitar desastres o tra*edias

anteriormente sucedidas. )ctualmente la ener*ía nuclear es bastante resistida en muc5os

países si bien es cierto la ener*ía nuclear presenta un *ran potencial de producción de

16


25/102

ener*ía elctrica es m/s evita la emisión de elementos contaminantes #ue se *eneran

por el uso de combustibles ósiles pero el principal incoveniente es el alto ries*o #ue

existe por los residuos producidos #ue un mal *estionamiento de ellos puede ser atal

por el *ran impacto ambiental.

(.(. Minera"es Radi&acti&s

%omo se sabe actualmente la ener*ía elctrica producida por el ener*ía nuclear

es mediante el proceso de isión para esto se emplea ciertos combustibles #ue por sus

características atómicas son excelentes para el proceso de isiónN en este apartado se

mencionar/ brevemente sobra la radiación por#ue el como se produce los eectos

#ue provoca como se mide la radiaciónN lue*o 5ablaremos de los principales mineralesradiactivos #ue se emplean en la centrales nucleares mencionando sus principales

característica ventajas desventajas el por#ue de su peli*rosidad como residuo.

(.(.%. Radi&actiidad

Fa radioactividad puede considerarse un enómeno ísico natural por el cual

al*unos cuerpos o elementos #uímicos llamados radiactivos emiten radiaciones #ue

tiene la propiedad de por ejemploL velar placas oto*r/icas ioni7ar *ases producir

luorescencia etc. Debido a esta capacidad se les suele llamar radiaciones ioni7antes

donde el ori*en de su emisión puede ser de naturale7a electroma*ntica en orma de

raos K o raos *amma o bien de ori*en corpuscular como pueden ser los nHcleos de

5elio u otras. Resumiendo esto Hltimo la radiación se presenta en los nHcleos de ciertos

elementos #ue son capaces de transormarse en nHcleos de /tomos de otros elementos.

Fa radioactividad es una propiedad de los isótopos 8i*ual nHmero de electrones

protones pero dierente nHmero de neutrones para un mismo elementoM #ue soninestables esto #uiere decir #ue se mantienen en estado excitado en sus capas

electrónicas por lo #ue deben perder ener*ía 5asta lle*ar a un nivel de ener*ía estable.

1'


26/102

Fig. (.9 Is't&:& de" agua c&?& se &!sera s&"& se di-erencian en e" n?er& de neutr&nes.

El enómeno de la radiactividad no solo se aprovec5a para la *eneración de

ener*ía nuclear tambin se emplea en medicina 9en las radioterapias tratamiento para

combatir el c/ncer; ciertas aplicaciones industriales 9esterili7ación de alimentos como

medida de espesores etc;.

Existe dos ormas de radioactividadL natural artiicial la primera provocada

por isótopos #ue se encuentran en la naturale7a 9>ranio Radio etc; la se*unda

producido en transormaciones artiiciales mejor conocido como radioisótopos.

2.2.1.1. Radioactividad $atural

Fos seres 5umanos siempre 5emos vivido expuestos a las radiaciones

de baja intensidad estas radiaciones las recibimos del sol del espacio

interestelar de las sustancias radiactivas naturales de las casas donde

5abitamos de los alimentos #ue in*erimos del aire #ue respiramos

de nuestro propio cuerpo el cual contiene elementos radioactivos

naturales.

a/os 23smicos

Sobre la (ierra inciden constantemente un lujo de partículas

nucleares con velocidades cercanas a la de la lu7 #ue se conoce

como raos cósmicos la atmósera actHa como un escudo reduciendo

considerablemente la radiación #ue lle*a a la supericie terrestre.

adiaci3n %errestre

1+


27/102

Fas rocas los suelos contienen pe#ueIas cantidades de uranio torio

sus respectivas desinte*raciones siendo las dosis de radiación

recibidas en el interior de las casas principalmente por la

radioactividad de los materiales de construcción.

adiaci3n del 2uerpo

El cuerpo 5umano contiene pe#ueIas cantidades de carbono 1! 9%M

1!; 8est/ presente en todos los materiales or*/nicos se emplea para

la datación de especímenes or*/nicosM potasio !0 94M!0; este

Hltimo es debido a los alimentos #ue in*erimos como el pl/tano

donde 1"0* de este contiene 0.0'm* de 4M!0.

Fig. (.%89 F&r?aci'n de" CH%,.

2.2.1.2. Radiación Artificial

Fa radioactividad artiicial tambin llamada radioactividad inducida

se produce cuando se bombardean ciertos nHcleos estables con

partículas apropiadas. Si la ener*ía de estas partículas tiene un valor

adecuado penetran el nHcleo bombardeado orman un nuevo

nHcleo #ue en caso de ser inestable se desinte*ra despus

radioactivamente.

El empleo de la radiación artiicial se puede encontrar en

aplicaciones como la radiolo*ía terapeHtica donde se somete a la

persona a una radiación controlada de Raos KN el uso de

1-


28/102

radioisótopos #ue se emplea para el tratamiento del c/ncer como

uente de *eneración de ener*ía nuclear.

Fig. (.%%9 E?:"e& de "a radiaci'n arti-icia" en "a ?edicina.

(eniendo el concepto m/s clariicado sobre #ue es la radiactividad sus orí*enes

9natural o artiicial; al*unos ejemplos aplicativos #ue se desarrollan en la actualidadN

a5ora se explicar/ las clases componentes #ue conorman a la radiación en *eneral.

(.(.(. C"ases @ C&?:&nentes de "a Radiaci'n

%omo se dijo los elementos son radioactivos debido a su inestabilidad

ener*tica pero todo en la naturale7a tiende a un estado de mínima ener*ía eso

si*niica #ue los nHcleos inestables 9#ue tienen exceso de ener*ía; tratan a toda costa de

convertirse en nHcleos estables mediante procesos radioactivos. Existen b/sicamente

cuatro procesos radioactivos en la naturale7aL radiación ala beta *amma radiación

por neutrones este Hltimo se explicar/ en el apartado de isión nuclear.

2.2.2.1. Radiación Alfa

Son lujos de partículas car*adas positivamente compuestos por dos

neutrones dos protones 9nHcleos de 5elio;. Son desviadas por

campos elctricos ma*nticos son de alto nivel ener*ticoN son

pocos penetrantes pero mu ioni7antes. Este tipo de radiación la

emiten los nHcleos de elementos pesados situados al inal de la tabla

20


29/102

periódica la ra7ón de esto Hltimo es #ue los nHcleos atómicos de

estos elementos al presentar un elevado nHmero de protones la

repulsión elctrica es mu uerte liber/ndose del nHcleo dos protones

dos neutrones.

Fig. (.%(9 Radiaci'n a"-a c&?:uest& :&r d&s neutr&nes @ d&s :r&t&nes.

2.2.2.2. Radiación =eta

Fa radiación beta consiste en la emisión de electrones por parte del

nHcleo inestable. Existen dos tipos de radiación betaL

• adiaci3n &eta negativa

Es típica en nHcleos con exceso de neutrones 9 n> z ¿

consiste en la emisión espont/nea de electrones por parte del

nHcleo pero sabemos #ue en el nHcleo solo se encuentra los

protones neutronesN el enómeno #ue ocurre ue planteado

por Enrico Cermi en 1-! mencionando #ue un neutrón se

transorma en un protón un electron un antineutrino

ve/mos la si*uiente órmulaL

−¿+antineutrino

+¿+e¿

n0

→ p¿

Fa emisión del beta menos da como resultado otro nHcleo

distinto con un protón m/s cua órmula seríaL

−¿+antineutrino

X Z

A → Y

Z +1

A +e

¿

21


30/102

Fig. (.%*9 Radiaci'n !eta negati&.

• adiaci3n &eta positivo

Fa radiación beta positiva consiste en #ue el nHcleo emiteespont/neamente positrones 8son partículas de i*ual masa

pero car*a opuesta al electrónM donde un protón del nHcleo se

desinte*ra dando lu*ar a un neutrón un positrón 9 +¿

e¿ ; un

neutrino así el nHcleo se desprende de los protones #ue le

sobran se acerca a un estado estable 9 n= z¿ cua

órmula de reacción esL

+¿+neutrino

X Z A

→ Y Z −1 A

+e¿

Fig. (.%,9 Radiaci'n !eta :&siti&.

22


31/102

2.2.2.3. Radiación @a++a

Fa radiación *amma se trata de ondas electroma*nticas de corta

lon*itud de onda pero presentando maor poder de penetración

comparado con las radiaciones ala o beta. En este tipo de radiación el

nHcleo no pierde su identidad sino #ue se desprende de la ener*ía #ue

le sobra al pasar a un estado de ener*ía menor emitiendo raos

*amma o otones de elevada ener*ía cuantiicada por la ecuación de

Planc& 9 E=hv ; donde E es la ener*ía del otón emitido 5 la

constante universal de Planc& v recuencia de la onda

electroma*ntica.

Fig. (.%/9 Radiaci'n ga??a.

>n aspecto de *ran importancia es el poder de penetración de las radiaciones

mencionadas anteriormente siendo el de maor peli*ro la radiación *amma a #ue al

ser un tipo de radiación electroma*ntica su poder de penetración es elevado #ue para

poder ser detenido se necesita capas *ruesas de plomo u 5ormi*ón para deternerlas.

Fig. (.%+9 #&der de :enetraci'n de "as tres c"ases de radiaci'n.

2


32/102

En *eneral son radioactivas las sustancias #ue no presentan un balance correcto

entre protones neutrones. %uando el nHmero de neutrones es excesivo o demasiado

pe#ueIo respecto al nHmero de protones se 5ace m/s diícil #ue la uer7a nuclear uerte

8uer7a undamental #ue mantiene unido los neutrones protonesM pueda mantenerlos

unidos. Eventualmente el dese#uilibrio se corri*e mediante la liberación del exceso de

neutrones o protones pero esto puede *enerar #ue el nuevo nHcleo ormado tambin sea

inestable dar lu*ar a m/s radiación.

(.(.*. Medici'n de "a Radi&actiidad

%omo sabemos la radiación no puede ser detectado de orma visible pero esto

no si*niica #ue no sea posible medirla cuantiicar sus eectos. Para ello se deinen

al*unas ma*nitudes unidades.

Si la radiación nuclear es una desinte*ración radioactiva la unidad de medida

m/s b/sica es el nHmero de desinte*raciones radioactiva #ue se producen en un periodo

de tiempo estas unidades sonL ,ec#uereles 91 desinte*ración por se*undo; %urie 91

%urie U ' $i*abec#uereles;.

Esto no sirve de muc5o para medir los eectos de radiación es sólo unidad

ísica. Por lo #ue se cuantiico la radiación #ue absorbe un tejido. Para eso se utili7an

las unidades de a&sorci3n de radiaci3n. Fa dosis absorbida mide la ener*ía depositada

en un medio por unidad de masa la unidad del S? es el $ra 9:V&*;. 3o 5a conversión

de ,ec#uereles a $ra por#ue depende del material #ue absorbe la radiación 9no es lo

mismo piel #ue silicio; del tipo de radiación 9puede ser raos ala beta o *amma;.

Pero de punto de vista de salud el indicador de radiación es el de dosis efectiva. #ue se

calcula tomando la dosis de absorción de radiación en promedio para cada ór*ano se

multiplica por un actor por el tipo de radiación estos valores son el resultado de un

estudio #ue se reali7an a personas como orma reerencial 8debido #ue esta pro5ibido

irradiar a una muestra de personas para ver los eectosM estos estudios los reali7a la

%omisión ?nternacional de Protección Radioló*ica. Fa unidad para esto Hltimo es el

Sievert 9Sv; #ue son :V&* siendo similar al $ra pero con un actor de corrección

adicional.

Fos materiales radioactivos presentan un tiempo de desinte*ración donde se

llama tiempo de vida o tiempo de vida media de un radioisótopo el tiempo promedio de

2!


33/102

vida de un /tomo radioactivo antes de desinte*rarse. (ambin al tiempo #ue transcurre

5asta #ue la cantidad de nHcleos radioactivos de un isótopo radioactivo se redu7ca a la

mitad de la cantidad inicial se le conoce como periodo de semidesinte*ración o vida

media. %ada radioisótopo tiene una vida media característica1L

Fig. (.%9 #eri&d&s de desintegraci'n.

Para la población en *eneral el límite de dosis eectiva es de 2MmSv por aIoN se

considera ries*oso a partir de los 100mSv por aIo es el nivel donde a se considera

ries*oso para la saludN esto se determinó mediante probabilidades estoc/sticas siendo el

nivel de 100mSv donde se producen enermedades como el c/ncer síntomas como

vómito leucemia.

Fig. (.%29 D&sis euia"entee-ectia :&r :ers&na @ a=& reci!ida :&r "a :&!"aci'nHEs:a=a(.

(.(.,. Minera"es Radi&acti&sFos minerales radioactivos son compuestos #uímicos en los #ue se encuentran

presentes todos los elementos naturales por lo tanto su manipulación en un

acimiento o en una colección presenta los ries*os *enerelaes in5erentes a la

manipulación de cual#uier producto #uímico. Fos minerales radioactivos tienen cierta

peli*rosidad 5emos de tomar las medidas necesarias de precaución para cual#uier

orma de uso #ue se realice.

1 CuenteL 5ttpLVVcode.pediapress.comV2 CuenteL 5ttpLVV.oronuclear.or*VesV

2"


34/102

Bo sabemos #ue en torno al +0W de la radiación #ue recibimos anualmente por

vivir en la (ierra 9en promedio 2MmSv; procede de los minerales #ue nos rodean la

radiación cósmica los alimentos #ue in*erimos.

El planeta (ierra #ue 5abitamos contiene unos pocos radioisótopos primarios 8

son a#uellos #ue aparecieron junto con la (ierraM #ue poseen vidas medias tan lar*as

como la propiedad de la (ierra. Fos m/s importantes por su abundancia contribución a

la radiación son el potasio 94M!0; #ue est/ presente en los alimentos rocas como las

arcillas el torio 9(5M22; el uranio 9>M2+ >M2"; #ue est/n presentes en muc5os

minerales.

Fa desinte*ración radioactiva de los radioisótopos primarios ori*ina una serie de

radioisótopos secundarios #ue producen radiaciones m/s intensas pero presentan vida

media m/s corta. El radioisótopo secundario m/s relevante por su contribución a la

dosis de radiación es el radón 9RnM222; #ue al ser un *as constitue la principal uente

de radiación por in5alación. El radón est/ emanando continuamente de la supericie

terrestre.

Cinalmente los radioisótopos terciarios son los #ue son inducidos

continuamente en la naturale7a por medio de reacciones nucleares producidas por laradiación cósmica. Entre los terciarios m/s nombrados tenemos el %M1! #ue se 5a

tomado mu Htil para la datación de restos or*/nicos.

)un#ue los radioisótopos est/n distribuidos alrededor de la supericie terrestre

de una manera m/s o menos uniorme existen re*iones en las #ue por distintas causas

*eoló*icas *eo#uímicas las concentraciones de los elementos radioactivos son

elevadas. )dem/s el uranio el torio son elementos muc5o m/s abundantes en la

naturale7a #ue otros elementos estando en una proporción casi 1000 veces maor #ue el

oro.

) continuación se va a mencionar de ormar supericial los principales minerales

#ue contienen los principales elementos radioactivos por su abundancia en la naturale7a.

Fas rocas í*neas 9*ranito pe*matita riolita toba volc/nica etc.; ormadas

tras el enriamiento solidiicación del ma*ma o roca undida del interior de la tierra a

menudo contienen elementos radioactivos distribuidos dentro de partículas cristalinas

26


35/102

mu inas. Pero la radioactividad no es exclusiva de estas rocas a #ue a veces los

depósitos de rocas ormadas por acumulación de sedimentos o sedimentarias

9con*lomerados arcillas areniscas es#uisitos arcillosos cali7as etc.; al ser porosas

permeables alojan bien minerales de uranio torio dando lu*ar a acimientos

importantes de minerales radioactivos. Fas rocas metamóricas 9m/rmol cuarcita

es#uisitos metamóricos *neis etc.; ormadas a altas presiones a partir de rocas í*neas

o sedimentarias tienden a mantener el contenido de mienrales radioactivos de las rocas

ori*inarias.

Fos depósitos de osatos 9rocas sedimentarias compuesta por minerales del

*rupo del apatito; carbón 95idrocarburos; tienen una consideración especial a #ue

tanto los osatos como los 5idrocarburos alojan mu bien los enormes cationes deuranio torio por lo #ue en al*unos casos estos depósitos contienen altas

concentraciones de uranio.

Resumiendo en *eneral podemos pensar #ue la concentración de elementos

radioactivos en rocas esL recuente en *ranito es#uisitocarbóndepósitos de osatos

ocasional en andesita con*lomerados arenisca*neis rara en basaltocali7a depósitos

de eso sales cuarcitas m/rmol.

En cuanto a los minerales en la naturale7a 5a cientos isótopos radioactivos.

)l*unos de ellos son realmente estticos por eso se exponen en museos pHblicos

colecciones privadas. Entre los m/s representativos son los #ue contienen potasio

uranio torio 9adem/s de sus productos de desinte*ración; nos encontramos con los

si*uientesL

• 4otasio *5): se encuentra en silvina 94%l; utili7ada en ertili7antes

micas 9moscovitas biotita lepidolita lo*opita; utili7adas en la

industria de aislantes trmicos elctricos.

Fig. (.%9 Si"ina JC"K

2'


36/102

• Uranio *U): Se puede encontrar en la autunita carnotita perc5blenda

torbernita uraninita G(O2H utili7adas como menas 8mineral sin

limpiar tal como se extrae en laminaM de uranio para la industria

ener*tica metalHr*ica.

Fig. (.(89 Uraninita U$(K.

• %orio *%h): Se puede encontrar en minerales como monacita torianita

torita utili7adas como menas de torio tierras raras para la industria

metalHr*ica electrónica.

Fig. (.(%9 M&nacita Ce La #r Nd TB YK.

(.*. Fisi'n Nuc"ear

Fa isión nuclear es la reacción nuclear con maor relevancia en el presente

inorme por la ra7ón de #ue las centrales nucleares actuales basan su uncionamiento

en este tipo de reacciones. Fa isión ocurre cuando un nHcleo pesado se divide en dos o

m/s nHcleos pe#ueIos donde la masa del nHcleo pesado inicial es superior a la suma de

masas de los dos nHcleos #ue se dividen donde ese exceso de masa se transorma en

ener*ía tal como establece la ecuación de Einstein 9 E=m c2 ; adem/s se emiten

al*unos subproductos como neutrones libre otones 9*eneralmente raos *amma;

otros ra*mentos del nHcleo como partículas alas beta.

2+


37/102

(.*.%. Mecanis?&

Fa ener*ía elctrica en las centrales sean 5idroelctricas trmicas nucleares

etc. se produce en el alternador la dierencia radica en como se mueve la turbina #ue va

acoplada al rotor del *eneradorN para el caso de las centrales nucleares se aprovec5a elcalor liberado en las reacciones nucleares #ue ocurren en el reactor.

Fa isión de nHcleos pesados es un proceso exotrmico lo #ue supone #ue se

liberan cantidades sustanciales de ener*ía. Este proceso *enera muc5a m/s ener*ía #ue

la liberada en las reacciones #uímicas convencionales. Fa ener*ía se emite tanto en

radiación *amma como ener*ía cintica de los ra*mentos de la isión #ue calentar/n la

materia #ue se encuentre en los alrededores donde ocurre la isión.

Existen diversas ormas para provocar una isión

nuclear estas se dierencian por la partícula #ue se

emplee para isionar el nHcleo. $eneralmente se emplea

a los neutrones libres para provocar esta reacciónN

consiste en #ue ese neutrón libre es absorbido por el

nHcleo a isionar 5acindolo inestable. Este nHcleo

inestable entonces se dividir/ en dos o m/s peda7osN loselementos #ue se producen no se pueden predecir pero

estadísticamente 5ablando son nHcleos con la mitad de protones neutrones del nHcleo

ori*inal isionable.

Fos productos de la isión son *eneralmente altamente radioactivos no son

isótopos establesN estos isótopos entonces decaen en un proceso de desinte*raciónN las

centrales nucleares actualmente presentan una política de *estionamiento de los residuos

#ue se *eneran despus del proceso isión.

(.*.(. Reacci'n en cadena

Fa reacción en cadena es el proceso esencial para el uncionamiento de las

centrales nucleares consiste en lo si*uienteL

>na ve7 #ue ocurre la primera isión nuclear se ori*inan subproductos entre

ellos encontramos neutrones liberados estos neutrones se escapan en direcciones al a7ar

*olpean a otros nHcleos incitando a estos nHcleos a experimentar nuevamente la

2-

Fi . (.((9 Fisi'n Urani&H(*/


38/102

isión. Puesto #ue cada proceso de isión #ue ocurre se libera una cantidad de neutrones

libres estos inducen a otras isiones el proceso se acelera r/pidamente se

desencadena la reacción en cadena.

Fig. (.(*9 Reacci'n en cadena Urani&H(*/.

Esta reacción en cadena es un proceso mu complejo aun#ue es posible

provocar la isión en muc5os nHcleos pesados solo la isión del >ranioM2" 9se

encuentra de orma natural; la del isótopo artiicial PlutonioM2- presentan cierta

importancia pr/ctica. Fa característica sobresaliente de la isión del >ranioM2" no es la

enorme cantidad liberada sino el 5ec5o de #ue la isión produce m/s neutrones #ue los

#ue se capturan al inicio del proceso por esta propiedad es posible obtener una reacciónen cadena una secuencia de reacciones autosuicientes.

(.*.*. Masa Cr)tica

0


39/102

Fa masa crítica es la mínima cantidad de

material re#uerida para #ue el material experimente

una reacción nuclear en cadena. Fa masa crítica de un

elemento isionable depende de su densidad de su

orma ísica 9cubo esera barra lar*a etc;. Puesto #ue

los neutrones de la isión se emien en direcciones al

a7ar para maximi7ar las ocasiones de reacción en

cadena los neutrones deber/n viajar tan lejos como

sea posible de esa orma maximi7ar las

posibilidades de #ue cada neutrón c5o#ue con otro

nHcleo. ?ma*inemos #ue se tiene el material

radioactivo en orma de 5oja plana entonce los neutrones saldr/n disparados de la

superice de la 5oja no c5ocar/n con otros nHcleos.

(ambin es importante la densidad del material a #ue si el material a isionar

se encuentra en estado *aseoso es poco probable #ue los neutrones c5o#uen con otros

nHcleos por#ue 5a demasiado espacio vacío entre los /tomos un neutrón

probablemente no *olpee a nin*uno de estos nHcleos.

Si la muestra de m/sica del elemento a isionar no es suiciente para capturar a

los neutrones ocurriendo #ue muc5os neutrones escapan de la muestra la reacción en

cadena no pro*resa se dice #ue la masa es subcrítica en cambio si una masa del

material #ue 5a comen7ado una reacción en cadena se dice #ue es supercrítica.

(.*.,. M&derad&res

Xnicamente con juntar muc5o material isionable en un solo lu*ar no es

suiciente como para empe7ar la reacción en cadena. Fos neutrones son emitidos por un

nHcleo en isión a una velocidad mu elevada esto si*niica #ue los neutrones

escapar/n del nHcleo antes de #ue ten*an oportunidad de *olpear cual#uier otro nHcleo.

El proceso de retraso o moderación es simplemente una secuencia de colisiones

el/sticas entre las partículas de alta velocidad 9neutrones liberados; las partículas en

reposo 9partículas del moderador;N cuanto m/s parecidas sean las masas del neutrón

de la partícula *olpeada maor es la prdida de ener*ía cintica #ue presentan los

1

Fi . (.(,9 ari""as de Urani&


40/102

neutrones por lo tanto los elementos li*eros son los m/s eicaces como moderadores de

neutrones.

Fas características de un buen moderador sonL peso atómico bajo baja o nula

tendencia de absorber neutrones entonces los posibles moderadores #ue presentan bajo

peso atómico podrían serL 5idró*eno 5elio berilio carbono litio boro. Estos dos

Hltimos absorben neutrones /cilmente el 5elio es diícil de utili7ar a #ue es un *as

no orma nin*Hn compuesto. Fa opción de posibles moderadores #uedaría entre el

5idró*eno berilio o carbono. En la actualidad se emplea el *raito como moderador a

#ue resulta ser mu económico mientras #ue el mejor tecnoló*icamente 5ablando es el

isótopo del 5idró*eno el deuterio es por eso #ue se incursionó en los reactores de a*ua

pesada.

Fig. (.(/9 Dis:&sici'n de "as ari""as de c&?!usti!"e @ e" ?&derad&r @ c&?& &curre "a reacci'n encadena.

%omo se dijo anteriormente en la actualidad la *eneración de ener*ía nuclear es

en base a los principios de la isión nuclear cuo proceso involucra muc5as

componentes #ue permiten un adecuado procedimiento para producir una reacción

nuclear.

(.,. Fusi'n Nuc"ear

2


41/102

Fa usión nuclear es el proceso anta*ónico de la isión este es un proceso

mediante el cual dos nHcleos atómicos li*eros se unen para ormar un nHcleo m/s

pesado con la particularidad #ue su masa del nHcleo ormado es menor a la suma de

masas de los dos nHcleos iniciales. 3uevamente recurrimos a la ecuación planteada por

Einstein 9 E=m c2 ; a #ue al ser la masa del nHcleo ormado menor #ue de los dos

nHcleo iniciales si*niica #ue ese deecto de masa se 5a transormado en ener*ía donde

esta Hltima se puede aprovec5ar del mismo modo como se aprovec5a en la isión

nuclear.

Este tipo de reacciones se presentan en las estrellas justamente la lu7 el calor

#ue percibimos de estas son el resultado de estas reacciones nucleares de usión. En el

interior de las estrellas se presentan elevadas temperaturas en el orden de los millonesde *rados %elsius esto provoca #ue los elementos #ue se encuentran en las estrellas se

usiones.

(.,.%. Mecanis?&

%omo se dijo la usión consite en unir dos nHcleos atómicos li*eros para ormar

un nHcleo m/s pesado. Para #ue los nHcleos car*ados positivamente superen la

repulsión electrost/tica #ue existe entre ellos se acer#uen lo suiciente como para producir reacciones de usión a un ritmo adecuado se necesitan temperaturas como las

#ue se encuentran en el interior de las estrellas 8esta debe ser provocada de orma

artiicialM a #ue a esta temperatura los electrones se separan del nHcleo pasando la

materia a estado de plasma.

)un#ue en las estrellas la usión se da entre una variedad de elementos

#uímicos el elemento para producir usión nuclear de orma experimental es el

5idró*eno sus isótopos 9Deuterio (ritio;. Esto se debe a #ue el eecto de repulsión

electrost/tica es menor en el 5idró*eno a #ue presenta solo un protón un electrón.

Para el caso de los isótopos se debe a #ue maor masa en el nHcleo de los elementos a

usionar maor ener*ía liberadaN en la si*uiente reacción de los isótopos del 5idró*eno

podemos estimar la ener*ía liberadaL

H + H 13

→ He24

+n+17,6 MeV 12


42/102

En esta reacción se libera 1'6Ge por usión 8si empleamos otro par de

isótopos del 5idró*eno la ener*ía liberada es menorM esta ener*ía liberada por *ramo

con esta reacción es casi ' veces maor #ue la lo*rada en la isión de 1*ramo de uranioM

2" puro.

Fig. (.(+9 Fusi'n de d&s is't&:&s de Bidr'gen&.

Para vencer la repulsión electrost/tica es necesario #ue lo nHcleos a usionar

alcancen una ener*ía cintica de aproximadamente de 10&e. Esta ener*ía se obtiene

mediante un intenso calentamiento 9se debe alcan7ar una temperatura de 108 K ;

adem/s de vencer la repulsión electrost/tica la probabilidad de #ue se produ7ca la

usión esta li*ada a #ue se debe poseer suicientes /tomos con ener*ía suiciente durante

un tiempo mínimo. Fos dos mtodos #ue se est/ desarrollando para poder lo*rar la

reacción nuclear de usión sonL el coninamiento ma*ntico 9C%G; el coninamiento

inercial 9C%?;.

• 2onfinamiento Inercial

%onsiste en crear un medio tan denso #ue las partículas no ten*an casi

nin*una posibilidad de escapar son c5ocar entre si. >na pe#ueIa esera

compuesta por deuterio tritio es impactada por un 5a7 de l/ser

provoc/ndose una implosión

!


43/102

Fig. (.(9 Fusi'n de d&s is't&:&s de Bidr'gen&.

• 2onfinamiento 6agn7tico

Fas partículas elctricamente car*adas del plasma son atrapadas en unespacio reducido por la acción de un campo ma*ntico. El dispositivo

m/s desarrollado tiene orma toroidal se denomina ToBa+aB .

El to&ama& es una c/mara toroidal de bobina ma*ntica una c/mara

de 2!m de altura de 2+m de di/metro con una capacidad de +'m .

Esta c/mara produce uertes campos ma*nticos producidos por *randes

imanes superconductores #ue ser/n utili7ados para coninar el plasma en

una vasija del reactor #ue tiene orma de aro.

Fig. (.(29 C&?:&sici'n de" dis:&siti& T&a?a.

(.,.(. enta;as Desenta;as

Fa usión nuclear es un recurso ener*tico potencial a *ran escala cuenta con

*randes ventajas respecto a otros tipos de recursosL

CuenteL 5ttpLVV.oronuclear.or*VesV

"


44/102

• Fos combustibles primarios son baratos abundantes no radioactivos

repartidos *eo*r/icamente de manera uniorme 9el a*ua de los la*os

los ocanos contiene 5idró*eno pesado suiciente para millones de aIos

respecto al ritmo consumo de ener*ía actual;.

• Sistema intrínsecamente se*uro el reactor sólo contiene el combustible

para los die7 se*undos si*uientes de operación. Fa reacción de usión no

es una reacción en cadena no es posible #ue se pierda el control en

cual#uier momento se puede parar la reacción cerrando sencillamente el

suministro de combustible.

•

Fa usión no produce *ases #ue contribuan al eecto invernadero lareacción en si solo produce 5elio *as no nocivo.

• Fa radioactividad de la estructura del reactor producida por los

neutrones emitidos en las reacciones de usión puede ser minimi7ada

esco*iendo cuidadosamente los materiales de baja activación.

• )ctualmente el nivel tecnólo*ico para poder desarrollar este tipo de

reacción esta en materia de investi*ación.

• Gediante investi*aciones se busca determinar si la reali7ación de la

usión nuclear es un proceso económico en la actualidad los trabajos de

investi*ación no se est/n orientando a la producción de ener*ía elctrica

mediante este tipo de reacción nuclearN aHn se est/ buscando soluciones

para #ue se vuelva viable el proceso de usión nuclear.

(.,.*. Futur& de "a -usi'n nuc"ear

Desde la construcción de los primeros dispositivos de plasma en los aIos 60 se

5an producido si*niicativos avances en el desarrollo de la usión nuclear por

coninamiento ma*ntico. Dentro de los pro*ramas internacionales mediante el sistema

por coninamento ma*ntico la construcción por la >nión Europea del =:oint European

(orus@ 9:E(; em el Reino >nido los experimentos #ue en el se llevaron desde 1-+ a

1--1 permitieron demostrar la posibilidad de mantener el processo de usión em el

plasma.

6


45/102

2.4.3.1. Pro/ecto ITER

Dado los buenos resultados del :E( en 1-+6 se ormó un consorcio

llamado ITER 9 International %hermonuclear E(perimental eactor ;

en el #ue participar/n siente socios 9>nión Europea ?ndia :apón

Rusia Estados >nidos %orea del Sur %5ina; la construcción se est/

reali7ando en %adarac5e Crancia . Fas obras se iniciaron en los aIos

201 la conclusión de la obra est/ proectada para el 201- se

manten*a en operación durante 20 aIos. El objetivo es probar todos

los elementos necesarios para la construcción uncionamiento de un

reactor de usión nuclear si es comercialmente actible adem/s de

reunir los recursos tecnoló*icos cientíicos de los pro*ramas de

investi*ación desarrollado 5asta entonces. Fas inversiones reali7adas

para su construcción se estiman cerca de " 000 millones de euros. Fos

costes de uncionamiento alcan7ar/n los " 00 millones de euros los

de desmantelamiento ascienden a !0 millones de euros!. El país

donde se instala 9Crancia; debe correr con los costes de preparación

del terreno de construcción del ediicio.

Basta a5ora el maor xito de usión ue en setiembre de 201 en los

laboratorios 3ational ?n*nition de Farence Fivermore 9EE.>>;

calentando el plasma con l/seres lo*raron una *anancia de ener*ía

superior a unoN el reactor ?(ER se est/ diseIando para consumir

"0GT producir "00GT.

2.4.3.2. @randes -tellarators

! CuenteL 5ttpLVV.oronuclear.or*VesV

'

Fig. (.(9 C&nstrucci'n ITER a" (8%,.


46/102

Fos stellarators 9reactor

estelar; son tambin

dispositivos toroidales

pero a dierencia de los

to&ama&s el campo

ma*ntico toroidal no se

*enera a partir de la

corriente de plasma sino

Hnicamente por bobinas exteriores. Fa primera m/#uina de

coninamiento ma*ntico se basó en este concepto pero debido a la

complejidad de su diseIo no consi*uieron *randes resultados ueron

abandonados debido a los buenos resultados obtenidos en los

primeros to&ama&s.

)un#ue el desarrollo de los steallarators sure un retraso respecto a

los to&ama&s los steallaratos de la si*uiente *eneración i*ualar/n los

par/metros conse*uidos en los to&ama&s actuales.

Fos proectos reali7ados sobre stellarators sonL Beliac Clexible 9(:M??;

en Gadrid el BSK 9Belicall Smmetric eKperiment; en la

>niversidad de Tisconsin FBD 9Far*e Belical Device; en :apón el

Tendelstein 'K construido en )lemania.

(./. A:"icaci&nes de" Urani&

)ntes de mencionar las principales aplicaciones del uranio describiremos de

orma cualitativa mencionando su ori*en características atómicas reservas uso los

eectos #ue provoca el mismo sobre los seres 5umanos.

(./.%. $rigen

:unto com todos los elementos con peso atómico superiores al del 5ierro el

uranio se ori*ina de orma natural durante las explosiones de las supernovas. El proceso

ísico determinante en el colapso de una supernova es la *ravedad. Fos valores tan

elevados de *ravedad #ue se da en las supernovas *eneran las capturas neutrónicas #ue

dan lu*ar a los /tomos m/s pesados entre ellos el uranio el protactínio.

+

Fig. (.*89 Dise=& de un Ste""arat&rs.


47/102

(./.(. Caracter)sticas

El uranio es um elemento #uímico met/lico de color plateado 8 *ris/ceo de la

serie de los actínidos su símbolo #uímico es > su nHmero atómico es -2. Por ello

posee -2 protones -2 electrones con una valencia de 6 8la valencia es el nHmero deelctrones presentes en su Hltima órbita ener*ticaM adem/s su nHcleo puede contener

entre 1!1 1!6 neutrones sus isótopos m/s abundantes son el uranioM2+ #ue posee

1!6 neutrones el uranioM2" com 1! neutrones. El uranio tiene el maor peso

atómico de entre todos los elementos #ue se encuentran en la naturale7a. En la

naturali7a se presenta em mu bajas concentraciones en rocas tierras a*ua los seres

vivos. Para su uso el uranio debe ser extraído concentrado a partir de minerales #ue lo

contienen como por ejemplo la uranitita. Fas rocas son tratadas #uímicamente paraseparar el uranio. El resíduo se denomina estril. Esos estriles contienen las mismas

sustYncias radioactivas #ue poseía el mineral ori*inal #ue no ueron separadas como

el radio el torio o el pot/sio.

El uranio natural est/ ormado por tres tipos de isótoposL uranioM2+ uranioM2"

uranioM2!. De cada *ramo de uranio natural el --.2+!W de la massa es uranioM2+ el

0.'11W uranioM2" 0.00+"W uranioM2!. El uranio decae mu lentamente emitiendo

partículas ala. El período de semidesinte*ración del uranioM2+ es aproximadamente

!.!'0 millones de aIos el uranioM2" es '0! millones de aIs lo #ue los convierte em

Htiles para estimar la edad de la (ierra.

El uranioM2" se utili7a como combustible en centrales nucleares 9por ser el

isótopo isible; en al*unos diseIos de armamento nuclear. Para producir combustible

el uranio natural es seperado em dos porciones. Fa porción combustible tiene m/s

uranioM2" #ue lo normal denomin/ndose uranio enri#uecido mientras #ue la porción

sobrante con menos uranioM2" de lo normal se llama uranio empobrecido. El uranio

natural enri#uecido o empobrecido es #uímicamente idZntico. El uranio empobrecido es

el menos radioactivo el enri#uecido m/s radioactivo. En el aIo 200- la sonda japonea

SEFE3E descubrió por primera ve7 indícios de uranio en la Funa.

(./.*. Reseras

Fa ?E) 9r*anismo ?nternacional de Ener*ía )tómica; la %DE

9r*ani7ación para la %ooperación el Desarrollo Económico; publican

-


48/102

periódicamente un inorme llamado >ranium Resources Production and Demand

conocido como =Red ,oo&@ donde se 5ace una estimación de las reservas mundiales de

uranio por países. Fos *randes productores son %anad/ )ustralia 4a7ajist/n Rusia

3i*er 3amibia ene7uela ,rasil.

Fig. (.*%9 Reseras Mundia"es de Urani&/.

De acuerdo con este inorme los recursos mundiales de uranio son suicientes

para satisacer las necesidades previstas. Se estima #ue la cantidad total de existencias

de uranio convencional #ue puede ser explotado por menos de 10 [V&* es de unos !.'

millones de toneladas #ue permitirían abastecer la demanda uranio para *eneración

nuclear de electricidad durante +" aIos. Sin embar*o los recursos mundiales de uranio

en total se consideran muc5o m/s alto. ,asado en la evidencia *eoló*ica el

conocimiento de los niveles de osatos de uranio estudiados se considera m/s de "

millones de toneladas disponibles para su explotación.

En 202" la capacidad mundial de la ener*ía nuclear se espera #ue cre7ca a entre

!"0$T 9un 22W; "0$T 9un !!W; de la capacidad de *eneración actual de cerca de

'0$T. Esto aumentar/ las necesidades de uranio anuales de entre +0 000 toneladas

100 000 toneladas6.

" CuenteL ReutersL =?nternational panel on issible [email protected] CuenteL 5ttpLVVcode.pediapress.comV

!0


49/102

Fig. (.*(9 #r&ducci'n ?ineras de urani& T&ne"adas de Urani&K.

(./.,. A:"icaci&nes

El principal uso del uranio en la actualidad es como combustible para los

reactores nucleares #ue producen el 1'W de la electricidad obtenida en el mundo. Para

ello el uranio es enri#uecido aumentando la proporción del isótopo uranioM2" desde el

0.'1W #ue se presenta en la naturale7a 5asta valores en el ran*o de M"W. El uranio

empobrecido es usado en la producción de municiones perorantes blindajes de alta

resistencia.

tros usos incluenL

• Por su alta densidad se utili7a el uranio en la construcción de

estabili7adores para aviones satlites veleros.

• Se 5a utili7ado uranio como a*re*ado para la creación de cristales de

tonos luorescentes verdes o amarillos.

' CuenteL T3) Gar&et Report Data >ranium.

!1


50/102

• El lar*o periodo de semidesinte*ración del isótopo uranioM2+ se utili7a

para estimar la edad de la (ierra.

• El uranioM2+ se convierte en plutonio en los reactores reproductores. El

plutonio puede ser usado en reactores o en armas nucleares.

Fig. (.**9 0&?!a de Fisi'n Nuc"ear.

• )l*unos accesorios luminosos utili7an uranio del mismo modo #ue lo5acen al*unos #uímicos oto*r/icos 9nitrato de uranio;.

• Su alto peso atómico 5ace #ue el uranioM2+ pueda ser utili7ado como un

eica7 blindaje contra las radiaciones de alta penetración.

• El uranio en estado met/lico es usado para los blancos de raos K para

5acer raos K de alta ener*ía.

• Certili7antes de osato a menudo contienen altos contenidos de uranio

natural debido a #ue el mineral del cual son 5ec5os es típicamente alto

en uranio.

(././. E5:&sici'n @ E-ect&s

>na persona estar expuesta al uranio 9o a sus descendientes radioactivos como el

radón; por la in5alación de polvo en el aire o por la in*estión de a*ua alimentos

contaminados. Fa cantidad de uranio en el aire es mu pe#ueIa sin embar*o las

!2


51/102

personas #ue trabajan en las /bricas o minas de uranio pueden 5acer aumento a su

exposición al uranio. %asas o estructuras #ue est/n sobre los depósitos de uranio

9naturales o depósitos artiiciales; pueden tener un aumento de la incidencia de la

exposición al *as radón.

Fa maoría de uranio in*erido se excreta naturalmente. Solo el 0."W es

absorbido cuando se in*ieren ormas insolubles de uranio como el óxido sin embar*o

los compuestos solubles de uranio tienden a pasar r/pidamente a travs de todo el

cuerpo mientras #ue los compuestos insolubles en especial cuando se in5ala polvo en

los pulmones representa un ries*o maor.

El uncionamiento normal del riIón cerebro 5í*ado cora7ón otros sistemas

pueden verse aectados por la exposición al uranio poru#e adem/s de ser dbilmente

radioactivo el uranio es un metal altamente tóxico incluso en pe#ueIas cantidades. Ba

estudios #ue determinan #ue una exposición ante el uranio puede causar deectos de

nacimiento daIo al sistema inmunitario en animales de laboratorio pero 5asta el

momento no 5a sido probado nin*Hn c/ncer en seres 5umanos como consecuencia de la

exposición al uranio.

!


52/102

CA#ÍTUL$ *

Centra"es Nuc"eares. %apítulo 2.Figura *9 %apítulo 2.Ta!"a *9 %apítulo2.

'ntes del primer %ítulo de Nivel ! de&en e(istir líneas *con fuentes de color &lanco)

con el siguiente detalle:-) 1 pala&ra con el Estilo +UNI %itulo N1 Blanco,

-) 1 pala&ra con el Estilo +UNI igura N1 Blanco,

-) 1 pala&ra con el Estilo +UNI %a&la N1 Blanco,

Estas líneas sirven para ue se numeren automaticamente los su&títulos. las figuras /

las ta&las0

*.%. Intr&ducci'n

Fas centrales nucleares son esencialmente dispositivos #ue transorman la

ener*ía liberada en el proceso de isión en ener*ía elctrica.

*.(. Centra"es TOr?icas Nuc"eares

>na central trmica transorma la ener*ía caloríica de un combustible 9*as

carbón; en ener*ía elctrica. (ambin se pueden considerar centrales trmicas a#uellas

#ue uncionan con ener*ía nuclear todas las centrales trmicas si*uen un ciclo de

producción de vapor destinado al accionamiento de las turbinas #ue mueven el rotor del

alternador.

#ases

1. Se calienta el a*ua lí#uida #ue 5a sido bombeada 5asta un serpentín de

calentamiento 9Sistema de tuberías;. El calentamiento de a*ua se produce

*racias a una caldera #ue obtiene ener*ía de la combustión del

combustible 9carbón pulveri7ado uel o *as;.

!!


53/102

2. El a*ua lí#uida pasa a transormarse en vaporN este vapor es 5Hmedo

poco ener*tico.

. Se sobrecalienta el vapor #ue se vuelve seco 5asta altas temperaturas

presiones.

!. El vapor sobrecalentado pasa por un sistema de conducción se libera

5asta una turbina provocando su movimiento a *ran velocidad es decir

*eneramos ener*ía mec/nica.

". Fa turbina est/ acoplada a un alternador solidariamente #ue inalmente

produce la ener*ía elctrica.

6. En esta etapa inal el vapor se enría se condensa re*resa al estado

lí#uido. Fa instalación donde se produce la condensación se llama

condensador. El a*ua lí#uida orma parte de un circuito cerrado volver/

otra ve7 a la caldera previo calentamiento.

3? Parrao 3ivel 2@A.

*.(.%. Esue?a Genera" de una Centra"

!"


54/102

Ci*ura .1 Es#uema *eneral de uma %entral

*.(.(. Cic"& Ranine*.(.*. Esue?a de" Cic"&

*.(.,. React&r Ti:&sK

>n reactor nuclear es una instalación capa7 de iniciar mantener

controlar las reacciones de isión en cadena con los medios adecuados para extraer el

calor *enerado. >n reactor nuclear consta de varioas elementos #ue tienen cada uno un

papel importante en la *eneración del calor. Estos elementos sonL

• E" c&?!usti!"e ormado por un material isionable *eneralmente un

compuesto de uranio en el #ue tienen lu*ar las reacciones de isión

por tanto es la uente de *eneración del calor.

• E" ?&derad&r #ue 5ace disminuir la velocidad de los neutrones r/pidos

llev/ndolos a neutrones lentos o trmicos. Este elemento no existe en los

reactores denominados r/pidos. Se emplean como materialesmoderadores el a*ua el *raito el a*ua pesada.

• E" re-rigerante #ue extrae el calor *enerado por el combustible del

reactor. $eneralmente se usan reri*erantes lí#uidos como el a*ua li*era

el a*ua pesada o *ases como el an5ídrido carbónico el 5elio.

• E" re-"ect&r #ue permite reducir el escape de neutrones de la 7ona del

combustible por tanto disponer de m/s neutrones para la reacción encadena. Fos materiales usados como relectores son el a*ua el *raito

el a*ua pesada.

• L&s e"e?ent&s de c&ntr&" #ue actHan como absorbentes de neutrones

permiten controlar en todo momento la población de neutrones por

tanto la reactividad del reactor 5aciendo #ue sea crítico durante su

uncionamiento subcrítico durante las paradas. Fos elementos de

!6


55/102

control tienen ormas de barras aun#ue tambin pueden encontrarse

diluido en el reri*erante.

• E" !"inda;e #ue evita el escape de radiación *amma de neutrones del

reactor. Fos materiales usados como blindaje son el 5ormi*ón el a*ua

el plomo.

Ti'os de Rectores

React&r de agua a :resi'n #PRK #ue emplea a*ua li*era como

moderador reri*eranteN óxido de uranio enri#uecido como

combustible. El reri*erante circula a una presión tal #ue el a*ua no

alcan7a la ebullición extrae el calor del reactor #ue despus lleva a un

intercambiador de calor donde se *enera el vapor #ue alimenta a la

turbina.

React&r de agua en e!u""ici'n 0PRK #ue emplea elementos similares

al anterior pero a5ora el reri*erante al trabajar a menor presión alcan7a

la temperatura de ebullición al pasar por el nHcleo del reactor parte del

lí#uido se transorma en vapor el cual una ve7 separado de a#ul reducido su contenido de 5umedad se conduce 5acia la turbina sin

necesidad de emplear el *enerador de vapor.

React&r de agua :esada >PRK #ue emplea a*ua pesada como

moderador. Existen versiones en las #ue el reri*erante es a*ua pesada a

presión o a*ua pesada en ebullición. Puede emplear uranio natural o

li*eramnte enri#uecido como combustible.

React&r de gra-it&Hgas. Este tipo de reactores usan *raito como

moderador %2 como reri*erante. Gientras #ue los primeros

react

ee315-1502-gr02-nucl-infor-151016.docx

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