Como se produce la energia nuclear

Reactor nuclear

La central nuclear de Leibstadt, de 1200 MWe, en Suiza. El reactor de agua en ebullición (BWR), situado en el interior de la estructura cilíndrica con cúpula, se ve empequeñecido por su torre de refrigeración. La central produce una media anual de 25 millones de kilovatios-hora al día, suficiente para abastecer a una ciudad del tamaño de Boston[1].

La energía nuclear es el uso de reacciones nucleares para producir electricidad. La energía nuclear puede obtenerse a partir de reacciones de fisión nuclear, desintegración nuclear y fusión nuclear. En la actualidad, la mayor parte de la electricidad procedente de la energía nuclear se produce mediante la fisión nuclear del uranio y el plutonio en las centrales nucleares. Los procesos de desintegración nuclear se utilizan en aplicaciones nicho como los generadores termoeléctricos de radioisótopos en algunas sondas espaciales como la Voyager 2. La generación de electricidad a partir de la energía de fusión sigue siendo el centro de la investigación internacional.

La energía nuclear civil suministró 2.586 teravatios hora (TWh) de electricidad en 2019, lo que equivale a alrededor del 10% de la generación mundial de electricidad, y fue la segunda fuente de energía de baja emisión de carbono después de la hidroelectricidad. En septiembre de 2021,[actualización] hay 444 reactores de fisión civiles en el mundo, con una capacidad eléctrica combinada de 396 gigavatios (GW). También hay 53 reactores de energía nuclear en construcción y 98 reactores planificados, con una capacidad combinada de 60 GW y 103 GW, respectivamente. Estados Unidos cuenta con el mayor parque de reactores nucleares, que generan más de 800 TWh de electricidad sin emisiones al año con un factor de capacidad medio del 92%. La mayoría de los reactores en construcción son de la generación III en Asia.

Fisión nuclear

El impacto medioambiental del desastre de Chernóbil fue inmediato. A lo largo de kilómetros alrededor de la instalación, el bosque de pinos se secó y murió. El color rojo de los pinos muertos le valió a esta zona el apodo de Bosque Rojo. Los peces del cercano río Pripyat tenían tanta radiactividad que la gente ya no podía comerlos. El ganado y los caballos de la zona murieron.Más de 100.000 personas fueron reubicadas tras la catástrofe, pero el número de víctimas humanas de Chernóbil es difícil de determinar. Los efectos del envenenamiento por radiación sólo aparecen después de muchos años. Los cánceres y otras enfermedades pueden ser muy difíciles de atribuir a una sola fuente. El futuro de la energía nuclearLos reactores nucleares utilizan la fisión, o la división de átomos, para producir energía. La energía nuclear también puede producirse mediante la fusión, o la unión (fusión) de átomos. El sol, por ejemplo, está constantemente en proceso de fusión nuclear cuando los átomos de hidrógeno se fusionan para formar helio. Dado que toda la vida en nuestro planeta depende del sol, se podría decir que la fusión nuclear hace posible la vida en la Tierra. Las centrales nucleares no tienen la capacidad de producir energía de forma segura y fiable a partir de la fusión nuclear. No está claro si el proceso será alguna vez una opción para producir electricidad. Sin embargo, los ingenieros nucleares están investigando la fusión nuclear porque es probable que el proceso sea seguro y rentable.

Central de beaver valley

Las centrales nucleares utilizan combustible de uranio poco enriquecido para producir electricidad mediante un proceso llamado fisión, es decir, la división de los átomos de uranio en un reactor nuclear. El combustible de uranio consiste en pequeñas y duras pastillas de cerámica que se empaquetan en tubos largos y verticales. Los paquetes de este combustible se introducen en el reactor.

Una sola pastilla de uranio, ligeramente más grande que la goma de un lápiz, contiene la misma energía que una tonelada de carbón, 3 barriles de petróleo o 17.000 pies cúbicos de gas natural. Cada pastilla de combustible de uranio proporciona hasta cinco años de calor para la generación de energía. Y como el uranio es uno de los metales más abundantes del mundo, puede proporcionar combustible a las centrales nucleares comerciales del mundo durante generaciones.

La energía nuclear también ofrece muchas ventajas para el medio ambiente. Las centrales no queman ningún material, por lo que no producen subproductos de la combustión. Además, como no producen gases de efecto invernadero, las centrales nucleares ayudan a proteger la calidad del aire y a mitigar el cambio climático.

Cuando se trata de eficiencia y fiabilidad, ninguna otra fuente de electricidad puede igualar a la nuclear. Las centrales nucleares pueden generar continuamente electricidad a gran escala, las 24 horas del día, durante muchos meses seguidos, sin interrupción.

Cómo funcionan las centrales nucleares

La energía nuclear procede de la energía de enlace que se almacena en el centro de un átomo y lo mantiene unido. Para liberar la energía, el átomo tiene que dividirse en átomos más pequeños. Este proceso se llama fisión.

Durante la reacción, los átomos más pequeños no necesitan tanta energía de enlace para mantenerse unidos, por lo que la energía extra se libera en forma de calor y radiación. El vapor se utiliza entonces para hacer girar una turbina que acciona generadores para producir electricidad.

1. La vasija del reactor es una cápsula de acero resistente que alberga elementos combustibles, cilindros metálicos sellados que contienen uranio. Los neutrones se disparan contra los átomos de uranio, haciendo que se dividan y liberen más neutrones. Éstos chocan con otros átomos, provocando más divisiones, y así continúa la reacción en cadena. Es esta reacción en cadena la que genera la enorme cantidad de calor necesaria para la siguiente etapa.

2. El agua se calientaEl agua pasa por la vasija del reactor, donde la reacción en cadena la calienta a unos 300°C. El agua debe permanecer en estado líquido para que la central funcione, por lo que el presurizador aplica unas 155 veces la presión atmosférica, para evitar que hierva y se evapore.