Componentes de un Reactor Nuclear
Un reactor nuclear es una instalación diseñada para iniciar, mantener y controlar reacciones nucleares en cadena. Sus componentes principales son:
1. Combustible
El combustible es el elemento que va a ser fisionado. La masa del combustible debe ser suficiente para mantener la reacción en cadena. Átomos utilizados comúnmente son el Uranio-235 (235U) y el Plutonio-239 (239Pu).
2. Moderador
El moderador es un material constituido por átomos ligeros que, debido a las colisiones, retardan a los neutrones rápidos para convertirlos en lentos. Esto se realiza para optimizar la fisión. Ejemplo: Agua pesada.
3. Barras de Control
Las barras de control están constituidas por elementos capaces de absorber neutrones sin fisionarse. Su función es controlar la cantidad de neutrones libres, regulando así la actividad del reactor.
4. Refrigerante
El refrigerante absorbe la energía liberada en el reactor, aumentando su temperatura.
5. Turbina
La turbina convierte la energía calorífica (generada por el refrigerante caliente) en energía mecánica.
6. Generador
El generador convierte la energía mecánica (producida por la turbina) en energía eléctrica.
Clasificación y Presencia de Reactores Nucleares en España
Los reactores nucleares se pueden clasificar según el combustible, el refrigerante y su finalidad. España cuenta con 10 instalaciones nucleares:
- 6 centrales nucleares (ejemplo: Ascó)
- Instalaciones de combustible nuclear (Salamanca)
- Un centro de residuos (Córdoba)
Todas las centrales nucleares españolas utilizan uranio enriquecido y generan aproximadamente el 20% de la energía eléctrica del país.
Ventajas y Desventajas de las Centrales Nucleares
Ventajas
- Alto rendimiento eléctrico.
- Poca contaminación atmosférica (no emiten gases de efecto invernadero durante su operación).
Desventajas
- Problema de ubicación y gestión de los residuos radiactivos de larga vida.
- Riesgo de accidente nuclear.
Fusión Nuclear
La fusión nuclear es la unión de núcleos ligeros para formar uno más pesado con liberación de energía. Este proceso solo ocurre en la zona ascendente de la gráfica de energía de enlace por nucleón (E/A) frente al número másico (A). Para que los núcleos se unan, deben vencer la repulsión eléctrica, lo que requiere que su velocidad sea muy alta, implicando temperaturas extremadamente elevadas. A estas temperaturas, los átomos forman un plasma, el cual debe estar confinado. Estas condiciones se dan de forma natural en el Sol y otras estrellas.
Actualmente, se están realizando esfuerzos para crear reactores de fusión y obtener energía. El principal desafío es el confinamiento del plasma. Para lograrlo, se exploran dos métodos principales:
- Confinamiento magnético: Se logra mediante la disposición de campos magnéticos que actúan sobre las partículas cargadas del plasma, controlando su movimiento.
- Confinamiento inercial: Se emplea el uso de potentes láseres que inciden sobre pequeñas píldoras de los elementos a fusionar hasta alcanzar la temperatura deseada.
El Proyecto ITER
El ITER (Reactor Termonuclear Experimental Internacional) es un proyecto conjunto para construir una unidad de fusión nuclear en Cadarache, en el sur de Francia, en cuyo consorcio participan numerosos países. ITER se basa en el concepto de ‘tokamak’ de confinamiento magnético, donde el plasma se contiene en una cámara de vacío con forma toroidal. Los fuertes campos magnéticos, utilizados para mantener el plasma alejado de las paredes, son producidos por bobinas superconductoras que rodean el contenedor.
Ventajas de la Fusión Nuclear
- Fuente de combustible casi inagotable (hidrógeno, especialmente deuterio y tritio).
- Reacción muy energética.
- Energía no contaminante (no produce residuos radiactivos de larga vida).
- Casi sin peligros radiactivos (los productos de la reacción no son radiactivos y el riesgo de accidente es mínimo).
Aplicaciones de la Radiactividad
Principales Métodos para Obtener Isótopos
- Activación neutrónica: Aprovechando el gran flujo de neutrones producido en un reactor de fisión.
- Productos de la fisión nuclear: Son ricos en neutrones y se desintegran por emisión.
- Producidos en aceleradores: Partículas cargadas se aceleran y se hacen incidir sobre los núcleos.
Principales Aplicaciones
- Biológicas y médicas: Fijación de diversos elementos químicos por las distintas partes de los seres vivos (trazadores), instalaciones radiológicas alternativas a los rayos X, gammagrafías.
- Industriales: Radiografía industrial, control de espesores, detección de fugas, desgaste de piezas mecánicas.
- Datación radiactiva: Método del carbono-14, mediante el cual se puede determinar la edad de diversos objetos arqueológicos y geológicos.
Efectos Biológicos de la Radiactividad
La radiación produce cambios en los organismos y cuerpos vivos. Esta modificación se produce en las siguientes etapas secuenciales:
- Absorción de radiación
- Modificación bioquímica elemental
- Modificación molecular
- Modificación celular
- Modificación tisular
- Modificación del organismo
El problema reside en que la radiación afecte al ADN (ácido desoxirribonucleico) y provoque cambios biológicos. Cualquier daño a esta molécula puede tener consecuencias para la célula o para sus descendientes. Por ello, las radiaciones producen efectos genéticos (heredables) y efectos somáticos (afectan al individuo expuesto).
El gray (Gy) es la unidad en el Sistema Internacional (S.I.) de medida de la dosis de radiación absorbida. Representa la cantidad de radiación que deposita una energía de 1 julio (J) por kilogramo (kg) de material absorbente. También se utiliza el rad (1 Gy = 100 rad).
Los efectos de la radiación no son inmediatos y se producen cuando finaliza el periodo de latencia. Los principales efectos, según la dosis, son:
- Dosis de 4 a 6 Sv (sievert) en poco tiempo: Producen vómitos, diarreas, caída del cabello y, en algunos casos, la muerte hasta la octava semana.
- De 6 a 10 Sv: Se produce la muerte por infección en unos 15 días.
- Dosis mayores: Producen la muerte por distintas causas, pero nunca de forma inmediata.
- Dosis pequeñas y continuadas: Pueden producir, a largo plazo, cáncer y y otras enfermedades crónicas.
La radiación natural no supone ningún riesgo significativo para la población general. Sin embargo, algunas personas que trabajan en el sector nuclear pueden verse afectadas. No es recomendable superar los 5 mSv/año, aunque en ciertas circunstancias profesionales se pueden alcanzar dosis de hasta 50 mSv/año bajo estricta supervisión.