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Consultas al experto

Diseños avanzados de reactores


Pregunta: 
¿Por qué no se construyen reactores que tengan las ventajas de cada uno de los diseños avanzados? ¿Por qué Reino Unido y Francia abandonaron los reactores refrigerados por gas?...

Nombre: Josep

Actividad: Estudiante universidad

Región: Tarragona

Respuesta:

Muchas gracias por tu consulta. Existen dos iniciativas internacionales para desarrollar diseños avanzados basados en las características (y otras adicionales) que indicas, y que puedan lugar a los denominados reactores de generación IV. Estas iniciativas son:

  • GIF (Generation IV International Forum), en el que participan Estados Unidos y Francia, además de otros países occidentales y de Extremo Oriente, y que coordina la OCDE. Este grupo ha seleccionado para su estudio dos reactores refrigerados por gas a alta temperatura (uno térmico y otro rápido), otros dos reactores rápidos (uno refrigerado por sodio y otro por plomo), un reactor refrigerado por agua supercrítica y uno de sales fundidas.
  • INPRO (International Project on Innovative Nuclear Reactors and Fuel Cycles), promovido por el Organismo Internacional de Energía Atómica, y en el que participan la Unión Europea, Rusia y otros países.

Los principales diseños de reactores de generación IV que se están estudiando son los siguientes:

  • Reactor rápido refrigerado por gas (GFR). Reactor de espectro de neutrones rápidos capaz de utilizar como combustible gran parte de los residuos actuales, refrigerado por helio y con ciclo de combustible cerrado.
  • Reactor de muy alta temperatura (VHTR). Reactor refrigerado por helio y moderado por grafito con un ciclo de combustible abierto de uranio. Se puede adaptar a la producción de hidrógeno. Actualmente, es el único reactor de generación IV que tiene dos modelos muy avanzados: el PBMR y el GT-MHR.
  • Reactor supercrítico refrigerado por agua (SCWR). Reactor refrigerado por agua a alta presión y alta temperatura que funciona por encima del punto crítico termodinámico del agua.
  • Reactor rápido refrigerado por sodio (SFR). Reactor de espectro rápido. Puede consumir como combustible residuos radiactivos actuales, refrigerado por sodio y el ciclo del combustible es cerrado para la gestión eficiente de los actínidos y la conversión del uranio fértil.
  • Reactor rápido refrigerado por aleación de plomo (LFR). Reactor de espectro rápido refrigerado por una aleación de metal líquido de bismuto-plomo con ciclo de combustible cerrado para la conversión eficiente de uranio fértil y la gestión de los actínidos.
  • Reactor de sales fundidas (MSR). Este reactor produce energía de fisión en una mezcla de combustible de sales fundidas en circulación con un ciclo de combustible de reciclaje completo de actínidos.

Por otra parte, y como uno de los desarrollos del programa INPRO del OIEA en el año 2009, y paralelamente en 2011, como iniciativa del Departamento de Energía del Gobierno de Estados Unidos, se puso en marcha el desarrollo de una nueva familia de reactores nucleares denominados Reactores Modulares Pequeños (Small Modular Reactors en su denominación inglesa) con potencias eléctricas de alrededor de 300 MWe, que se espera puedan entrar en operación en 2025-2030.

Este tipo de reactores tendrán la ventaja de una menor necesidad de capital en la inversión inicial, la escalabilidad y la flexibilidad en la elección de los emplazamientos en los que no sea posible construir los reactores tradicionales más grandes:

  • Modularidad: El término modular se refiere a la capacidad de fabricar grandes componentes del sistema NSSS (sistema de generación de vapor nuclear) en fábricas y su traslado al emplazamiento de la instalación. Los reactores SMR están previstos para necesitar una pequeña preparación en el propio emplazamiento y reducen sustancialmente los tiempos de construcción típicos de las unidades más grandes. Estos reactores son de diseño simple, tienen características de seguridad mejoradas y su principal ventaja es que pueden añadirse nuevos módulos a medida que exista un incremento en la demanda.
  • Menor necesidad de capital en la inversión inicial: Debido a los costes de capital más bajos, los costes de inversión son menores en comparación a los de los grandes reactores. Los componentes modulares y su fabricación estandarizada pueden reducir la duración y los costes de la construcción de los mismos.
  • Flexibilidad en la elección del emplazamiento: Los reactores modulares pueden proporcionar electricidad para aplicaciones en las que no se necesiten grandes unidades o en emplazamientos que carezcan de la infraestructura necesaria para una gran unidad. Pueden ser recomendables para mercados eléctricos pequeños, zonas aisladas, redes pequeñas, emplazamientos con superficie o refrigeración limitada, o para aplicaciones industriales singulares.
  • Aumento de eficiencia: Los reactores modulares pequeños pueden acoplarse con otras fuentes de energía, incluyendo renovables y térmicas fósiles, para compatibilizar los recursos y obtener mayores rendimientos y diversos productos energéticos finales, al tiempo que se incrementa la estabilidad y la seguridad de las redes. Algunos de los diseños podrán producir calor de proceso a alta temperatura para su aplicación directa en diversos procesos industriales.

Actualmente existen más de 45 diseños diferentes en distintas etapas de desarrollo, con distintas características según su aplicación y propósito de uso. Puedes consultar más información al respecto en esta página web del Organismo Internacional de Energía Atómica.

Relación entre fisión y fusión


Pregunta: 
¿Qué es la fisión nuclear? ¿Qué diferencias tendría con la fusión nuclear?

Nombre: Lautaro

Actividad: Estudiante universidad

País: Argentina

Respuesta:

En respuesta a su consulta sobre la relación entre fisión y fusión, ambas son reacciones en cadena, pero distintas. La fisión nuclear es una reacción en la cual al hacer incidir neutrones sobre un núcleo pesado, éste se divide en dos núcleos, liberando una gran cantidad de energía y emitiendo dos o tres neutrones. La fusión nuclear es la reacción en la que dos núcleos muy ligeros, en general el hidrógeno y sus isótopos, se unen para formar un núcleo más pesado y estable, con gran desprendimiento de energía. La energía producida por el Sol tiene este origen.

Si necesita una respuesta más divulgativa puede verla dentro de nuestra publicación 222 Cuestiones sobre la energía, concretamente desde la página 51 a 56.

En las centrales nucleares que hay actualmente en operación en todo el mundo se produce electricidad gracias a la fisión. La fusión es todavía experimental y se investiga en reactores experimentales como el ITER, proyecto de fusión en que el participa la Unión Europea y muchos otros países y se construye en Cadarache, Francia.

Duda sobre combustible nuclear y productos de fisión


Pregunta: 
Si las pastillas de uranio están dentro de las varillas de combustible, con los huecos llenos de aire y el agua fluye por el exterior (hasta ahora pensaba que iba por dentro), ¿por qué se contamina el circuito primario con productos de fisión?

Nombre: Josep

Actividad: Estudiante universidad

Provincia: Tarragona

Respuesta:

Estimado Josep:

En referencia a su consulta, en una central nuclear, el núcleo contiene el combustible en el que se produce la reacción de fisión. El combustible está formado por pastillas cilíndricas sinterizadas de dióxido de uranio (UO2) ligeramente enriquecido, entre el 3% y el 5%, introducidas en varillas de aleaciones especiales, como por ejemplo el zircaloy. Estas varillas, denominadas vainas, se sueldan herméticamente y contienen, además, un espacio sin combustible inicialmente lleno de helio destinado a acumular productos de fisión gaseosos. Estas vainas se hallan agrupadas en unidades rígidas y estructuralmente independientes, de diferentes dimensiones según el tipo de combustible de que se trate, que se denominan elementos combustibles. El conjunto de elementos combustibles forma el núcleo del reactor y su número depende de la potencia instalada del reactor.

La producción de residuos radiactivos en las centrales nucleares tiene su origen en el proceso de fisión del combustible en el reactor, en el que se generan productos de fisión que contienen isótopos radiactivos de diferentes elementos químicos y neutrones libres. El origen de los residuos radiactivos de operación de baja y media actividad es la radiactividad contenida en el refrigerante del núcleo del reactor. Los productos de fisión y de activación escapan inevitablemente, en cantidades moderadas, del circuito primario a través de diferentes puntos y mecanismos concretos, dando lugar a la aparición de residuos radiactivos en diferentes sistemas y equipos de la central nuclear.

La radiactividad contenida en el refrigerante primario, origen de los residuos radiactivos de operación, se debe a dos mecanismos esencialmente diferentes:

  • Contaminación con productos de fisión: difusión de productos de fisión en la masa de combustible y escape a través de vainas deterioradas y contaminación de las vainas durante la fabricación del elemento combustible.
  • Activación: activación del propio refrigerante (reacciones neutrónicas de isótopos del oxígeno y del hidrógeno generando, entre otros, tritio), activación de las impurezas del refrigerante y activación de los productos de corrosión (debida a la corrosión de materiales estructurales que, en contacto con el refrigerante, liberan productos que se activan al pasar por el núcleo del reactor).

El comportamiento del combustible-vaina, así como la química y los materiales del refrigerante primario son determinantes para la formación de residuos radiactivos primarios en el propio refrigerante y, además, la radiactividad del refrigerante está limitada por las especificaciones técnicas de funcionamiento.

La radiactividad contenida en el refrigerante primario es pequeña en comparación con el inventario del núcleo. Esta radiactividad puede, a su vez, salir del circuito en ciertas circunstancias a través de componentes específicos o puntos singulares, que dependen del tipo de reactor".

Medidas de protección radiológica y desmantelamiento


Pregunta: 
¿Dónde podría encontrar información sobre las medidas de protección radiológica aplicadas a actividades de desmantelamiento?

Nombre: Luz

Actividad: Otras

Provincia: Madrid

Respuesta:

Estimada Luz:

En referencia a su consulta, cuando una instalación nuclear o radiactiva finaliza su operación, es necesario proceder a su clausura. Ésta incluye las operaciones necesarias de descontaminación que permitan la utilización posterior de la zona sin ningún tipo de restricciones y con unas medidas de protección radiológica garantizadas, ya que se realizan por medios remotos o semirremotos, según el nivel de radiactividad asociado.

En el Plan General de Residuos Radiactivos se recogen todas las estrategias y actuaciones a llevar a cabo en España en los distintos campos de la gestión de los residuos radiactivos y desmantelamiento de instalaciones. Un ejemplo de ello lo tiene en la Memoria del desmantelamiento de Vandellós I, que se encuentra en la web de Enresa, la Empresa Nacional de Residuos Radiactdivos.

Para conocer la protección radiológica en general, tiene una publicación, del Consejo de Seguridad Nuclear, que proporciona información necesaria sobre los principios de dicha protección. No obstante, le indico unos documentos asociados sobre medidas específicas:

La fosfuranilita, un mineral de la clase de los minerales fosfatos


Pregunta: 
¿Qué tipo de mineral de uranio se encuentra asociado a la piedra fosfórica?

Nombre: Antonio

Actividad: Profesional sector energético

País: Perú

Respuesta:

Estimado Antonio:

En referencia a su consulta, la fosfuranilita es un mineral de la clase de los minerales fosfatos. Fue descubierta a finales del siglo XIX en una mina de Carolina del Norte en Estados Unidos. Su nombre se debe a su composición química: fosfato de potasio y calcio con uranilo. Su fórmula química es: KCa(H3O)3(UO2)7(PO4)4O4·8H2O.

Se forma como mineral secundario común en las zonas a la intemperie de las pegmatitas del granito, recubriendo fisuras cerca de la uraninita alterada, así como en yacimientos de uranio y vanadio en paleocanales en areniscas. Suele encontrarse asociado a otros minerales como uraninita, autunita, metaautunita, uranofana, becquerelita, curita, parsonsita, torbernita, metatorbernita, saléeita, sabugalita, haiweeíta y ópalo con uranio. Se puede utilizar como mena para la obtención del uranio, siendo específica la ley de corte para cada uno de los yacimientos considerados.

Confiamos en que la respuesta haya sido de su interés.

Tratamiento químico del agua de las centrales PWR españolas


Pregunta: 
¿Qué tipo de tratamiento químico del agua utilizan las centrales PWR españolas en su circuito secundario (generador de vapor-turbina-condensador-calentadores regenerativos) para reducir la corrosión interna? ¿Podrían utilizar un Tratamiento Todo-Volátil Oxidante o AVT(O), similar al que emplean muchas centrales termoeléctricas de carbón?

Nombre: Javier

Actividad: Estudiante de universidad

País: España

Respuesta:

Estimado Javier:

En referencia a su consulta, la integridad del circuito secundario, así como el periodo de vida de sus componentes, depende del cumplimiento riguroso de las especificaciones químicas dadas para el agua de condensado y de alimentación. Estas especificaciones se elaboran teniendo en cuenta criterios de protección contra la corrosión, de forma que las características del agua sean siempre las idóneas para eliminar las reacciones corrosivas o retardarlas lo más posible.

Con objeto de ajustar las características del agua a las dadas en las especificaciones químicas, es necesario disponer en la central de un sistema de vigilancia que proporcione información suficiente para conocer la evolución de la química del agua a lo largo del circuito, y además disponer de los medios para corregirla en caso de desviación.

Para cumplir estas funciones se ha establecido y diseñado el sistema de toma de muestras y control químico del circuito secundario, cuyas principales funciones son las siguientes:

1.  Vigilancia y mantenimiento de las condiciones químicas del:

Circuito del condensado - vapor principal

Purgas de los generadores de vapor

Vapor auxiliar y calefacción de central

2.  Control del pH y oxígeno disuelto en el agua de alimentación, así como acondicionamiento de los generadores de vapor, mediante la adición controlada de amoniaco, hidracina y ácido bórico, respectivamente.

3. Detección de fugas en el condensador.

4. Detección de sólidos en suspensión y disueltos en las descargas de las bombas de condensado, bomba de drenaje de calentadores, agua de alimentación de los calentadores y purga de los generadores de vapor, para reducir los depósitos en el circuito secundario y en la turbina.

5. De acuerdo con los resultados de los análisis que se efectúan, se procede a la dosificación de los reactivos al sistema, para minimizar los efectos de la corrosión.

Confiamos en que la respuesta haya sido de su interés.

Relación entre el diseño del reactor y la cantidad de combustible


Pregunta: 
¿El diseño del reactor tiene relación con la cantidad de combustible que se utiliza? ¿Por qué?

Nombre: Sasha

Actividad: Estudiante de colegio/instituto

País: España

Respuesta:

Hola, Sasha:

En referencia a tu consulta, el reactor nuclear se diseña en función de la potencia eléctrica instalada de la central y, por tanto, de la cantidad de electricidad que va a poder producirse anualmente en la misma.

En función de dicha potencia eléctrica es necesaria una potencia térmica nominal, de acuerdo con los rendimientos termohidráulicos y mecánicos que se obtienen en todos los componentes y sistemas de la planta.

Y para obtener una determinada potencia térmica nominal, se necesita un determinado número de elementos combustibles, que es distinto según el tipo de reactor nuclear del que se trate y del fabricante del mismo. Así, por ejemplo:

  • Para una central tipo de agua a presión PWR de 1.000 MW de potencia eléctrica instalada, el número de elementos combustibles suele ser de 150. Cada uno de estos elementos combustibles tiene un contenido de uranio enriquecido en forma de dióxido (UO2) de unos 450 kg

  • Para una central tipo de agua en ebullición BWR de 1.000 MW de potencia eléctrica instalada, el número de elementos combustibles suele ser de 600. En este caso, el contenido de uranio enriquecido en forma de dióxido (UO2) de unos 300 kg.


Confiamos en que la respuesta sea de utilidad.

¿Por qué se produce plutonio en los reactores?


Pregunta: 
¿Por qué se produce plutonio en los reactores nucleares y qué características tienen los reactores de energía modernos?

Nombre: Abril

Actividad: Estudiante de colegio/instituto

País: México

Respuesta:

Estimada Abril:

En referencia a tu consulta, el uranio se utiliza como combustible en las centrales nucleares para la extracción de la energía liberada al producirse la reacción de fisión en cadena de los átomos del isótopo U-235. Además, se producen reacciones de captura de neutrones, que originan su transmutación en otros elementos químicos, llamados transuránicos por tener números atómicos más allá del correspondiente al uranio.

La dificultad reside en que la transmutación no es monodireccional, sino que se producen también elementos transuránicos no fisionables; ciertos isótopos del uranio; y otros elementos químicos como el neptunio, americio, curio, berkelio, californio y plutonio, que tienen periodos de semidesintegración muy largos y que es necesario considerar como residuos radiactivos.

A lo largo del ciclo del combustible nuclear aparecen productos radiactivos que revisten una mayor importancia en cuanto a la actividad generada durante el funcionamiento del reactor nuclear: los denominados productos de fisión, que se producen al escindirse los átomos de uranio o de plutonio en dos nuevos átomos más ligeros, liberándose una importante cantidad de energía. Los núcleos formados son inestables sin excepción y, por tanto, radiactivos, dando origen a las correspondientes cadenas de desintegración.

Confiamos en que la respuestas sea de utilidad.

Centrales nucleares en el mundo y sus capacidades de producción


Pregunta:
¿Cuántas centrales nucleares están en funcionamiento en el mundo, y con qué capacidades de producción eléctrica en el presente?

Nombre: Francisco

Actividad: Profesional docente

País: Bolivia

Respuesta:

Estimado Francisco:

Muchas gracias por contar con Foro Nuclear para resolver su consulta.

En relación a su pregunta sobre las centrales nucleares en el mundo y su producción, recientemente hemos publicado nuestro informe "Resultados nucleares de 2015 y perspectivas para 2016", donde en la página 64 tiene el listado de todas las centrales nucleares operativas.

Adjunto el gráfico para que lo tenga:

Reactores en el mundo

Para contar con información más precisa, puede visitar este enlace en el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) donde le indica las centrales nucleares operativas, paradas, en construcción etc. por países.

Confiamos en que nuestra respuesta le haya resultado de interés.

Grado de contaminación de las centrales nucleares


Pregunta:
¿Qué grado de contaminación producen las centrales nucleares?

Nombre: Juan Cruz

Actividad: Estudiante de colegio/instituto

País: Argentina

Respuesta:

Estimado Juan:

En contestación a tu consulta, te indicamos que las centrales nucleares no producen gases de efecto invernadero u otros gases contaminantes en su operación, y tan sólo muy bajas emisiones cuando se considera su ciclo de vida completo.

Por tanto, las ventajas de la energía nuclear para la mitigación del cambio climático, entre otras, son la razón por la que muchos países han decidido introducir la energía nuclear en sus sistemas eléctricos o ampliar su participación, manteniéndola como una opción principal dentro de sus recursos energéticos.

El pasado mes de diciembre editamos una monografía con motivo de la Cumbre del Clima COP21, que se celebró en París. En la publicación Energía nuclear y cambio climático podrás ver el papel de la energía nuclear en la reducción de gases de efecto invernadero. Asimismo podrás ampliar tu información a través de nuestra publicación 222 Cuestiones sobre la energía.

Confiamos en que nuestra respuesta te haya resultado útil.

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