centralsocupes

Just another WordPress.com weblog

Les centrals nuclears Mai 29, 2010

La central nuclear

Un reactor nuclear o central nuclear són unes instal·lacions dissenyades per a produir energia a partir de la reacció en cadena de fissió nuclear o fusió nuclear iniciada, controlada, i sostinguda de forma controlada.Si bé el terme “reactor nuclear” pot fer referència a un reactor de fusió, aquest mot normalment s’usa per designar un aparell de fissió nuclear. El primer reactor nuclear va ser dissenyat i posat en marxa pel premi Nobel de Física Enrico Fermi sota les grades del camp de rugbi de la Universitat de Chicago el 2 de desembre de 1942.

Parts de la central

  • El vas del reactor és un recipient d’acer pur que conté una font de neutrons, per poder iniciar la reacció en cadena i el combustible nuclear, com ara l’urani, l’urani enriquit i el plutoni.
  • El moderador té la funció de reduir la velocitat dels neutrons emesos en les reaccions de fissió, per assegurar el seu impacte amb altres àtoms fissionables i mantenir la reacció. Es sol utilitzar aigua i grafit.
  • Les barres de control estan formades per materials que absorbeixen neutrons i la seva funció és regular el nombre de fissions que es produeixen a l’interior del reactor. Quan aquestes estan totalment introduïdes, la reacció en cadena s’atura. El reactor té un sistema de control de temperatura que actua sobre el posicionador de les barres de control. Les barres de control estan fabricades amb aleacions de bor, cadmi i hafni
  • El refrigerant evita el sobreescalfament del reactor i transporta la calor generada al grup turbina-alternador. Els refrigerants poden ser líquids com l’aigua, el sodi i el potassi, o gasosos com el diòxid de carboni, l’heli, l’hidrogen i el nitrogen

Reactors de fusió

Estan en fase d’investigació, ja que es requereixen unes condicions de funcionament molt extremes.

Reactors experimentals de fusió

El principal inconvenient de construir un reactor de fusió és la seva rendibilitat: per ara es gasta més energia en preparar el combustible en les condicions òptimes per a una reacció controlada que l’energia que es produeix. El reactor experimental ITER que s’està construint a Cadarache (França) hauria de salvar aquesta dificultat.

Reactors de fissió

Els reactors nuclears produeixen escalfor per la generació elèctrica, escalfor domèstica i industrial, dessalinització, i propulsió naval. Tenen moltes aplicacions per a la recerca científica com la producció de neutrons i la creació d’isòtops radioactius (radioisòtops).

L’energia nuclear pot ser produïda en un generador termoelèctric per radioisòtops, que produeix escalfor per mitja de la desintegració radioactiva subcrítica més que per la fissió en una massa pròxima a la crítica. Aquests generadors han estar usats per donar energia a sondes espacials i en alguns fars construïts a la Unió Soviètica.

[modifica] Ciència bàsica

Per produir energia per un generador elèctric, una planta d’energia nuclear usa la fissió nuclear. En aquest procés, el nucli d’un element molt energètic com l’urani absorbeix un neutró lliure lent, es torna inestable, i llavors es romp en dos àtoms més petits.

El procés de fissió de l’àtom d’urani produeix dos àtoms més petits, d’un a tres neutrons lliures ràpids, i una quantitat d’energia.

La fissió de l’urani produeix més neutrons dels que necessita. Per tant la reacció por ser sostinguda per ella mateixa. Una radioactivitat realçada, controlada, causada per una reacció en cadena.

Els neutrons ràpids alliberats han de ser moderats abans que puguen ser absorbits pel pròxim àtom energètic. Aquest procés de desacceleració es produeix per la col·lisió de neutrons amb àtoms de substàncies anomenades moderadors. Com a moderadors es fan servir substàncies amb àtoms lleugers, ja que l’efecte moderador és més eficient com més semblants siguin les masses dels neutrons i dels àtoms del moderador. Així, entre els moderadors més emprats hi ha l’aigua i el grafit (carboni cristal·lí), que també té l’avantatge del seu punt de fusió molt elevat.

En la majoria de les plantes nuclears del món, l’energia calorífica generada per la fissió de l’urani es recull per aigua purificada i es duta a fora del nucli del reactor com en una màquina de vapor en els reactors de aigua bullent, o com aigua sobreescalfada en els reactor d’aigua a pressió.

En un reactor nuclear és un produeix energia a partir de la fissió d’urani compost pels isòtops 235U, i 238U. Quan un neutró arriba al nucli del 235U, aquest nucli es torna inestable, fissiona (seguint el camí marcat en la seva cadena de desintegració), i allibera dos, o tres neutrons. Aquests neutrons acaben induint la fissió d’un nou nucli de 235U, o també poden convertir un nucli de 238U, en 239Pu (un isòtop del plutoni). Aquestes reaccions també donen un sobrant de neutrons que poden ser utilitzats per crear altres isòtops radioactius.

Reactors d’aigua a pressió (PWR)

Utilitzen urani enriquit com a combustible, i aigua com a moderador i refrigerant. Utilitza dos circuits de refrigeració: el primari amb aigua a pressió que mai surt de l’edifici de contenció, portant la calor del reactor a un intercanviador de calor i el secundari d’aigua en ebullició que rep la calor a l’intercanviador a l’edifici de contenció i amb el vapor generat mou les turbines. El seu senzill disseny permet alliberar la part superior del reactor per poder posar-hi les barres de control, de forma que en cas d’emergència es pot tallar (amb un robot o un explosiu) la seva sustentació i aturar de cop la central, fins i tot en absència d’una font d’energia auxiliar. Més de 50% de les centrals en funcionament utilitzen aquest tipus de reactor (entre elles Ascó I i II i Vandellòs II[1]).

Reactors d’aigua bullint (BWR)

Utilitzen urani enriquit com a combustible, i aigua com a moderador i refrigerant. Utilitza un sol circuit de refrigeració, de forma que el vapor que mou la turbina està format per aigua que a passat per l’interior del reactor. Per això l’edifici de turbines ha de estar protegit per evitar emissions radioactives. Per altra banda, la necessitat de més espai pels assecadors de vapor i separadors al vas del reactor obliguen que les barres de control entrin per la part inferior del reactor, de manera que es necessita energia auxiliar per pujar-les i aturar el reactor en cas d’emergència, l’absència de la qual pot portar a accidents catastròfics com el de Txernòbil. Un 25% de les centrals en funcionament utilitzen aquest sistema.

Reactors de neutrons ràpids

La caracteristica principal és que no utilitza moderador, com a conseqüència, les fissions es realitzen amb neutrons ràpids. L’únic inconvenient és que per tal de mantenir la reacció nuclear, és necessari que la quantitat de combustible per unitat de volum sigui molt superior a la dels reactors tèrmics. La potència tèrmica és molt elevada i s’utilitza sodi liquid com a refrigerant. Com a combustible s’utilitza U235 o Pu239 recobert per U238, que en abosrbir neutrons es converteix en Pu239. D’aquesta manera també es pot anomenar reactors reproductors, ja que s’obté més combustible del que es gasta. Hi ha poques centrals d’aquest tipus, ja que aquesta tecnologia es troba en fase d’experimentació. El rendiment obtingut pot ser 60 vegades superior al dels reactors tèrmics. Consten d’un circuit primari de refrigeració, un circuit secundari de sodi líquid i un circuit terciari d’on s’obté vapor d’aigua per accionar el grup turbina-alternador.

viquipèdia