Reactores Nucleares

INTRODUCCIÓN A LOS REACTORES NUCLEARES

ÍNDICE
Introducción

1. Conceptos básicos

1.1 Estructura atómica nuclear

1.2 Elementos químicos

1.3 Estabilidad nuclear

2. Reacciones nucleares con neutrones

3. Reactores nucleares

3.1 Componentes del núcleo del reactor

3.2 Control de los reactores nucleares

4. Tipos de reactores nucleares

5. Funcionamiento de lascentrales nucleares

5.1 Centrales de agua a presión (PWR)

5.2 Centrales de agua a ebullición (BWR)

6. Nuevas generaciones de reactores

6.1 Investigación e innovación mundial sobre reactores de futuro (medio y largo plazo)

6.2 Algunos objetivos de futuro

7. Conclusiones

INTRODUCCIÓN

Se presenta, a continuación, una descripción simplificada de los conceptos básicos de lafísica del núcleo, de las reacciones nucleares y de su control para facilitar la comprensión del funcionamiento de los reactores nucleares. Se describen las distintas familias y tipos de reactores, con especial énfasis en los modelos más utilizados, y se muestra, de manera esquemática, el funcionamiento de las centrales nucleares.

Finalmente, se hace una revisión sobre las perspectivas deevolución de nuevos diseños de reactores en el futuro próximo.

1. CONCEPTOS BÁSICOS
1.1 ESTRUCTURA ATÓMICA NUCLEAR

Se define átomo como la partícula más pequeña en que puede dividirse un elemento sin perder las propiedades químicas que le caracterizan.
Está compuesto por una parte central con carga positiva donde se encuentra concentrada casi toda la masa, constituyendo el núcleo atómico, ypor un cierto número de partículas cargadas negativamente, los electrones, que forman la corteza.
El núcleo atómico está constituido por protones y neutrones, denominados por ello nucleones, con carga eléctrica positiva igual a la carga negativa de los electrones, de modo que la carga eléctrica total del átomo sea neutra. (Los protones tienen carga positiva y los neutrones no tienen cargaeléctrica).

Partículas elementales constituyentes del átomo
Nº ATÓMICO (Z): Es el número de protones presentes en el núcleo atómico, que caracteriza a un elemento químico, proporcionando el orden que ocupa en la tabla periódica (ver más adelante), y que coincide también con el número de electrones.

Nº MÁSICO (A): Es el número total de nucleones (protones más neutrones) existentes en el núcleo atómico(A = Z+N, donde N = número de neutrones).

Los átomos se definen, cada uno de ellos, por su número atómico (Z) y su número másico (A). Los isótopos son aquellos átomos que tienen el mismo número atómico pero distinto número másico. Por ejemplo, en el caso del Hidrógeno, que tiene un único protón en el núcleo existen dos isótopos; el Deuterio, que tiene un protón y un neutrón y el Tritio, quetiene dos neutrones y un protón. El Uranio, cuyo número másico es 238, tiene dos isótopos con números másicos 233 y 235, respectivamente.

1.2 ELEMENTOS QUÍMICOS

El número de elementos conocidos (aquellos que tienen el mismo número atómico) se presenta en la “Tabla Periódica de los Elementos”, en donde están ordenados por número atómico creciente. Están dispuestos en 18 columnas verticalesdenominadas Grupos.
Cada Grupo contiene los elementos con propiedades semejantes debido a la estructura electrónica común en su nivel más externo.

1.3 ESTABILIDAD NUCLEAR

Las energías que mantienen unidos los protones y neutrones en el núcleo varían, como se muestra en la figura siguiente, siendo mayor en los elementos intermedios y menor en los más ligeros, menor Z, y en los más pesados, mayorZ. Esto comporta una mayor estabilidad en los elementos intermedios. Por tanto, el fraccionamiento (fisión) de un núcleo de Uranio en dos o tres elementos intermedios o la unión (fusión) de núcleos muy ligeros, como hidrógeno y sus isótopos daría lugar a una nueva configuración más estable.

2. REACCIONES NUCLEARES CON NEUTRES

Las reacciones en las que interviene un neutrón que impacta...