Energía Nuclear I - Conceptos básicos, II- Estado de situación en el Mundo y III - en la Argentina. ITBA – Postgrado en Administración del Mercado Eléctrico y Gas Natural 2005 Fernando Monserrat

I - Conceptos Básicos, Combustible, Reactores, etc.

I - Conceptos básicos de: fisión. radiación y protección. combustible nuclear. reactores de potencia. clasificación de los reactores nucleares. Descripción de distintos reactores de potencia. Producción de energía nucleoeléctrica. Repositorio final. Desmantelamiento de Centrales Nucleares.

Conceptos básicos de fisión BECQUEREL, determinó 3 tipos de radiaciones [ Alfa: con carga positiva y mayor masa que las restantes, Beta: con carga negativa y menor masa, Gama: sin masa ni carga] EINSTEN demostró que E=mC 2, C= Km/seg RUTHERFORD: demuestra que hay un núcleo con partículas positivas concentrada con casi toda la masa y electrones de pequeña masa en la periferia de pequeña masa y negativa CHADWICK: corrige el modelo anterior, demostrando la existencia de neutrones, además de protones. El Uranio posee 92 protones (este número define el elemento) y su peso atómico es 235 o 238 (92 protones mas 146 neutrones). Cada variedad, por distinto peso atómico, de un mismo elemento se lo llama ISÓTOPO. Se iniciaron investigaciones bombardeando elementos con neutrones (FERMI, OTTO HANS, FRITZ STRASSMAN) y se lograban cambios de masa y carga, transformando un átomo de un elemento en otro próximo. Pero con el Uranio se hallaban elementos no próximos, como bario 130. Se concluyó que no se había pasado a otro elemento, sino que se produjo una FISION (LISE MEITNER, NIELS BOHR). Se observó a su vez que la suma de las masas no daba igual, se concluyó entonces que parte de la masa se trasformó en energía.

Conceptos básicos de fisión : Se inician los trabajos sobre FISIÓN. Se vio que para número de masa mayor que 100, eran inestable para la fisión, pero para que el núcleo fisione necesita adquirir una cierta energía interna, que es muy alta pero menor de 210. Se observó que en la Fisión, además de producirse otros elementos (se parte como en 60 diferentes formas, dando un espectro de productos radioactivos) y energía, se producía neutrones (entre 2 y 3 neutrones de gran velocidad, llamados NEUTRONES RÁPIDOS). Entonces era factible la REACCIÓN EN CADENA. El URANIO NATURAL posee 99,3% U238 y 0,7% U235. El U235 es el que tiene más probabilidad de fisionar, y esta aumenta al disminuir la energía de los neutrones, estos se llaman NEUTRONES TÉRMICOS. Como el Uranio natural es casi todo U238, debe aumentarse la máximo la probabilidad de fisionar el U235, por eso se “termaliza” los neutrones con un MODERADOR.

Conceptos básicos de radiación y protección - 1. Existen en la naturaleza muchas fuentes de radiación, siendo las RADIACIONES NATURALES las de mayor aporte. Vivir en casas térmicamente aisladas, viajar en avión o quemar carbón, aumentan la exposición natural. Los materiales radioactivos son parte integrante de la naturaleza, inclusive el hombre (como todo organismo viviente) es ligeramente radioactivo. El conjunto de átomos de igual elemento, pero de distinto peso atómico se los denomina NUCLEIDO. Algunos de ellos son inestables. Las transformaciones de uno inestable en otro elemento estable (por ejemplo por pérdida de electrones o neutrones) se llama DECAIMIENTO. En cada trasformación se libera energía que se llama RADIACIÓN. PERÍODO DE DESINTEGRACIÓN, es el tiempo que tarda un una cantidad de radionucleido (los nucleidos inestables) en pasar a la mitad.

Conceptos básicos de radiación y protección - 2. La emisión de protones y neutrones se llama RADIACIÓN ALFA (α), La emisión de un electrón RADIACIÓN BETA (β) A veces la emisión de partículas no alcanza para “calmar” un nucleido y se libera energía (un protón pierde su energía positiva, trasformándose en un neutrón y liberando un positrón), a esta energía se la llama RADIACIÓN GAMA (γ). El proceso completo se llama RADIOACTIVIDAD. Protección: La α, con su pesada carga es detenida por un papel, y penetra sólo las capas exteriores de la piel (en general celulas muertas). No es peligrosa, excepto que sea ingerida, inhalada o penetre por una herida. La β, es más penetrante, hasta 2 cm según su energía, es detenida por una hoja delgada de metal o madera. La γ, es detenida en la mayoría de los caso por gruesos bloques de plomo u hormigón.

Conceptos básicos de radiación y protección - 3. La energía absorbida es la que produce daño. La cantidad de esta por unidad de masa se llama DOSIS. Se mide en gray (Gy). Pero una igual dosis de α es más peligrosa (20 veces más) que β o γ. Ponderando la dosis por la potencialidad de producir daño de cada tipo de radiación, se tiene la DOSIS EQUIVALENTE, que se mide en sievert (Sv) (antiguamente en rem: 1 Sv = 100 rem o 1μSv = 0,1 mrem). Luego se habla de DOSIS EQUIVALENTE EFECTIVA (DeqE), ponderando por las diferentes vulnerabilidades de las distintas partes del cuerpo humano. Y DOSIS EFECTIVA EQUIVALENTE COLECTIVA será aplicado a una población. Las FUENTES NATURALES DE RADIACIÓN son: Externas: Principalmente las cósmicas. Es mayor en los polos y menor en el ecuador, y mayor en altura que a nivel del mar. La terrestre varia según las zonas; en promedio a nivel del mar es de 500 μSv.

Conceptos básicos de radiación y protección - 4. Interna: Representa más de 1/2 de la DeqE que el hombre recibe por fuentes naturales. Proceden de sustancias radiactivas del aire que respiramos y del agua. Representa en el orden de 600 μSv. Según la zona donde vive, puede variar de a μSv. Ejemplo 1: se recibe 180 μSv-año por potasio 40 incorporado en el potasio no radioactivo, elemento esencial para el organismo, o el radón, que se inhala en especial en ambientes cerrados o se desprende del granito o de la piedra pomez, Ejemplo 2 de niveles de radiación: Natural en Guarapari in Barsil = μSv/año, Artificial Radigrafía = 500 μSv, Radiografía seriada de estomago = μSv, Tratamiento de cancer = μSv, Dosis anual permitida de un trabajador de una central nuclear = 20 μSv/año = 2 mrem (100 μSv/5años, con máximo de 50 μSv/anual). En la generación eléctrica a carbón, según se use filtro o no de cenizas, se estima que por cada GW-año, se produce una DeqE del orden de los 2 Sv-hombre. El vapor de la generación geotérmica produce 3 veces más que la generación a carbón.