Las plantas de energía nuclear aprovechan la energía liberada por la fisión y la utilizan para impulsar generadores que producen electricidad. Aunque la energía nuclear solo contribuye con aproximadamente el 20 por ciento de la electricidad generada en los Estados Unidos, la capacidad nuclear de la nación es la más alta de cualquier otro país: 101 gigavatios en 2010.
Componentes comunes de la energía nuclear
Los reactores nucleares tienen estos componentes en común:
Combustible : el uranio, un mineral radiactivo de metales pesados, es el combustible más común para los reactores nucleares. Después del proceso de enriquecimiento, el uranio se convierte en un combustible muy concentrado.
Un reactor nuclear comercial requiere miles de libras de combustible de uranio enriquecido para funcionar. Las centrales nucleares civiles de EE. UU. Compran aproximadamente 50 millones de libras de combustible de uranio (equivalente de U3O8) al año, la mayoría de las cuales provienen del extranjero.
El uranio se extrae en lugares de todo el mundo, principalmente en Kazajstán, Canadá, Australia y África. Estados Unidos se encuentra entre los 10 principales productores de uranio.
Barras de control : fabricadas con un material que absorbe neutrones, como cadmio, hafnio o boro, las barras de control se insertan o retiran del núcleo para controlar la velocidad de reacción o detenerla si es necesario.
Moderador - Material en el núcleo del reactor que ralentiza los neutrones liberados de la fisión para que causen más fisión.
El moderador suele ser agua corriente (ligera), pero puede ser agua pesada (D20) o grafito.
Refrigerante - Líquido o gas que circula a través del núcleo para transferir el calor de él. En los reactores de agua ligera, el moderador de agua también funciona como el refrigerante primario.
Contención : los reactores nucleares están encerrados en estructuras de hormigón fuertemente reforzado para evitar que la radiactividad se escape a la atmósfera.
Proceso Básico de Energía Nuclear
La física nuclear es muy técnica, pero el proceso básico para producir electricidad con energía nuclear es el siguiente:
El núcleo del reactor produce calor y radiactividad en un proceso llamado fisión, comúnmente conocido como división de átomos. Dentro del núcleo del reactor está el combustible nuclear de uranio. A medida que los núcleos del uranio se separan, liberan neutrones. Cuando los neutrones golpean otros átomos de uranio, esos núcleos también se separan, liberando sus neutrones para atacar a otros átomos, causando más fisión. Esta continua división de átomos es una reacción en cadena.
El calor de las reacciones de fisión controladas se utiliza para producir vapor de agua, ya sea directamente como en el reactor de agua en ebullición (BWR), o indirectamente como en el reactor de agua a presión (PWR), que contiene un generador de vapor.
El vapor impulsa una turbina que alimenta un generador.
El generador produce electricidad que se distribuye a la red eléctrica.
Tipos de reactores nucleares
En todo el mundo, se utilizan varios tipos de reactores de energía nuclear. Sin embargo, los tipos más comunes son los reactores de agua a presión (PWR) y los reactores de agua en ebullición (BWR), que se clasifican como reactores de agua ligera. En los Estados Unidos, PWR y BWR son los únicos dos tipos de centrales nucleares comerciales en operación.
- Reactor de agua en ebullición (BWR) : en este tipo de reactor, la fisión produce calor que hierve el agua en el núcleo del reactor. El vapor del agua hirviendo alimenta una turbina que impulsa un generador para producir electricidad. Los reactores en la planta de Fukushima Naiishi, en el noreste de Japón, dañados en el terremoto y tsunami de marzo de 2011 son BWR.
- Reactor de agua a presión (PWR) : este tipo de reactor es el más común para producir energía. Utiliza agua como refrigerante y moderador, un agente que ayuda a controlar la velocidad de fisión. En el sistema cerrado de refrigeración primaria, el agua, calentada por la energía térmica de la fisión mientras pasa a través del núcleo, se mantiene a alta presión y, por lo tanto, no hierve. El vapor se produce en un circuito de refrigerante secundario y se utiliza para alimentar una turbina que acciona un generador eléctrico.
- CANDU y reactores moderados de agua pesada : estos diseños usan agua pesada como moderador. El agua pesada -con el deuterio reemplazando a los dos átomos de hidrógeno- como moderador ralentiza los neutrones en el proceso de fisión y permite el uso de uranio natural, en lugar de uranio enriquecido como combustible.
- Reactor modular de lecho de guijarros: un reactor de alta temperatura que utiliza refrigerante de helio y combustible encerrado en esferas de grafito y carburo de silicio para garantizar la contención del producto de fisión y la resistencia al derretimiento.