Un reactor nuclear ye un dispositivu onde se produz una reacción nuclear en cadena controlada. Puede utilizase pal llogru d'enerxía nes denominaes centrales nucleares, la producción de materiales fisionables, como'l plutoniu, pa ser usaos n'armamentu nuclear, la propulsión nuclear de buques o de satélites artificiales o la investigación. Una central nuclear puede tener dellos reactores. Anguaño solo producen enerxía de forma comercial los reactores nucleares de fisión, anque esisten reactores nucleares de fusión esperimentales.
Tamién podría dicise que ye una instalación física onde se produz, caltién y controla una reacción nuclear en cadena. Poro, nun reactor nuclear utilízase un combustible fayadizu que dexe asegurar la normal producción d'enerxía xenerada poles socesives fisiones. Dellos reactores pueden estenar el calor llográu de les fisiones, otros sicasí utilicen el calor pa producir enerxía llétrica.
La potencia d'un reactor de fisión nuclear puede variar dende unos pocos kW térmicos a unos 4500 MW térmicos (1500 MW "llétricos"). Tienen De ser instalaos en zones cercanes a l'agua, como cualquier central térmica, pa esfrecer el circuitu, y tienen de ser emplazados en zones sísmicamente estables pa evitar accidentes. Tienen grandes midíes de seguridá. Nun emiten gases qu'estropien l'atmósfera pero producen residuos radiactives que duren decenes de miles d'años, y que tienen de ser almacenaos pal so posterior usu en reactores avanzaos y asina amenorgar el so tiempu de vida a unos cuantos cientos d'años.
El primer prototipu de reactor nuclear foi construyíu por Enrico Fermi, sicasí nun foi'l primeru que funcionó na Tierra. El reactor nuclear de Oklo, Gabón presenten evidencies de que na Tierra producieron reactores nucleares naturales hai unos 2000 millones d'años.
Aplicaciones Generación nuclear: Producción de calor pa la xeneración d'enerxía llétrica Producción de calor pa usu domésticu ya industrial Producción d'hidróxenu por aciu electrólisis d'alta temperatura Desalación Propulsión nuclear: Marítima Cohetes de propulsión térmica nuclear (propuesta). Cohetes de propulsión nuclear pulsiada (propuesta). Transmutación d'elementos: Producción de plutoniu, utilizáu pa la fabricación de combustible d'otros reactores o d'armamentu nuclear Creación de diversos isótopos radiactivos, como'l americio utilizáu nos detector de fumu, o'l cobaltu-60 y otros que s'utilicen nos tratamientos médicos Aplicaciones d'investigación, incluyendo: El so usu como fontes de neutrones y de positrones (p. ex. pal so usu d'analís por aciu activación neutrónica o pal datáu pol métodu de datación potasiu-argón). Desenvolvimientu de teunoloxía nuclear.
Reactor nuclear de fisión
Un reactor nuclear de fisión consta de les siguientes partes esenciales:
Combustible.-Isótopu fisible (divisible) o fértil (convertible en fisionable por activación neutrónica): Uraniu-235, Uraniu-238, plutoniu-239, Toriu-232, o amiestos d'estos (MOX, Amiestu d'óxidos d'uraniu y plutoniu). El combustible habitual nes centrales esfrecíes per agua llixero ye'l dióxidu d'uraniu arrequiercíu, nel qu'alredor del 3 % de los nucleos d'uraniu son d'O-235 y el restu d'O-238. La proporción d'O-235 nel uraniu natural ye namái de 0,72 %, polo que ye necesariu sometelo a un procesu d'arrequiercimientu nesti nucleido. Moderador (nuclear).- Agua, agua pesao, grafitu, sodiu metálicu: Cumplen cola función de frenar la velocidá de los neutrones producíos pola fisión, por que tengan la oportunidá d'interactuar con otros átomos fisionables y caltener la reacción. Como regla xeneral, a menor velocidá del neutrón, mayor probabilidá de fisionar con otros nucleos del combustible nos reactores qu'usen uraniu 235 como combustible. Refrigerante.- Agua, agua pesao, anhídridu carbónico, heliu, sodiu metálicu: Conduz el calor xeneráu hasta un intercambiador de calor, o bien direutamente a la turbina xeneradora d'enerxía llétrica o propulsión. Reflector de neutrones Reflector.- Agua, agua pesao, grafitu, uraniu: amenorga l'escape de neutrones y aumenta la eficiencia del reactor. Blindaxe.- Formigón, plomu, aceru, agua: Evita la fuga de radiación gamma y neutrones rápidos. Material de control.- Cadmiu o boru: fai que la reacción en cadena párese. Son bien bonos absorbentes de neutrones. Xeneralmente úsense en forma de barras o bien disueltu nel refrigerante. Elementos de Seguridá.- Toles centrales nucleares de fisión, consten en 2007 de múltiples sistemes, activos (respuenden a señales llétrequiers), o pasivos (actúen de forma natural, por gravedá, por casu). La contención de formigón qu'arrodia a los reactores ye la principal d'elles. Eviten que se produzan accidentes, o que, en casu de producise, haya una lliberación de radioactividá al esterior del reactor.
Tipos de reactores nucleares de fisión Esisten dellos tipos básicos nel 2012:
LWR - Light Water Reactors (Reactores d'agua llixero): utilicen como refrigerante y moderador l'agua. Como combustible uraniu arrequiercíu. Los más utilizaos son los PWR (Pressure Water Reactor o reactores d'agua a presión) y los BWR (Boiling Water Reactor o reactores d'agua en ebullición): 264 PWR y 94 BWR en funcionamientu nel 2007.
CANDU - Canada Deuterium Uranium (Canadá deuteriu uraniu): Utilicen como moderador y refrigerante agua pesao (compuesta por dos átomos de deuteriu y unu d'oxíxenu). Como combustible utilicen uraniu natural: 43 en funcionamientu nel 2007.
FBR - Fast Breeder Reactors (reactores rápidos realimentaos): utilicen neutrones rápidos en llugar de térmicos pa la consecución de la fisión. Como combustible utiliza plutoniu y como refrigerante sodiu líquidu. Esti reactor nun precisa moderador: 4 operativos en 2007. Solo unu n'operación.
AGR - Advanced Gas-cooled Reactor (reactor esfrecíu por gas avanzao): usa uraniu como combustible. Como refrigerante utiliza CO2 y como moderador grafitu: 18 en funcionamientu en 2007.
RBMK - Reactor Bolshoy Moshchnosty Kanalny (reactor de canales d'alta potencia): Utiliza grafitu como moderador y agua como refrigerante. Uraniu arrequiercíu como combustible. Puede recargase en marcha. Tien un coeficiente de reactividá positivu. El reactor de Chernóbil yera d'esti tipu. Esistíen 12 en funcionamientu en 2007.
FBNR Reactor de Llechu Fixu, un reactor de llechu fixu ye un reactor modular de 4 xeneración, nel cual la cámara de combustible atópase separáu de la cámara de reacción
ADS - Accelerator Driven System (sistema asistíu por acelerador): utiliza una masa subcrítica de toriu, na que se produz la fisión solo pola introducción, por aciu aceleradores de partícules, de neutrones nel reactor. Atópase en fase d'esperimentación, y prevese qu'una de les sos funciones fundamentales sería la eliminación de los residuos nucleares producíos n'otros reactores de fisión.
Ventayes de los reactores nucleares de fisión Una de les ventayes de los reactores nucleares actuales ye que casi nun emiten contaminantes al aire (anque dacuando surden pequeñes cantidaes de gases radiactivos), y los residuos producíes son bien de menores en volume y más controlaos que los residuos xeneraes poles plantes alimentaes por combustibles fósiles. Neses centrales térmiques convencionales qu'utilicen combustibles fósiles (carbón, petroleu o gas), emítense gases d'efeutu ivernaderu (CO2 principalmente), gases que producen agua acedo (SO2 principalmente), carbonilla, metales pesaos, miles de tonelaes añalmente de cenices, ya inclusive material radiactivo natural concentráu (NORM). Nuna central nuclear los residuos sólides xeneraos son del orde d'un millón de vegaes menores en volume que los contaminantes de les centrales térmiques.
El uraniu arrequiercíu utilizáu nes centrales nucleares nun sirve pa construyir un arma nuclear nin pa usar uraniu procedente d'elles. Pa ello diseñen los reactores en ciclos d'altu arrequiercimientu o bien s'usen diseños como reactores tipo RBMK usaos pa la xeneración de plutoniu.
Últimamente investíguense centrales de fisión asistida, onde parte de los residuos más peligroses seríen destruyíos por aciu el bombardéu con partícules procedentes d'un acelerador (protones de xuru) que por espalación produciríen neutrones que de la mesma provocaríen la transmutación d'esos isótopos más peligrosos. Esta sería una especie de central de neutralización de residuos radiactives automantenida. El rendimientu d'estes centrales sería en principiu menor, yá que parte de la enerxía xenerada usar pa la transmutación de los residuos. Envalórase que la construcción del primer reactor de transmutación (Myrrha) va empezar nel añu 2014.
Desventaxes de los reactores nucleares de fisión El peligru pa la población provién de dellos factores: 1) accidente nuna central atómica, 2) ataque terrorista, 3) peligrosidá de los residuos y la so alto poder contaminante del mediu ambiente, 4) basureros nucleares, 5) posible esviación de los residuos pa la producción d'armes de destrucción masiva.
Los reactores nucleares xeneren residuos radiactives. Dalgunos d'ellos con un semiperiodu eleváu, como'l americiu, el neptuniu o'l curiu y de una alta toxicidá. Los detractores de la enerxía nuclear faen fincapié nel peligru d'eses residuos que duren cientos ya inclusive miles d'años.
Dellos reactores nucleares utilizar pa xenerar plutoniu 239 utilizáu nel armamentu nuclear. Los reactores civiles xeneren plutoniu pero'l plutoniu 239 (riquíu nes armes nucleares) apaez entemecíu con altes proporciones de plutoniu 240, 238, 240 y 242, facer invidables pa usu militar.
Los accidentes nucleares más graves fueron: Mayak (Rusia) en 1957, Windscale (Gran Bretaña) en 1957, Three Mile Island (Estaos Xuníos) en 1979, Chernóbil (Ucrania) en 1986, Tokaimura (Xapón) en 1999 y Fukushima (Xapón) 2011.
La peligrosidá de los residuos nucleares ye una tema altamente revesosa. Estos suelen acomuñar a la xeneración d'enerxía nuclear de fisión, sicasí esisten infinidá de fontes radiactives emplegaes en diversos usos que tamién son soterraes en campusantos nucleares. La mayoría de los países tienen empreses nacionales encargaes de la xestión d'estes residuos, de normal la tarifa llétrica inclúi un porcentaxe que se destina a esti fin. Na actualidá nun esisten almacenes definitivos destinaos al enterramientu del combustible gastáu, suélense caltener en piscines nos mesmos allugamientos de los reactores o n'almacenes centralizaos. Pa munchos esta ye la opción más razonable yá que nel combustible gastáu caltién el 95 % del uraniu, lo que va dexar nel futuru'l so reutilización, de fechu dellos países yá lu faen pero la téunica ye bien costosa.
Reactor nuclear de fusión
Instalación destinada a la producción d'enerxía por aciu la fusión nuclear. Tres más de 60 años d'investigación nesti campu, llogróse caltener una reacción controlada, magar entá nun ye energéticamente rentable.
La mayor dificultá topar en soportar la enorme presión y temperatura que requier una fusión nuclear (que namái ye posible atopar de forma natural nel nucleu d'una estrella). Amás esti procesu requier una enorme inyeición d'enerxía inicial (anque depués podríase automantener una y bones la enerxía desprendida ye enforma mayor)
Anguaño esisten dos llinies d'investigación, el confinamientu inercial y el confinamientu magnéticu.
El confinamientu inercial consiste en contener la fusión por aciu l'emburrie de partícules o de rayo láser proyeutaos contra una partícula de combustible, que provoquen el so ignición instantánea.
Los dos proyeutos más importantes a nivel mundial son el NIF (National Ignition Facility) n'Estaos Xuníos y el LMJ (Laser Mega Joule) en Francia.
El confinamientu magnéticu consiste en contener el material a fundir nun campu magnético mientres se-y fai algamar la temperatura y presión necesaries. L'hidróxenu a estes temperatures algama l'estáu de plasma.