Central Nuclear o Atómica: [Funcionamiento, Uso, Eficiencia y Riesgos]

 

¿Qué es una central nuclear?

Una central nuclear es la instalación de tipo planta industrial, que usa la energía atómica para generar electricidad, sitio donde ocurren reacciones complejas en reactores nucleares, bajo un proceso denominado combustión nuclear fisionable, que proporciona calor gracias a un ciclo termodinámico que convierte en energía eléctrica, el trabajo mecánico ejecutado por alternadores que se mueven en forma constante.

En el interior del reactor nuclear, debe producirse mucha energía térmica a partir de un elemento que debe fisionarse: el uranio natural o enriquecido, del tipo isotopo uranio -235 alta, un combustible nuclear muy poderoso buscado en la naturaleza.

Partes que componen una central nuclear

Las partes y/o componentes centrales del reactor son:

Núcleo

centrla nuclear componentesConsta de un contenedor donde se hallan bloques de un material capaz de aislar la radiactividad. Puede ser de material a base de grafito u hormigón y está relleno con combustible nuclear (uranio -235 o plutonio -239).

Moderadores

Mantienen la reacción en cadena del material radiactivo, bajo control, tras ocurrir el empleo de otros elementos que provocan una reacción moderada en cadena que absorbe el exceso de neutrones liberados.

Reflector

Rodea al núcleo del reactor nuclear y tienen la función de devolver al núcleo parte de los neutrones que se fugan o liberan en la reacción química ocurrida.

Barras de control

Son dispositivos que se sumergen en el reactor para acelerar y moderar el factor de multiplicación de los procesos de reacción que ocurren en cadena en el llamado circuito nuclear.

Blindaje

central nuclear qué esEl reactor está protegido externamente por una especie de ropaje especial capaz de absorber la radiactividad emitida en forma de neutrones, partículas alfa y beta y radiación gamma. Se usa hormigón y acero para forrar o aislar el reactor.

Circuito de refrigeración

Es una zona externa que cumple la misión de extraer el exceso de calor generado en la reacción. El vapor que sale de la turbina se condensa acá y después regresa a la caldera.

Estas instalaciones también  constan de las siguientes partes o componentes principales: 

  • Una turbina de vapor.
  • Un alternador.
  • 2 o 3 circuitos, llamados primario, secundario y terciario.
  • Una o varias torres de refrigeración del fluido condensador (agua).

¿Qué vida útil tiene una central nuclear?

Una planta nuclear puede alcanzar una  vida útil promedio de unos 30 años  y el principal problema es la cantidad de residuos tóxicos que se acumulan en depósitos especiales.

¿Para qué sirven las centrales nucleares?

Estas plantas, son grandes productoras de electricidad que operan las 24 horas del día, siendo capaces de garantizar un servicio continuo de energía mucho más estable que otras fuentes primarias renovables que también producen luz eléctrica, como la energía eólica (a partir del viento) o la solar, pero que dependen de condiciones atmosféricas variables que no garantizan un fluido eléctrico constante.

¿Qué ventajas tiene?

Entre  las principales ventajas o beneficios tenemos: 

Garantiza una continuidad del servicio eléctrico de mucha estabilidad

Las plantas nucleares trabajan día y noche sin parar. Es decir, producen  24 horas continuas electricidad. 

Por ejemplo:
Otros tipos de energías renovables, como la mareomotriz, eólica o geotérmica, pueden ser útiles. Sin embargo no dan la estabilidad que puede dar la energía atómica. Dependen mucho de las diferentes variables ambientales.

Es una de las energías más limpias de todas

ventajas de reactor nuclearEstá libre de emisiones de dióxido de carbono (CO2) que contaminan el medioambiente y afectan la salud de las personas. Esto frena el avance del daño sobre el planeta, ya que este tipo de energía no depende del uso de combustibles fósiles.

Es un negocio rentable

El combustible empleado, el uranio, es muy eficiente. 32,3 kilogramos de uranio tienen la energía equivalente a  100.000 toneladas de carbón,  según cálculos del Foro Nuclear español, instancia que igualmente considera que el peso del uranio siempre es pequeño en relación al coste total de la producción de electricidad, obteniéndose de esta forma el kilovatio-hora (kWh) a unos costes razonables.

La expulsión de vertidos contaminantes al exterior son mínimos

 Siempre que no ocurran accidentes fatales,  las descargas en forma gaseosa que salen por la chimenea y en forma líquida a través de un canal de descarga, son realmente bajos en concentraciones contaminantes.

Por ello, frenan la acumulación de residuos tóxicos en la atmósfera.

Genera buenas fuentes de empleo

Se requiere contratar al menos unos 500 especialistas y técnicos.

Por ejemplo:
Nada más en España, este sector da trabajo a unas 30.000 personas, entre puestos directos e indirectos.

¿Qué desventajas tiene una central nuclear?

Veamos ahora las desventajas que tiene una central nuclear:
  • central nuclear desventajasProduce residuos radiactivos muy peligrosos que deben almacenarse con mucho cuidado durante largos períodos de tiempo, ya que la radiactividad tarda mucho en eliminarse, a veces miles de años, aunque afortunadamente no son voluminosos dichos desechos, lo que permite que se manejen fácilmente en su proceso de aislamiento.
  • Produce contaminación térmica de las aguas cercanas a la central nuclear. Aunque no contamina tanto como una central térmica.
  • El combustible usado es costoso, aunque el uranio es abundante y está disperso en diferentes lugares del planeta.
  • Demanda un altísimo coste de construcción y un poco menos de mantenimiento, por lo que aún no logran ser más populares que la electricidad proveniente de la energía de los combustibles fósiles. Y a eso, debe agregarse que también se usa la energía atómica con fines bélicos.
  • Genera accidentes de grandes consecuencias para los ecosistemas y la salud de las personas afectadas por las radiaciones de los residuos tóxicos.

¿Cómo produce la energía una planta nuclear?

  • En términos sencillos, en una central nuclear la energía se extraerá del núcleo de átomos que deben ser divididos mediante el llamado proceso de fisión nuclear.
  • Todos los átomos son poseedores de enlaces internos que unen sus subpartículas, denominadas electrones, protones y neutrones, ubicadas dentro del núcleo.
  • Cuando estos enlaces se dividen o se rompen, desprenden gran cantidad de energía que proviene del enlace interior del átomo que unía las partículas. La fisión nuclear se provoca artificialmente y se controla.

¿Pero de qué forma ocurre este proceso?

  1. A un átomo de un elemento químico de grandes dimensiones, se le dispara un neutrón a determinada velocidad para que rompa el núcleo del átomo, formado por protones y neutrones enlazados que contienen mucha energía. Todo esto provoca que se desprenda energía en forma de calor, o energía térmica.
  2. Se inducen reacciones en cadena en la parte central o núcleo del reactor, con ayuda de un elemento radiactivo químico grande o pesado, de elevada masa atómica, como el uranio, a fin de que la energía que se obtenga sea mayor a la utilizada.
  3. Un dispositivo lleno de tubos por donde circula un líquido refrigerante, será responsable de transportar o sacar el calor del depósito, a fin de enfriarlo para evitar que estalle.
  4. Después sobreviene otro proceso. Gracias al calor obtenido o a la energía térmica que se produjo producto de las reacciones nucleares, se calienta agua hasta que hierva a altísimas temperaturas. Como se sabe, el agua, a presiones elevadas, se convierte en vapor y éste moverá las aspas de una turbina, con lo que la energía térmica se transformará en energía mecánica.
  5. Dicha turbina va conectada a un alternador o generador eléctrico, que transformará a su vez la energía mecánica en electricidad.
  6. Otra cosa: las centrales nucleares siempre deben estar cerca de una fuente de agua fría, como lo son un río, el mar o un lago para garantizar el circuito de refrigeración.

¿Son peligrosas las centrales nucleares?

El manejo de una planta de fisión nuclear no es ninguna tontería y requiere controlar variables de riesgos enormes que deben ser minimizados, con sistemas de protección y control estrictos. Aunque cabe destacar que las tecnologías de seguridad cada vez las blindan más y mejor.

En realidad, son potencialmente muy peligrosas, porque el manejo de residuos radiactivos, en caso de ser liberados al medioambiente en forma accidental o indeseada, ocasiona daños severos a la salud de las personas hasta causarles la muerte y procesos irreversibles de destrucción de los ecosistemas, que jamás podrán recuperarse.

Por ejemplo:

centrales atómicasSalvando las distancias, podemos hacer la analogía de una central nuclear como medio para generar energía a la de un avión como medio de transporte. 

El avión es altamente seguro y eficiente en términos de transporte de personas. Nunca antes habíamos podido viajar a tantas partes del mundo como ahora. El barco es demasiado lento, y ya no comparemos los coches.

Sin embargo, ¿qué pasa cuando hay un accidente de avión? Aparece en todos los medios. Las consecuencias son terribles porque mueren cientos de personas. 

Algo así pasa con las centrales nucleares. Son eficientes y producen grandes cantidades de energía. También tienen muchísima seguridad.

El problema es cuando algo falla. Las consecuencias tienen efectos devastadores.

No obstante, la utilización de combustible fósiles está afectando a la ecología del planeta de forma mucho más grave y paulatina.

¿Qué tipo de seguridad tienen?

seguridad de la central nuclearSegún refiere el sitio web foronuclear.org, hay  dos grandes tipos de seguridad en una planta nuclear: intrínseca e incorporada. 

Seguridad intrínseca

La seguridad intrínseca es aquella que garantiza la imposibilidad de que ocurra una reacción de fisión nuclear INCONTROLABLE, que pueda causar un accidente fatal a nivel atómico.

Esta guarda relación con las características físicas que influyen sobre el comportamiento del combustible usado en la reacción nuclear o material fisionable, es decir, el uranio.

Se manejan aquí variables como:

  • Enriquecimiento del combustible.
  • La configuración de su distribución.
  • Estructura de soporte y separación entre barras del combustible.
  • Chequeo de las condiciones del número total de las barras de control.
  • Temperatura del refrigerante, así como la presencia de burbujas de vapor que modificarán la denominada moderación neutrónica.

Seguridad incorporada

Y cuando se habla de seguridad incorporada, esto refiere a todos los elementos adicionales de detección, control y freno inmediato de una reacción nuclear indeseada que salta los niveles permitidos.

Por lo que se deben  emplear mecanismos rigurosos de control en el núcleo del reactor,  que deberán ser accionados por un operario experto o por dispositivos que se disparen automáticamente, produciéndose una parada automatizada de seguridad, además del trabajo que realizan las llamadas barreras de protección instaladas.

Es muy importante que estas instalaciones sean construidas en zonas de muy baja o nula actividad volcánica, sísmica y preferiblemente que sean de baja densidad poblacional.

Sabías qué...

De hecho, es una de las cosas que se reprocharon a Japón cuando ocurrió el desastre de Fukushima.

Teniendo en cuenta la actividad sísmica que tiene el país nipón y que la propia palabra «tsunami» es japonesa, el riesgo que corren los japoneses con reactores nucleares es mucho mayor al habitual.

Igualmente, se recomienda que todas las personas que viven en la periferia de la planta, sean o no trabajadores de la misma, reciban el entrenamiento necesario para saber cómo actuar en caso de una emergencia, para de esta forma asumir un desalojo seguro y efectivo.

Por lo tanto, toda la población debe conocer  el plan de Emergencia (interior y exterior)  estructurado por la planta nuclear y participar de los simulacros.

Sabías qué...
La accidentalidad tiene varios grados de gravedad, que han sido descritos en la Escala Internacional de Accidentes Nucleares (INES) por iniciativa del Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) accidentes que va de una escala mínima de 0, hasta una máxima de 7.

¿Qué desastres ecológicos se han producido por las centrales nucleares?

A nivel mundial, el portal enciclopédico Wikipedia reporta la existencia de unas 444 centrales nucleares, donde el país de mayor número de instalaciones de este tipo es Estados Unidos, con 104, seguido por Francia, con 58 plantas, Japón sigue muy cerca con 54 plantas construidas, Corea del Sur con 21, entre otros países. 

central nuclearEspaña tiene siete reactores nucleares.

Esto significa que un 17% de la capacidad de producción de electricidad total del mundo, es originada gracias a la energía atómica.

Una treintena de países poseen reactores nucleares.

La primera central nuclear del planeta se hizo en la antigua Unión de Repúblicas Socialistas Soviéticas (URSS), levantada en 1954, pero tuvieron que transcurrir tres años para que los ingleses construyeran dos plantas atómicas más para generar electricidad.

Han sido más de una veintena los accidentes ocurridos en estas centrales nucleares construidas en el planeta, a lo largo de la evolución de esta energía limpia basada en la potencia milagrosa del átomo y el uso del uranio como combustible.

Hasta ahora, se reportan  tres grandes accidentes nucleares en el mundo. 

Uno en  Estados Unidos, en la central nuclear de Three Mile Island,  ubicada en Pensilvania, en el año de 1979. El tristemente célebre de Chernóbil, en 1986, catalogado como el peor accidente nuclear de la historia de la humanidad.  Y el de Fukushima, en Japón, en marzo de 2011.

Three Mile Island

reactor nuclearEl accidente de Three Mile Island, comenzó en la madrugada de un 28 de marzo de 1979, por culpa de  un fallo en un circuito de la planta que produjo un escape pavoroso de agua  radiactiva en la zona de los circuitos de refrigeración del reactor.

Esto ocurrió cuando la planta operaba a un 97% de su capacidad máxima de potencia (1.000 MW) y se determinó que fallas humanas desencadenaron la tragedia.

 El sistema de enfriamiento falló y se produjo un escape de materiales radioactivos  a la zona de materiales secundarios, que provocó la evacuación de todo el personal y comunidades aledañas a la zona industrial en riesgo.

Lo increíble fue que pese que se produjo el desalojo de más de 25 mil personas,  no hubo muertes que lamentar ni efectos posteriores sobre la salud  de los pobladores del lugar, a pesar de que se formó una nube radioactiva de unos 30 kilómetros cuadrados de longitud.

Pero el proceso de limpieza duró unos 10 años y los costes del accidente y las pérdidas económicas no fueron pocos. 

Este accidente tuvo una categoría 5 en la Escala INES. A pesar de que la confianza de la gente en estas plantas nucleares disminuyó y se desataron protestas, hoy día esta planta sigue activa con una licencia de funcionamiento hasta el año 2034.

Chernóbil

Otro gravísimo accidente, el peor de todos en realidad, ocurrió el 26 de abril de 1986 en Chernóbil (Ucrania).

Chernobil central nuclear¿Cómo sucedió? Todo comenzó cuando  un equipo de expertos trabajaba en la realización de una prueba de seguridad del reactor. 

Durante la prueba, se simulaba un corte de suministro eléctrico, pero  un incremento súbito de potencia en el reactor 4 de la central nuclear produjo el sobrecalentamiento del núcleo  del reactor nuclear.

Lo que vino después fue la explosión del hidrógeno acumulado en su interior.

La atmósfera recibió unas  200 toneladas de material fisible con una radiactividad  equivalente de entre 100 a 500 bombas atómicas similares a la lanzada por Estados Unidos sobre Hiroshima, en Japón.

Murieron 31 personas, y el gobierno de la Unión Soviética tuvo que desalojar unas 135.000 personas, situación que ocasionó un alerta mundial porque se  detectó radiactividad en diversos países de Europa septentrional y central. 

El gobierno trató por todos los medios de esconder la tragedia, suministró información falsa aduciendo que se trataba de un incidente controlado sin impacto mayor, pero investigadores suecos descubrieron la verdad mientras realizaban pruebas ambientales, dos días después del accidente que también ocasionó un incendio tremendo que duró una semana en extinguirse.

A posteriori, la comunidad científica determinó que unas 100 mil personas murieron entre Ucrania, Rusia y Bielorrusia, las naciones que llevaron la peor parte en la tragedia radiactiva.

Aunque esta central fue cerrada definitivamente en el año 2000, aún persiste una zona de exclusión alrededor de esta planta industrial donde cualquier tipo de vida no será posible jamás.

Fukushima

Otro accidente nuclear terrible, de consecuencias aún en proceso de estudio, ocurrió en Japón, en la planta nuclear de Fukushima el 11 de marzo de 2011, considerado el peor después de Chernóbil.

Tsunami fukushima central nuclearSe originó tras  un devastador terremoto de 8,9 grados,  en la costa noreste de Japón. La planta nuclear, de seis reactores, sufrió una parada automática de los reactores 1,2 y 3 mientras que los restantes estaban en mantenimiento preventivo.

Pero el terremoto desencadenó un espeluznante tsunami que levantó olas hasta de 14 metros de altura, inundándose las seis unidades, ubicadas a orillas del mar, con gravísimos daños en la red eléctrica, los generadores de emergencia y los sistemas de refrigeración, que quedaron inservibles, neutralizados por completo.

Tras la conmoción del terremoto  no era posible enfriar los reactores,  porque la energía eléctrica ya no existía en la zona. Y pese a los desesperados esfuerzos de los técnicos por usar energía a motores de diésel para acometer tan delicada tarea, el tsunami sorprendió con su furia y los inutilizó del mismo modo.

 ¿Por qué? 

Evidentemente,  la ausencia del sistema de refrigeración en los reactores tras ocurrir el sismo,  ocasionó varias explosiones por el recalentamiento de las unidades.

El rector 4, por ejemplo, sufrió cuatro incendios y el combustible gastado que se almacenaba en las piscinas empezó a sobrecalentarse también por las grandes cantidades de calor que se emitían.

tsunami de japónAsí las cosas,  las autoridades japoneses temieron una filtración masiva de radioactividad  y decidieron evacuar a todas las personas que pernoctaban en un radio de 20 kilómetros alrededor de la instalación colapsada.

Este perímetro se fue ampliando a medida que pasaban los días, mientras los pobres trabajadores heroicos de la planta se  exponían a más y más radiaciones mortales. 

Hallaron plutonio en 5 puntos de la planta, por efecto del derretimiento de las barras de combustible nuclear de plutonio en el segundo reactor, al entrar en contacto con el agua usada para enfriarlo. Eso explicaba el elevado índice de radiación del agua.

Tras varios días de lucha y sufrimiento, donde continuaban las explosiones en los reactores siniestrados, los japoneses recurrieron a técnicos franceses para combatir la crisis nuclear que se había desatado. El gobierno japonés, finalmente, anunció que la planta sería cerrada para siempre ante la liberación de emisiones radioactivas al ambiente, que ubicaron el accidente en la escala máxima de 7, pero el material radioactivo liberado alcanzó un 10% de lo alcanzado en la tragedia de Chernóbil.

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