TEMA 3

Fusión nuclear

Reacción entre núcleos de átomos ligeros que conduce a la formación de un núcleo más pesado que los iniciales, acompañada de la emisión de partículas elementales y de energía.

Fisión nuclear

Reacción en la que tiene lugar la ruptura de un núcleo pesado, generalmente en dos fragmentos cuyo tamaño son del mismo orden de magnitud, y en la cual se emiten neutrones y se libera gran cantidad de energía.

Reacción de fisión:

Un núcleo pesado absorbe un neutrón y se escinde en 2 núcleos más ligeros llamados productos de fisión, líberándose una gran cantidad de energía, emitiendo al mismo tiempo varios neutrones (1 a 5), radiación ? (fotones) y otras partículas de menor importancia, como neutrinos. La importancia de la reacción de fisión reside precisamente en la emisión de neutrones, ya que la idea esencial para obtener energía de fisión consiste en utilizar los neutrones producidos en una fisión para inducir otra reacción, de modo que se propague una cadena de reacciones de fisión por medio de neutrones producidos en las mismas.

Si se desea mantener la reacción de fisión en cadena estable (en estado estacionario), es decir, que no crezca ni decaiga con el tiempo, se deben disponer los medios para que precisamente un neutrón procedente de cada fisión induzca una nueva fisión.La energía media que se libera en una reacción de fisión del U²³⁵ es de 200 MeV. El número de fisiones por segundo necesarias para producir 1 MW de potencia en un reactor es:

Uno de los productos de fisión más importantes son los neutrones que se emiten en el proceso de fisión. La mayor parte de los neutrones se producen en un intervalo de tiempo muy corto, del orden de 10^-17 segundos después de la fisión y reciben el nombre de neutrones instantáneos.
Una pequeña fracción de los neutrones totales emitidos (menos del 1%) en un reactor aparece con un cierto retardo (en promedio, unos 13 segundos) y se denominan neutrones diferidos, y aparecen durante la desintegración de los productos de fisión.

5. TIPOS DE CENTRALESPWR (central de agua a presión)

Moderador y refrigerante: agua ligera.Combustible: uranio ligeramente enriquecido, UO2.Elementos combustibles:– Matriz cuadrada de varillas de zircaloy.– 16×16.Presión en el núcleo: 17 MPa (170 Bares).Temperatura refrigerante: – Entrada a 280 ºC.– Salida a 330 ºC.Hay de uno a cuatro generadores de vapor. Las barras de control se introducen por la parte superior de la vasija. Además de las barras de control, se puede verter ácido bórico al refrigerante (absorbente de neutrones). Se trata de un procedimiento exclusivo de este tipo de reactor.

5.2. BWR (central de agua en ebullición)

El principio básico del reactor de agua en ebullición es aprovechar la energía térmica desprendida por la fisión nuclear para hacer hervir el agua contenida en la propia vasija del reactor, es decir, en contacto directo con las vainas del combustible. La misma agua interviene, además, como moderador de la reacción nuclear.

El vapor generado pasa a unos secadores y posteriormente a la turbina. La vasija es el doble de grande que en los PWR, ya que alberga los secadores de vapor.

Presión: 7 MPa 70 (Bares).

Temperatura: 300 ºC

Las barras de control se introducen en el núcleo por la parte inferior. Se insertan entre 4 elementos combustibles. Los elementos combustibles son 8×8.

Puesto que el vapor se produce directamente en el núcleo del reactor, no existe en estas centrales el generador de vapor entre los circuitos primario y secundario.

3. CICLO DE COMBUSTIBLE

3.1. OBTENCIÓN DEL MATERIAL COMBUSTIBLE

– 1. Minería.– 2. Concentración• Física: eliminación de estériles.• Química– Disolver el mineral en medio ácido o básico. – Extracción por disolventes. – Precipitación de la mezcla obtenida. – Filtrado y secado de la mezcla. – Obtención del yellow cake– 3. Purificación• Disolución del yellow cake en ácido nítrico.  • Procesos de purificación. • Se obtiene F4U.– 4. Conversión de F4U a F6U.– 5. Enriquecimiento• El F6U en forma de gas se enriquece  • Reconversión de F6U en F4U. • Transformación de F4U en UO2 (óxido de uranio).– 6. Elaboración del material combustible.

3.2. FABRICACIÓN DE LOS ELEMENTOS COMBUSTIBLES

El óxido de uranio se transforma en pastillas cerámicas que se introducen en vainas de una aleación de circonio. Estas vainas se cierran con tapones herméticos y se disponen en elementos combustibles, listos para transportarlos a los reactores.

3.3. GESTIÓN DEL COMBUSTIBLE EN EL REACTOR

Los elementos combustibles se colocan en una estructura metálica colocada dentro de la vasija de presión. Cada elemento permanece en el reactor unos tres o cuatro años, hasta que el uranio se consume todo lo posible. Durante su estancia en el reactor, cada elemento es cambiado varias veces de sitio, desde la periferia hacia el central para que la mayor presencia de neutrones que hay en el centro compense la disminución de su uranio y la absorción parásita en los fragmentos de fisión. Los combustibles gastados se extraen del núcleo y se almacenan en una piscina para que se enfríen y que decaiga la radiactividad de los fragmentos de fisión.

3.4. REPROCESADO DEL COMBUSTIBLE GASTADO

Los combustibles gastados pueden reelaborarse para separar los combustibles no consumidos y los productos de fisión, para su reutilización y disposición final, respectivamente (ciclo cerrado), o tratarse como residuos y almacenarse en instalaciones subterráneas llamadas repositorios (ciclo abierto). España ha elegido, de momento, esta última opción.

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