Una central nuclear o una planta nuclear son como se le conoce a las instalaciones industriales que tienen el objetivo de generar energía eléctrica mediante energía nuclear. Su principal característica se encuentra en el uso de combustible nuclear fisionable, el cual mediante reacciones nucleares genera el calor necesario para generar, mediante un ciclo termodinámico básico, el movimiento de los alternadores que transforman el trabajo mecánico en energía eléctrica.
Estructura de una central nuclear
Una central nuclear está conformada por:
- Edificio de concentración.
- Una o más torres de refrigeración.
- Uno o dos reactores RAP o PWR.
- Barras de control.
- Acumuladores de presión.
- Generadores de vapor.
- Combustible nuclear.
- Turbinas.
- Generadores eléctricos.
- Transformadores.
- Condensadores.
- Río.
- Circuitos de refrigeración.
- Circuito primario.
- Circuito secundario.
- Bombas de vapor de agua.
En el núcleo de un reactor nuclear es un contenedor que resguarda los bloques de material aislante de radioactividad (grafito u hormigón relleno de uranio-235 o plutonio-239). Durante el procedimiento se realiza una reacción moderada y sostenida mediante algunos elementos auxiliares que se encargan de absorber el exceso de neutrones liberados, manteniendo así el control de la reacción en cadena del material radiactivo.
Por otra parte, rodeando al núcleo está un reflector que devuelve al núcleo parte de los neutrones que se han fugado durante la reacción. Las barras de control se sumergen en el reactor, las cuales se encargan de acelerar o moderar el factor de manipulación del proceso de la reacción en cadena del circuito nuclear.
El blindaje que rodea al reactor se encarga de absorber la radioactividad, mientras que un circuito de refrigeración externo se encarga de extraer el exceso de calor generado por el reactor.
La energía nuclear que se genera se caracteriza por generar una gran cantidad de energía eléctrica, pero en consecuencia también se producen residuos nucleares que deben ser resguardados en depósitos especializados. A pesar de esto último no se produce contaminación atmosférica, a diferencia de los gases generados por la combustión que sí producen el efecto invernadero, pues necesitan de combustibles fósiles para poder operar. Aunque características de las reacciones nucleares hacen que este tipo de instalaciones sean peligrosas en caso de que se pierda el control.
Funcionamiento de una central nuclear
Las cuatro partes fundamentales de una central nuclear son:
- El reactor donde se producen las reacciones nucleares.
- Los generadores de vapor de agua (PWR).
- Las turbinas de vapor, las cuales se encargan de mover el generador y así poder producir la electricidad debido a la expansión del vapor.
- Los condensadores, unos intercambiadores de calor que enfría los vapores y lo convierten de nuevo en agua.
Una central funciona de la siguiente manera:
- En primer lugar el reactor es el que se encarga de realizar la fisión de los átomos del combustible nuclear. Como resultado de esto se genera el residuo radiactivo y a su vez se libera una gran cantidad de energía calorífica por unidad de masa de combustible.
- El generador de vapor actúa como un intercambiador de calor que se encarga de transmitir el calor transmitido por el circuito primario, por el cual el agua que se calienta gracias al reactor.
- Mientras que el circuito secundario transforma el agua en vapor y luego este se expande a través de las turbinas de vapor. Esto produce el movimiento de estas y a su vez hacen que los generadores eléctricos giren y produzcan entonces la energía eléctrica.
- Luego el transformador incrementa y pasa la tensión eléctrica a la red de transporte de energía.
- Después de que el vapor se haya expandido, este se condensa en el condensador, donde transmite su calor al agua fría del refrigerante, que en las centrales PWR pasa por las torres de refrigeración.
- Finalmente, una vez que el vapor se condensa regresa al reactor nuclear para iniciar el proceso otra vez.
Siempre las centrales nucleares están cerca de un suministro de agua fría, ya sea un río, el mar o un lago, el cual está conectado con el circuito de refrigeración, el cual puede funcionar mediante torres de refrigeración o no.
Tipos de centrales nucleares
En la actualidad existen una amplia variedad de centrales nucleares, y por lo tanto cada una cuenta con sus propias ventajas pero también con sus inconvenientes particulares. Hoy en día se pueden encontrar centrales que se basan en la fisión nuclear y en la fusión nuclear.
Las centrales de fisión nuclear se pueden dividir en dos segmentos:
- La centrales con reactores térmicos: Estos son los más usados en la actualidad, pues para su correcto funcionamiento necesitan de los neutrones que se emiten durante la fisión, los cuales son de muy alta energía y son detenidos por un moderador.
- Las centrales de reactores rápidos: Estas son de muy alta importancia dentro de la generación III+ y IV, aunque no necesitan moderadores para funcionar pues trabajan de forma directa con los neutrones sin esta sustancia.
La principal diferencia entre estos tipos de reactores se encuentra en que los reactores térmicos cuentan con un moderador nuclear, mientras que los reactores rápidos no.
