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Física Tema 3 – 1 2º Bachillerato Interacción nuclear. Radiactividad

IES Portada Alta - Luis Garrido

Tema 3 INTERACCIÓN NUCLEAR. RADIACTIVIDAD 1.- Estructura del átomo. El núcleo. Tamaño y unidades atómicas 2.- Defecto de masa. Energía de enlace por nucleón 3.- Fuerzas nucleares. 4.- Radiactividad natural. Radiaciones emitidas 5.- Procesos nucleares artificiales. Radiactividad artificial 6.- Ley de desintegración. Constante radiactiva. Actividad 7.- Efectos y medida de las radiaciones 8.- Aplicaciones de los radioisótopos 9.- Reacciones nucleares. Clasificación 10.- Reacciones de fisión y fusión nuclear 11.- Reactores nucleares 12.- Problemas que plantea la energía nuclear 13.- La energía nuclear en España



1.- NÚCLEO ATÓMICO Un átomo consta de núcleo y corteza. En el núcleo hay protones (carga +) y neutrones (sin carga); en la corteza hay electrones (carga -). Carga del protón = carga del electrón = 1,6.10-19 C. Número atómico Z es el número de protones que contiene el núcleo de un átomo. Número másico A es la suma de los protones y neutrones que contiene el núcleo. Un núcleo se caracteriza por A, Z y la energía que posea, y lo designaremos por Z

AX . Los protones y neutrones reciben el nombre genérico de nucleones. Isótopos son núclidos con el mismo número atómico y distinto número másico; es de-cir, con igual número de protones y distinto número de neutrones. Isóbaros son núclidos de igual número másico y distinto numero atómico.

El tamaño del núcleo está relacionado con su nº másico (A): R = r A0

1

3. Dicha relación se ha confirmado experimentalmente, y r

o vale 1,2.10-15 m.

La masa de átomos y núcleos se mide empleando la unidad de masa atómica, u.m.a., que se designa por u y se define como la doceava parte de la masa que tiene el átomo de carbono de número másico 12. 1 u.m.a. = 1,66.10-27 kg

Las masas del protón, neutrón y electrón, expresadas en ambas unidades, son:

mp = 1,673.10-27 kg = 1,0073 u

mn = 1,675.10-27 kg = 1,0087 u

me = 9,110.10-33 kg = 5,4860·10-4 u

La unidad de energía, en física atómica, es el electrón-voltio, eV, que se define como la energía que adquiere un electrón, inicialmente en reposo, cuando se traslada de un punto a otro entre los que existe una diferencia de potencial de un voltio. W = q’(V-V’) Su equivalencia en julios es: 1 eV = 1,6.10-19 C · 1V = l,6.10-19 J ; 1 MeV = 1,6.10-13 J. La expresión dada por Einstein ∆E = ∆mc2 relaciona las magnitudes masa y energía. A partir de esta expresión se deduce que: 1u.m.a. = 931 MeV.

masa de un mol de átomos de 12C = 12 g = 12.10-3 kg masa de un átomo de 12C = 12.10-3/6,02.1023 kg = 1,99.10-26 kg

u.m.a. = 1,99.10-26/12 = 1,66.10-27 kg

∆∆∆∆∆∆∆∆EE == ∆∆∆∆∆∆∆∆mmcc22 = 1 u · (3.108 m/s)2 = 1,66.10-27 kg · (3.108 m/s)2 ∆E = 1,49.10-10 J = 1,49.10-10 J · 1 eV/1,6.10-19 J = 9,31.108 eV

1 u.m.a. = 9,31.108 eV = 931 MeV



2.- DEFECTO DE MASA. ENERGÍA DE ENLACE POR NUCLEÓN La masa experimental o real del núcleo de 4He , medida con el espectrómetro de masas, resulta ser de 4,002603 u (*), diferente de la masa teórica calculada sumando la masa de sus nucleones, (2mp + 2mn) = 4,031884 u. (*) A todos los efectos, el valor de la masa nuclear se toma igual al de la masa atómica La diferencia entre la masa teórica y la experimental es el defecto de masa:

∆m = 0,029281 u.

A ese defecto de masa se asocia un defecto de energía: ∆E = ∆mc2 = 27,26 MeV. Este defecto de energía se interpreta como la energía que se libera al formarse el núcleo del átomo a partir de sus partículas elementales, o bien, como la energía que tenemos que dar a dicho núcleo para separarlo en sus partículas elementales, y se le denomina energía de ligadura o energía de enlace del núcleo. Si dividimos la energía de ligadura por el número de nucleones del núclido, obtendre-mos la energía de enlace media por nucleón en este núclido, ∆E/A, que representa la energía media necesaria para extraer un nucleón del núcleo.

Según la gráfica, al aumentar el número másico A, la energía de enlace por nucleón no varía mucho, excepto para los núclidos ligeros, por lo que la curva casi constante, varía entre 7,5 y 8,5 MeV, con un máximo para valores cercanos a 60, de los núclidos con más estabilidad nuclear, con mayor energía de ligadura. Esta energía de enlace de los nucleones es del orden del MeV, mientras que la energía de enlace de los electrones de un átomo con respecto a su núcleo es del orden del eV. Esta diferencia explica que se obtenga mucha más energía de las reacciones nucleares que de las químicas.



3.- FUERZAS NUCLEARES Si en el núcleo hay Z cargas positivas en un espacio esférico, cuyo radio es del orden de 10-15 m, ¿cómo es posible que el núcleo sea estable y no se desintegre por el efecto de la repulsión electrostática entre las cargas positivas? Para contestar es necesario postular la existencia de la interacción nuclear fuerte, de tipo atractiva y que actúa entre cada par de nucleones de forma independiente de que tengan o no carga eléctrica y de cuál sea su signo. Esta interacción nuclear fuerte es la responsable de la estabilidad nuclear; es decir, mantiene a los quarks unidos en el protón y en el neutrón, y a los protones y neutrones en el núcleo. Las fuerzas nucleares reúnen una serie de condiciones experimentales: a) Son de naturaleza distinta de las conocidas hasta ahora. b) Son muy fuertes, capaces de vencer la repulsión electrostática entre protones. c) Son de muy corto alcance, pues su acción es nula a distancia mayor de 10-14 m. d) Las fuerzas nucleares se saturan; esto significa que un determinado nucleón no puede

interaccionar simultáneamente con número ilimitado de nucleones, sino sólo con un pequeño número de ellos, los más próximos. En consecuencia, la densidad nuclear es constante. Recordemos que las fuerzas gravitatorias y electromagnéticas ni se saturan ni tienen un alcance limitado, puesto que una partícula, por su masa o por su carga, interacciona con cualquier otra partícula presente en el sistema y, además, a cualquier distancia.

También se conoce la interacción nuclear débil, responsable de la desintegración de los neutrones; es decir, de la desintegración beta. Comparemos la intensidad de los cuatro tipos de interacciones: Fuerte (1) > Electromagnética (10-2) > Débil (10-5) > Gravitatoria (10-38) Muchos grandes físicos han dedicado tiempo y esfuerzo a la elaboración de una teoría de campo unificado, una teoría que dé cuenta de las cuatro clases de interacciones con un mismo conjunto de principios. Einstein, por ejemplo, dedicó la mayor parte de los últimos años de su vida a un infructuoso intento de aportar esta clase de unificación a la física. La búsqueda de una teoría tal pervive entre los físicos teóricos, y la esperanza de la teoría del campo unificado es que un día se encontrarán conexiones en todas las inter-acciones.



4.- RADIACTIVIDAD NATURAL. RADIACIONES EMITIDAS La radiactividad natural es un proceso espontáneo en el que un núclido inestable se des-compone, dando lugar a otro núclido más estable y emitiendo una radiación. Descubier-ta por Becquerel, en 1896, en las sales de uranio. Pierre y Marie Curie descubrieron en la pecblenda otros dos elementos radiactivos: polonio y radio. La radiactividad es una propiedad nuclear y se presenta con independencia del compues-to del que forma parte el átomo radiactivo. Existen más de 100 isótopos radiactivos na-turales. Son radiactivos todos los isótopos a partir del polonio Z = 84. Radiaciones emitidas. Leyes de Soddy Los núcleos radiactivos emiten espontáneamente tres clases distintas de radiaciones: α, β y γ. La emisión de radiaciones se conoce como decaimiento. a) La naturaleza de las partículas αααα se determinó con el espectrógrafo de masas; son

núcleos de helio, es decir, la radiación α está constituida por partículas de masa 4 u, y carga positiva igual a dos veces la carga del electrón.

Cuando un núclido emite una partícula αααα, su número másico disminuye en 4 unida-des y su número atómico en 2: YX A

ZAZ

42

−−→−α

b) De la radiación ββββ, se conocen dos tipos, la β− y la β+, según que lo que se emita sea

respectivamente un electrón o un positrón (partícula igual que el electrón pero de carga positiva).

Los electrones que constituyen la radiación β− provienen del núcleo, por una trans-formación de un neutrón en un protón y un electrón, más un antineutrino, partícula postulada para que se conservara el momento y la energía en este tipo de radiaciones, y cuya existencia se comprobó más tarde: n p e→ + +− ν . Cuando un núclido emite una radiación ββββ−−−−, su número másico no varía y su número atómico aumenta en una unidad: Z

AZ

AX Y− → ++β ν1

La desintegración ββββ−−−− se produce en isótopos de núcleos ligeros cuyo número másico es superior al de los isótopos estables de esos mismos elementos.

c) La radiación γγγγ no tiene naturaleza corpuscular; se trata de una radiación electromag-nética, emitida al desexcitarse el núcleo para volver a su estado fundamental, proceso análogo al que ocurre al desexcitarse un electrón en el átomo, si bien en este caso la frecuencia de las radiación emitida es mucho menor que en la radiación γγγγ.

XX A

ZAZ →− γ* , siendo *XA

Z un estado excitado del núcleo.



5.- PROCESOS NUCLEARES ARTIFICIALES. RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL La radiactividad natural sugiere que los núcleos atómicos son estructuras complejas, y es lógico realizar su estudio bombardeándolos con proyectiles naturales, tales como las mismas partículas α emitidas por los núcleos radiactivos. De esa forma se pueden con-seguir transmutaciones (procesos) nucleares artificiales. • Rutherford en 1911, al estudiar la difusión de partículas α por el nitrógeno, observó la formación de un isótopo del oxígeno y la presencia de partículas que se identificaron como protones: 7

1424

817

11N He O H+ → +

• Bothe y Becker en 1930, bombardearon berilio con partículas α procedentes de una fuente de polonio, obteniendo un tipo de rayos muy penetrantes, identificados por Chadwick como una nueva partícula, el neutrón: 4

924

612

01Be He C n+ → +

Con el fin de obtener partículas con elevada energía para ser utilizadas como agentes bombardeantes se utilizan los llamados "aceleradores de partículas", como el ciclotrón (protones) y el betatrón (electrones). Las transformaciones nucleares artificiales conducen con frecuencia a la obtención de núcleos que no se encuentran en la naturaleza; tales núcleos son inestables y se desinte-gran mediante un proceso al que se llama radiactividad artificial. • El primer fenómeno de este tipo fue descubierto por Joliot-Curie en 1934, pues al bombardear aluminio con partículas α detectaron neutrones, pero observaron además que, después de cesar el bombardeo, el aluminio parecía ser radiactivo. En realidad lo que ocurría es que el fósforo producido es inestable y se desintegraba emitiendo un posi-trón: 13

2724

1530

01Al He P n+ → + ; 15

301430

10P Si e* → + +

La emisión de positrones es una posibilidad exclusiva de los radioelementos (elementos radioactivos artificiales), pues los naturales sólo emiten partículas α y electrones. Se han obtenido prácticamente radioisótopos de todos los elementos naturales, unos emisores de electrones y otros de positrones, con su período característico. "Nuestros últimos experimentos han puesto de manifiesto un hecho sorprendente: cuan-do una lámina de aluminio es irradiada mediante una preparación de polonio, la emi-sión de positrones no cesa inmediatamente después de separar la preparación activa. La lámina sigue radiactiva y la emisión de radiación disminuye exponencialmente como si se tratara de un radioelemento ordinario".

(Palabras de Irene Curie y Frederic Joliot)



6.- LEY DE DESINTEGRACIÓN. CONSTANTE RADIACTIVA. ACTIVIDAD Supongamos que en un instante dado existen N0 núclidos iguales y que se desintegran mediante un solo tipo de proceso radiactivo. Al cabo de un tiempo t, el número de nú-clidos N que aún permanecerán sin desintegrar será proporcional al número inicial de núclidos N0 y al tiempo de desintegración t.

Matemáticamente lo expresamos así: teNN λ−= .0 (*)

λ es la constante radiactiva, que representa la probabilidad de desintegración en un se-gundo, y depende del núclido y del tipo de desintegración. El valor inverso de λ se llama vida media, (τ = 1/λ) y mide la duración de un núcleo, por término medio, antes de des-integrarse.

La ley N N e t= −

0λ es de natura-

leza estadística, aplicable cuando N0 es muy grande, y se refiere al conjunto de núcleos, pero no a cada uno en particular; no se pue-de conocer cuáles van a desinte-grarse en un segundo, aunque sí podemos saber cuántos lo harán.

Período de semidesintegración o semivida (T) es el tiempo necesario para que el nú-mero inicial de núclidos se reduzca a la mitad. Por tanto, si en (*) sustituimos N por N0/2, y t, por el período de semidesintegración T:

N

N e T002

= −λ ⇒ ln lnN

N e T002

= −λ ⇒ λ

2ln=T

Ejemplos: min05,3Po218 = ; días1,24Th234 = ; añosRa 1600226 =

Actividad radiactiva (A) de una muestra es el número de desintegraciones que experi-menta la muestra por segundo, y es igual al producto del número de núcleos que en un cierto t tiempo quedan sin desintegrar (N) por la probabilidad de desintegración en un segundo (λ) ; es decir: NλA ⋅= . La unidad de actividad en el S.I. es el becquerel (Bq) = 1 desintegración / s. En radiología se usa el curio (Ci) = 3,7.1010 Bq.

0 T 2T 3T 4T 5T 6T

N0/2

N0/4

N0/8

N0

N0/16 N0/32



7.- EFECTOS Y MEDIDA DE LAS RADIACIONES Se llaman radiaciones ionizantes las que son capaces de ionizar la materia con la que inciden, es decir arrancar electrones de la corteza de sus átomos. Son radiaciones ioni-zantes las radiaciones α, β, γ y los rayos X. Esas radiaciones ionizantes actúan sobre los organismos vivos por ionización de sus moléculas celulares, produciendo efectos biológicos que dependen de la dosis absorbida, de las condiciones en que ha sido recibida y de su duración. Existen dos clases de efectos biológicos: • Somáticos: se manifiestan en el individuo irradiado (cáncer, leucemia); sus conse-

cuencias dependen del órgano irradiado; los daños pueden aparecer rápidamente pa-ra dosis elevadas e instantáneas.

• Genéticos: lesionan células reproductoras y pueden originar mutaciones en la des-cendencia.

Para medir los efectos de las radiaciones en los seres vivos se tiene en cuenta la energía absorbida por unidad de masa (“dosis absorbida” cuya unidad es el Gray, 1Gy = 1J/kg), el tipo de radiación y la naturaleza del tejido irradiado. Todo ello se engloba en el con-cepto de "dosis efectiva" (o simplemente dosis), cuya unidad es el Sievert (1Sv = 1J/kg), y en radiología el rem (1rem = 10-2 Sv).

Dosis efectiva de radiación, por persona y año (en mSv)

Radiación Cósmica 0,35

Materiales del suelo y radón

1,70

Pruebas Radiológicas

1.00

Propio cuerpo 0,34

Centrales nu-cleares, TV...

0,02

Exposición profesional

0,02



8.- APLICACIONES DE LOS RADIOISÓTOPOS a) En agricultura y alimentación: • Obtención de cultivos de alto rendimiento y producción de especies vegetales resis-

tentes a enfermedades. • Combate y erradicación de plagas. • Mejora de sistemas de riego, comprobación del grado de absorción de abonos. • Conservación de alimentos, como alternativa a la técnica del frío (criogenia).

b) En medicina: • Con fines diagnósticos, la resonancia magnética obtiene imágenes de órganos del

cuerpo humano utilizando núcleos de tritio. • Con fines terapéuticos se tratan tumores en potentes unidades de irradiación con

Co60 , de periodo de semidesintegración de unos cinco años. • Esterilización de medicamentos y equipo instrumental médico. c) En arqueología y obras de arte: • Datación de fósiles y restos arqueológicos mediante el isótopo C14 . • Restauración de obras de arte y conservación contra hongos y carcoma. • Verificación de autenticidad y fecha de realización.

d) En industria: • Obtención de imágenes (gammagrafía) de estructuras internas para inspección de

soldaduras y estudio del desgaste de piezas y engranajes. • Detección de fugas y medidas de nivel de líquidos en tuberías y depósitos. • Medidas de espesores y densidades de láminas plásticas, metálicas, papel... • Análisis cuantitativos de dosificación del agua en hormigones o en suelos. e) Generación eléctrica:

En los generadores isotópicos de electricidad las radiaciones emitidas por el radioisó-topo generan calor que se convierte en corriente eléctrica mediante termopares. Se usan en los satélites y naves espaciales, para alimentar aparatos de observación en lu-gares inaccesibles y en los marcapasos.

f) Como trazadores:

Se introducen isótopos radiactivos en pequeñas cantidades en ciertos cuerpos y se si-gue su huella o "traza". Esta técnica se aplica en los siguientes campos:

• En metalurgia, para estudiar condiciones de deterioro de mezclas. • En hidráulica para seguir el transporte de líquidos y conducciones. • En agricultura, y en química para estudiar el mecanismo de reacciones. • En medicina, en tareas de detección, diagnóstico y localización, pues permiten se-

guir la penetración, fijación y eliminación de elementos en el cuerpo humano: absor-ción de insulina en diabéticos, asimilación del calcio...



9.- REACCIONES NUCLEARES. CLASIFICACIÓN

Una reacción nuclear puede describirse: a X Y b+ → + , o bien ( )X a b Y, , donde X e Y son los núcleos pesados inicial y final; a es la partícula o núcleo ligero con el que se bombardea, y b es la partícula o núcleo ligero que se emite. En una reacción nuclear se conservan el número atómico y el número másico. Podemos clasificar las reacciones nucleares en los siguientes tipos: a) TRANSMUTACIÓN: a y b son partículas o núcleos ligeros diferentes. b) DISPERSIÓN: a = b, X = Y, que puede ser elástica, si el núcleo Y queda en estado

normal, o inelástica si queda en estado excitado Y*, que posteriormente puede desex-citarse por emisión γ.

c) FOTONUCLEAR: Si a es un fotón (rayo γ). d) CAPTURA RADIACTIVA: Si a queda absorbido por el núcleo X, y b es un fotón

(rayo γ). e) PROCESO RADIACTIVO: Sin necesidad de proyectil a, el núcleo X se desintegra, y

en tal caso, b es su emisión característica, e Y el núcleo hijo que puede ser estable o a su vez inestable.

f) FISIÓN: Tras el impacto de a, el núcleo X se divide en dos fragmentos de masas in-

termedias. g) FUSIÓN: a y X son núcleos que se funden para dar lugar a otro núcleo Y más pesado. Observando la curva que representa la energía media de enlace por nucleón en función del número de nucleones (apartado 2), podemos prever que los núcleos pesados tenderán a ser más estables partiéndose (fisión) en dos, de tamaño aproximadamente igual a la mitad de la masa del núcleo escindido. Por otro lado, los núcleos ligeros tenderán a unirse entre sí para formar uno más pesado y conseguir así mayor estabilidad, dando lugar a la fusión. Hemos de tener en cuenta que, para que se produzca fusión o fisión, es necesario dar una cierta energía de activación.



10.- REACCIONES DE FISIÓN Y FUSIÓN NUCLEAR • Fisión: un núcleo pesado captura un neutrón lento o térmico, de poca energía ≅1 eV

(si fuese un neutrón rápido, con energía ≅entre 104eV y 1MeV, el choque sería elás-tico y no se produciría su captura por parte del núcleo pesado), y se escinde en dos fragmentos de tamaño comparable y aproximadamente igual a la mitad de su masa. Por ejemplo, la fisión del 92

235U : neutrones3ó2YXnU 10

23592 ++→+

• Los productos de fisión X e Y son isótopos radiactivos y pueden ser muy variados; los más habituales son 56

140Ba y 3693Kr ; 54

140Xey 3893Sr ; 58

144Ce y 3890Sr .

• Los neutrones resultantes de la fisión son neutrones rápidos, pero reducen su veloci-dad por choques con un moderador (grafito, agua pesada) haciéndose térmicos y produciendo nuevas escisiones en otros núcleos, originando una reacción en cadena.

• La reacción de fisión del 92235U es exotérmica, pues la masa del uranio es mayor que

la suma de las masas de los productos, existiendo por tanto un defecto de masa al que corresponde una cierta energía que se libera. Alrededor de la mitad de esa ener-gía se convierte en energía cinética de los neutrones resultantes de la fisión (neutro-nes rápidos) y en energía de los rayos gamma emitidos. Por término medio se libera una energía de 208 MeV por núcleo de uranio fisionado. De la fisión de 1 gramo de uranio se pueden obtener 24 MWh (1 MWdía). Si la energía liberada se produce en fracción de segundos será de modo explosivo, dando lugar a la bomba atómica.

♦ Fusión: unión de núcleos ligeros para dar núcleos más pesados liberando energía en el proceso. Por ejemplo, la reacción de fusión de cuatro núcleos de hidrógeno para dar un núcleo de helio: 0

142

11 24 ++→ eHeH

♦ La fusión tiene lugar espontáneamente en el sol y en las estrellas, donde las tempera-turas son del orden de 106 K y, consecuentemente, hay una agitación térmica tan elevada que permite a los núcleos de hidrógeno fusionarse, venciendo la repulsión eléctrica que hay entre ellos, para formar núcleos de helio.

♦ En los años cincuenta, se consiguió el proceso de fusión en cadena en forma explo-siva (bomba H). Para ello, una explosión atómica ordinaria (de fisión) consiguió las altísimas temperaturas necesarias para lograr la fusión de dos núcleos de deuterio, o bien cuatro de hidrógeno en un núcleo de helio.

♦ Desde el punto de vista energético, la fusión produce una cantidad de energía entre siete y ocho veces mayor que la producida por fisión, a partir de iguales cantidades de material nuclear empleado ( 1

1H o 92235U ).

♦ Por otro lado, la fusión no contamina, no produce residuos radiactivos y, además, el combustible (hidrógeno) es prácticamente inagotable. Sin embargo, a pesar de estas perspectivas tan favorables, el proceso todavía no está controlado a gran escala.

♦ Las principales dificultades prácticas para conseguir la fusión son: - Lograr las altas temperaturas necesarias, lo que requiere una fisión previa. - Mantener aislada la masa de reacción, para lo que se ensaya con “confinamien-to magnético”



11.- REACTORES NUCLEARES Son dispositivos destinados a mantener una reacción controlada de fisión en cadena, con la consiguiente producción de energía cinética que en último término se libera en forma de calor. Un reactor consta de los siguientes elementos: a) NÚCLEO, donde se sitúa el combustible ( UUU 239238235 ,, )

b) MODERADOR de neutrones rápidos, como grafito, agua pesada; no existe en los reactores rápidos que funcionan con neutrones rápidos.

c) REFLECTOR de neutrones, material que rodea el núcleo evitando la salida de neu-trones al exterior.

d) REFRIGERANTE o extractor del calor producido: CO2 , H2O, D2O, sodio líquido, y en general sustancias poco absorbentes de neutrones.

e) ELEMENTOS DE CONTROL Y SEGURIDAD, consistentes en unas barras de cad-mio o boro, fuertes absorbentes de neutrones, que introducidas a voluntad en el nú-cleo regulan la reacción de fisión e incluso pueden detenerla.

f) BLINDAJE del reactor para proteger el exterior de emisiones radiactivas.

Los reactores nucleares pueden clasificarse según: a) El MATERIAL FISIBLE � reactores de uranio; plutonio; urano enriquecido...

b) La DISPOSICIÓN DEL COMBUSTIBLE Y MODERADOR � reactores homogé-neos, si el combustible está disuelto en el líquido moderador, y la disolución hace de refrigerante; reactores heterogéneos, si el combustible (uranio envasado en vainas) está rodeado por el moderador.

c) La VELOCIDAD DE LOS NEUTRONES EMPLEADOS � reactores rápidos y reac-tores térmicos (lentos).

d) El MODERADOR UTILIZADO � reactores de agua ligera, agua pesada, grafito.

e) Las APLICACIONES � reactores de potencia, para producir energía eléctrica; reac-tores de investigación, para obtener neutrones que se usarán en la producción de ra-dioisótopos.

El llamado Reactor Reproductor (o reactor rápido), no utiliza moderador para los neu-trones, y el combustible de la zona central se rodea de uranio empobrecido (rico en 238U ), que se va convirtiendo en 239Pu (físil) al ser alcanzado por los neutrones rápi-dos, produciéndose simultáneamente energía y combustible nuevo.



ESQUEMA DE UNA CENTRAL NUCLEAR TIPO BWR (agua en ebullición)

1 Núcleo 5 Vasija 9 Condensador 2 Barras de control 6 Turbina 10 Agua de refrigeración 3 Separador 7 Alternador 11 Contención primaria de acero 4 Vapor 8 Bomba de condensado 12 Contención de hormigón armado

ESQUEMA DE UNA CENTRAL NUCLEAR TIPO PWR (agua a presión)

1 Núcleo 5 Vasija 9 Condensador 2 Barras de control 6 Turbina 10 Agua de refrigeración 3 Generador de vapor 7 Alternador 11 Contención de hormigón armado 4 Presionador 8 Bomba de condensado



12.- PROBLEMAS QUE PLANTEA LA ENERGÍA NUCLEAR Problemas tecnológicos, pues si bien los principios en que se basa el proyecto de un reactor están bien establecidos, quedan aspectos técnicos no bien resueltos como la ob-tención de elevadísimas temperaturas mediante el cambiador de calor, para obtener ma-yor eficiencia térmica (de la energía térmica producida en el núcleo del reactor, hasta la salida en bornes del generador eléctrico sólo hay un 30 % de rendimiento). Problemas de seguridad, que se deben al riesgo determinado por las radiaciones β y γ, y los neutrones procedentes de la los productos de fisión, creados en el interior del reac-tor, o en los envases de uranio. Tales radiaciones persisten mucho tiempo después de que el reactor deje de funcionar e incluso después de descargar los elementos combusti-bles; por tanto, el personal encargado debe trabajar protegido y utilizando servomeca-nismos a distancia. El reactor debe asimismo estar protegido y blindado por paredes de hormigón, lo que incrementa su peso y dimensiones, representando una gran dificultad para proyectar un ingenio nuclear móvil (barcos, aviones, etc.). Por otra parte, los líquidos y los gases que circulan a través del reactor (refrigerantes) corren el riesgo probable de convertirse en radiactivos y, por tanto, todo el equipo debe ser estanco para evitar cualquier escape. Finalmente, los residuos sólidos (cenizas radiactivas) deben ser almacenados en bido-nes que se entierran en pozos profundos o en minas de sal. Estos procedimientos pueden constituir en el futuro un serio problema de contaminación radiactiva si se produjesen terremotos o filtraciones. Podría decirse que el riesgo de utilizar la energía nuclear se debe al imperfecto cono-cimiento de la materia bajo las condiciones en que se encuentra en el seno de un reac-tor nuclear.



13.- LA ENERGÍA NUCLEAR EN ESPAÑA España cuenta con un total de diez instalaciones nucleares: • Seis centrales – Almaraz I y II (Cáceres), Ascó I y II (Tarragona), Vandellós II (Ta-

rragona), Cofrentes (Valencia), Sta. María de Garoña (Burgos), Trillo (Guadalajara), - que forman un total de ocho grupos nucleares (Con reactores PWR, excepto Sta. María de Garoña y Cofrentes que son BWR).

• Una fábrica de combustible nuclear –Juzbado (Salamanca)

• Un centro de almacenamiento de residuos radiactivos de baja y media actividad en El Cabril (Córdoba).

Estructura de la producción de electricidad en España en 2010

Eólica

15%

Hidráulica

13%

Fósil

35%

Nuclear

21%

Biomasa y

solar

16%

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