ENERGÍA NUCLEAR.

Presentación del tema: "ENERGÍA NUCLEAR."— Transcripción de la presentación:

1 ENERGÍA NUCLEAR

2 ENERGÍA NUCLEAR En la mayor parte de las reacciones nucleares, la masa de los reactivos (núcleos y partículas existentes al comienzo) es mayor que la de los productos de la reacción; existe por lo tanto, una pérdida de masa debido a que en el transcurso de la reacción una cierta cantidad de materia se convierte en energía de acuerdo con la conocida ecuación de Einstein: E= m*c2

3 ENERGÍA NUCLEAR Existen dos tipos de reacciones nucleares más importantes en el aspecto energético, es decir, en cuanto al posible aprovechamiento de la energía desprendida, son las de fisión y las de fusión.

4 ENERGÍA NUCLEAR En la Naturaleza se encuentran átomos con el mismo número de protones pero diferente número de neutrones. A dichos átomos se les llama variantes o isótopos de ese elemento. Algunos isótopos son inestables y se transforman espontáneamente en otros elementos, emitiendo partículas o energía que pueden provocan reacciones químicas. A este fenómeno de liberación se le conoce como radiactividad natural y pueden durar miles de millones de años.

5 ENERGÍA NUCLEAR La radiactividad puede ser de cuatro tipos:
Radiación alfa (α): son núcleos de helio de gran energía, son expulsados a km/s pero pueden ser detenidos por una hoja de papel. Es muy poco penetrante, y por eso mismo es muy difícil que penetre en el interior de nuestro organismo. Radiación beta (β): son electrones (e-) emitidos a velocidad próxima a la de la luz, son detenidos por una lámina de metal. Es más penetrante que la anterior. Radiación gamma (γ): son ondas electromagnéticas que viajan a la velocidad de la luz, y llegan a atravesar placas de acero de 5 a 15 cm de grosor. No tiene naturaleza material, y posee un gran poder de penetración. Para detenerla se necesita una pared de hormigón, o una gruesa plancha de plomo. Neutrones: partículas procedentes del núcleo, que alcanzan km/s , pero se pueden frenar y detener con agua.

6 FISIÓN La fisión nuclear consiste en romper un núcleo de un átomo de Uranio (235) enriquecido o de Plutonio (236). Éstos son los dos únicos isótopos fisionables y además inestables. El proceso de fisión se inicia lanzando un neutrón a gran velocidad sobre el átomo que se desea fisionar. Al chocar el neutrón contra el núcleo, lo rompe en dos fragmentos, liberando dos o tres neutrones y gran cantidad de calor. Vídeo Cs= Cesio; Rb= Rubidio

7 FISIÓN Reacción en cadena A este fenómeno de fisión, escisión o rotura de núcleos atómicos se le denomina reacción en cadena. Si no se controla este núemro de escisiones, el calor liberado es tan grande que se origina una bomba atómica. Kr= Kriptón; Ba= Bario

8 ENERGÍA LIBERADA EN LA FISIÓN DE UN NÚCLEO
165 MeV ~ Energía cinética de los productos de fisión 7 MeV ~ Rayos gamma 6 MeV ~ Energía cinética de los neutrones 7 MeV ~ Energía a partir de productos de fisión 6 MeV ~ Rayos gama de productos de fisión 9 MeV ~ Anti-neutrinos de los productos de fisión TOTAL= 200 MeV 1 MeV (millones de electrón-voltios) = 1,609 x Joules VÍDEO sobre energía liberada en la fisión

9 CENTRAL NUCLEAR DE FISIÓN
Vídeo sobre central nuclear

10 EL REACTOR NUCLEAR 1. Nucleo 2. Barras de control
3. Generador de vapor 4. Presionador 5. Vasija 6. Turbina 7. Alternador 8. Bomba  9. Condensador 10. Agua de refrigeración 11. Contención de hormigón

11 EL REACTOR NUCLEAR Núcleo del Reactor Barras de Control Moderador
Refrigerante Blindaje

12 -EL REACTOR NUCLEAR- NÚCLEO
Núcleo del Reactor: Está constituido por las Barras de Combustible. El núcleo posee una forma geométrica que le es característica, refrigerado por un fluido, generalmente agua. En algunos reactores el núcleo se ubica en el interior de una piscina con agua, a unos 10 a 12 metros de profundidad, o bien al interior de una vasija de presión construida en acero.

13 EL REACTOR NUCLEAR- BARRAS DE CONTROL
Barras de Control: Todo reactor posee un sistema que permite iniciar o detener las fisiones nucleares en cadena. Este sistema lo constituyen las Barras de Control, capaces de capturar los neutrones que se encuentran en el medio circundante. La captura neutrónica evita que se produzcan nuevas fisiones de núcleos atómicos del Uranio. Generalmente, las Barras de Control se fabrican de Cadmio o Boro. Las barras modernas tardan en bajar por completo 1 sg, deteniendo la fisión por completo. Las barras antiguas tardaban unos 20 sg con el consiguiente problema de seguridad.

14 REACTOR NUCLEAR- MODERADOR
Moderador: Los neutrones obtenidos de la fisión nuclear emergen con velocidades muy altas (neutrones rápidos). Para asegurar continuidad de la reacción en cadena, es decir, procurar que los “nuevos neutrones” sigan colisionando con los núcleos atómicos del combustible, es necesario disminuir la velocidad de estas partículas (neutrones lentos). Se disminuye la energía cinética de los neutrones rápidos mediante choques con átomos de otro material adecuado, llamado Moderador. Se utiliza como Moderador el agua natural (agua ligera), el agua pesada (deuterada), el Carbono (grafito), etc.

15 REACTOR NUCLEAR- Refrigerante: El calor generado por las fisiones se debe extraer del núcleo del reactor. Para lograr este proceso se utilizan fluidos en los cuales se sumerge el núcleo. El fluido no debe ser corrosivo, debe poseer gran poder de absorción calorífico y tener pocas impurezas. Se puede utilizar de refrigerante el agua ligera, el agua pesada, el anhídrido carbónico, etc.. Blindaje: En un reactor se produce gran cantidad de todo tipo de radiaciones, las cuales se distribuyen en todas direcciones. Para evitar que los operarios del reactor y el medio externo sean sometidos indebidamente a tales radiaciones, se utiliza un adecuado “Blindaje Biológico” que rodea al reactor. Los materiales más usados en la construcción de blindajes para un reactor son el agua, el plomo y el hormigón de alta densidad, con a los menos 1,5 metros de espesor.

16 REACTOR NUCLEAR COMBUSTIBLE, REFRIGERANTE, MODERADOR Y BARRAS DE CONTROL

17 TIPOS DE REACTORES NUCLEARES
Existen dos tipos de reactores: Los Reactores de Investigación. Utilizan los neutrones generados en la fisión para producir radioisótopos o bien para realizar diversos estudios en materiales. Los Reactores de Potencia. Estos reactores utilizan el calor generado en la fisión para producir energía eléctrica, desalinización de agua de mar, calefacción, o bien para sistemas de propulsión.

18 REACTORES DE POTENCIA Hay dos tipos de reactores de potencia de mayor uso en el mundo: el Reactor de Agua en Ebullición BWR el Reactor de Agua a Presión PWR

19 CENTRAL NUCLEAR DE AGUA EN EBULLICIÓN (BWR)

20 CENTRAL NUCLEAR DE AGUA A PRESIÓN (PWR)

21 ENERGÍA NUCLEAR EN EL MUNDO
EEUU (104), FRANCIA(58), JAPÓN (50), España (8 centrales nucleares), año 2010.

22 ENERGÍA NUCLEAR EN ESPAÑA

23 ENERGÍA NUCLEAR Para saber más Central nuclear del PAÍS
Como funciona una central nuclear Energía nuclear Endesa (hay más energías)

24 ENERGÍA NUCLEAR DE FUSIÓN
La fusión nuclear consiste en la unión de dos núcleos de átomos ligeros para formar un núcleo nuevo más pesado y el desprendimiento de gran cantidad de energía.

25 ENERGÍA NUCLEAR DE FUSIÓN
Los átomos de un gas están siempre en movimiento desordenado, chocando unos contra otros. A medida que se calientan, aumenta su velocidad. Si la velocidad se eleva a varios miles de kilómetros por segundo (aplicándoles calor hasta que su temperatura llegue a millones de grados), pueden vencer la mutua repulsión de sus núcleos y así fundirse al chocar, generando un átomo nuevo. Este proceso libera gran cantidad de energía en forma de calor.

26 ENERGÍA NUCLEAR DE FUSIÓN
Actualmente las reacciones termonucleares que dejan en libertad mayor cantidad de energía son las que tienen lugar entre núcleos de hidrógeno, concretamente entre los isótopos de deuterio y tritio para formar helio. Además, existe la ventaja de que el deuterio y el tritio se pueden obtener del hidrógeno y éste del agua dulce o agua del mar, con lo que resultaría una fuente inagotable de energía. Se encuentra en fase de experimentación. Como volvemos a obtener el agua?

27 PROBLEMAS PARA OBTENER ENERGÍA NUCLEAR DE FUSIÓN
Calentar el gas a temperaturas tan elevadas. ( ºC) Disponer de un recipiente que pueda soportar estas altísimas temperaturas el tiempo suficiente para que se produzca la fusión y se libere la energía. (plasma, campos magnéticos evitando el contacto con las paredes) Extraer la energía liberada y transformarla en electricidad.

28 MÉTODOS PARA CONTENER EL PLASMA
Mediante confinamiento inercial. Mediante confinamiento magnético (Tokamak).

29 CONFINAMIENTO INERCIAL
El método más empleado para el confinamiento inercial emplea láser sobre un blanco. Se consigue mediante el uso de varios haces de rayos láser (192 en el NIF), de rayos X, o bien de iones pesados acelerados, enfocados en un pequeño blanco esférico (10 mg) donde se encuentra el combustible de deuterio-tritio.

30 CONFINAMIENTO INERCIAL

31 CONFINAMIENTO INERCIAL

32 CONFINAMIENTO INERCIAL

33 CONFINAMIENTO MAGNÉTICO
El confinamiento magnético consiste en contener material en estado de plasma dentro de un campo magnético. Esto se consigue gracias a la fuerza de Lorentz, que nos dice que una partícula cargada que se mueve dentro de un campo magnético experimenta una fuerza perpendicular al vector del campo magnético y al vector desplazamiento, con lo que conseguimos que la partícula no abandone el campo.

34 CONFINAMIENTO MAGNÉTICO
El estado de plasma es un estado de agregación de la materia en el que la agitación termica es capaz de vencer la atracción eléctrica que sufren los electrones por los núcleos atómicos. El confinamiento magnético es útil porque nos permite calentar materia a temperaturas donde ningún recipiente material se mantendría en estado sólido. rayos y relámpagos son plasma, temperatura ºC

35 CONFINAMIENTO MAGNÉTICO
Tokamak

36 CONFINAMIENTO MAGNÉTICO
Stellarator

37 CONFINAMIENTO MAGNÉTICO

38 CONFINAMIENTO MAGNÉTICO