Propulsión Nuclear Marina

La entrada de hoy la quiero dedicar a una de las aplicaciones de la Energía Nuclear. Esta aplicación, es la de la armamentística. Desde la creación y muestra de poderío de las bombas atómicas (Hiroshima y Nagasaki, 6 y 9 agosto de 1945), muchos países han querido mejorar su tecnología para adaptarla a la tecnología nuclear.

De esta tendencia nacieron distintos usos de la energía nuclear entre las que se encuentra la propulsión de buques y submarinos navales. Estos buques presentan una gran autonomía para cruzar los océanos sin necesidad de repostar: se calcula que no es necesario su repostaje en 30años. Hablamos de modelos como USS Enterprise de la NAVY americana, que es propulsado por ocho reactores del tipo PWR de 80 MW cada uno. Este modelo es el segundo más viejo de la armada americana, uno de los buques de guerra más grandes del mundo. Y sigue operativo a dia de hoy aunque su jubilación está prevista para finales del 2013 debido al gran consumo de sus 8 reactores. (http://es.wikipedia.org/wiki/USS_Enterprise_(CVN-65))

Submarino Akula (también nuclear) que acompañaba y protegía a los submarinos Thypoon rusos.

Esta forma de energía se estableció también para submarinos de guerra como el USS Nautilus, botado en 1955. Estos submarinos, además de ser impulsados por energía nuclear,  se utilizaban para transportar armamento nuclear. A día de hoy se consideran como verdades silos de misiles ya que su localización es desconocida y pueden almacenar grandes cantidades de misiles. Uno de los más grandes jamás construido es el Thypoon, que está considerado como el orgullo de la armada marina de la ya extinguida URSS. (http://es.wikipedia.org/wiki/Propulsi%C3%B3n_nuclear_marina)

En cuanto a la parte civil, fue en  plena guerra fría cuando se  intentó desarrollar buques civiles con un reactor para propulsarlos. Así nació el rompehielos Lenin, el primer barco con este tipo de tecnología. Luego llegaron los Arktika, barcos capaces de llegar al Polo norte, equipados con dos reactores.

Imagen del Arktika, buques capaces de llegar al polo Norte

Para otros usos como la transporte civil y comercial no se ha evolucionado este tipo de tecnología  ya que su uso no es rentable y supone unas importantes pérdidas económicas. Con este proposito nació el US Savannah. Que actualmente sirve de buque museo en el puerto de baltimore.

A día de hoy, esta puede ser una buena forma para conseguir eliminar los combustibles fósiles de un sector que demanda unas cantidades ingentes para su funcionamiento. De todos modos, queda mucho camino que recorrer en este sentido para que el uso de la energía nuclear sea rentable y segura en el día  a día. Es cuestión de tiempo que se desarrollen formas alternativas y menos contaminantes para el funcionamiento del planeta.

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Energía nuclear. Avances

   La energía nuclear vive en una encrucijada. Después de años anunciando un renacimiento, llegó el accidente de Fukushima y se paralizaron todas las ideas por mejorar la energía nuclear. No obstante, ahora están empezando a diseñar nuevos reactores nucleares modulares y están buscando nuevos materiales productores para conseguir la seguridad que no hay en estos tiempos.

   Por un lado, como se informa en el artículo de este enlace http://neofronteras.com/?p=3740 , una forma de conseguir que la energía nuclear sea más segura  sería cambiando el refrigerante de los reactores, es decir, el agua,  por otras sustancias como lo son el sodio o el plomo líquido. A día de hoy, se trabaja ya en diseños de reactores en los que la refrigeración sea pasiva y no necesite de energía externa para refrigerar el núcleo. Para ello, pretenden construir un reactor tan pequeño como para que disipe el calor residual sin ayuda externa. El plomo es una sustancia que no necesita de electricidad para la refrigeración puesto que circularía de manera totalmente natural entorno al núcleo sin necesidad de bombas y así, se conseguiría lo que se está proponiendo mejorar. Con este nuevo diseño se quiere conseguir que debido a su reducido tamaño, se puedan poner tantos reactores como se necesiten en una central, con una duración de 15-30 años por cada reactor.

Reactor nuclear

   Por otro lado y en otro artículo que he encontrado, http://www.neoteo.com/torio-la-esperanza-nuclear-15694 , se estudia que el nuevo material productor de energía sea  una sustancia llamada Torio, Th, cuyo mineral más conocido es la monacita. Esto se debe a que se ha visto que no se puede confiar en el uranio por ser demasiado perjudicial y demasiado escaso, se calcula que no tardará  mucho más de 100 años en desaparecer, mientras que el torio es un material barato, eficaz y relativamente limpio, aparte de que sus reservas cubrirían la demanda mundial de energía para miles de años. La única cosa que tienen en común estos dos materiales es que no producen gases de efecto invernadero.

                                                              La monacita

   Una de las razones más importantes para que este cambio de material productor ocurra es porque  de cierta cantidad de torio extraído de una mina se puede utilizar esa cantidad en su totalidad pero de uranio, sólo el 0.7% del uranio natural. Ademásresulta que cierta cantidad de torio ofrece unas 40 veces más energía que la misma de uranio y no produce tantos residuos radiactivos como el uranio, cosa que lleva a ver que este material no sería tan peligroso como el uranio y no provocaría accidentes como el de Chernóbil. Asimismo, y no menos importante, hay que comentar que el torio no sirve para diseñar armas nucleares y si para eliminar residuos radiactivos generados en las centrales nucleares.

   A pesar de todas estas razones positivas que conlleva el uso de este material respecto al uso del uranio, aún no se ha permitido su uso, no se ha comercializado y no creen que se haga hasta dentro de varios años e incluso hay gente que piensa que no va a funcionar porque los reactores de torio abren demasiadas incógnitas.

Armas nucleares

          Hasta el día de hoy, hemos hablado del gran potencial de la energía nuclear en diversas entradas.  Este gran potencial ha tenido consecuencias destructivas sobre la humanidad en varías ocasiones; algunas de ellas provocadas a conciencia por el ser humano y otras a causa de accidentes. Estas catástrofes han acarreado  todo tipo de debates que han finalizado con el rechazo a la energía nuclear por parte de muchos colectivos.

          En el post de hoy nos centraremos en hablar sobre las catástrofes provocadas, armas nucleares que se han utilizado como ataques en tiempos de guerra. Estas bombas son la bomba atómica de fisión y la bomba de hidrógeno. En ellas se libera una ingente cantidad de energía en forma de calor y radiación de todas las longitudes de onda.

         1. LA BOMBA ATÓMICA DE FISIÓN

         Las bombas atómicas hicieron sus primeras apariciones el 6 y 9 de agosto de 1945; cuando Harry Truman, Presidente de los Estados Unidos, ordenó los bombardeos contra el Imperio de Japón. Estos bombardeos se efectuaron sobre las ciudades Japonesas de Hiroshima (Little boy) y Nagasaki (Fat man) y tuvieron como consecuencia el fin de la Segunda Guerra Mundial. Se estima que hacia finales de 1945, las bombas habían matado a 140.000 personas en Hiroshima y 80.000 en Nagasaki.

          La explosión de una bomba atómica consiste básicamente en la transformación de masa en energía según la ecuación E=m.c^2. Se reduce la masa de los átomos iniciales implicados en la reacción nuclear (fisión) y en el proceso se va liberando energía (reacción exotérmica).

       Veamos más a fondo el funcionamiento de una bomba atómica con la siguiente foto que hallareis en la web basicbomb.html:

Fig 1. Partes de la bomba atómica.

         La bomba atómica consta de un detonante o explosivo que normalmente suele ser el C-4 y de dos partes de uranio 235 sub críticas de masa de modo que el artefacto no estalle accidentalmente. Así, una vez se detone la bomba, las dos masas sub críticas se juntan creando una masa supercrítica que es capaz de sostener una reacción de fisión nuclear (explicada en la entrada 2) en cadena. Entonces un neutrón es despedido para comenzar una reacción en cadena descontrolada que se dirige rápidamente a una explosión nuclear gigantesca.

 

          2. LA BOMBA DE HIDRÓGENO O TERMONUCLEAR

         La primera bomba de hidrógeno a gran escala fue detonada a modo de prueba el 1 de noviembre de 1952 en Eniwetok  (Islas Marshall) por los estadounidenses con marcados efectos sobre el ecosistema de la región. Esta bomba se bautizó como Ivy Mike y la temperatura que se alcanzo en el lugar de la explosión fue de más de 15 millones de grados centígrados, tan caliente como el núcleo del sol.

          La bomba de hidrógeno se basa en la obtención de energía por medio de una reacción de fusión (explicada en la entrada 2) de deuterio (2H) y de tritio (3H), dos isótopos del hidrógeno, para dar un núcleo de helio. La reacción en cadena se propaga por los neutrones y se crea una reacción de fusión incontrolada que culmina en una explosión brutal.

        Para iniciar este tipo de reacción es necesario un gran aporte de energía, que se traduce en muy elevadas temperaturas. Así, todas las bombas de fusión contienen un elemento conocido como iniciador o primario, que no es sino una bomba de fisión (explicada arriba).

         Técnicamente hablando las bombas llamadas termonucleares no son bombas de fusión pura sino fisión/fusión/fisión. La detonación del artefacto primario de fisión inicia la reacción de fusión, pero el propósito de la misma no es generar energía sino neutrones de alta velocidad que son usados para fisionar grandes cantidades de material fisible (235U, 239Pu o incluso 238U) que forma parte del artefacto secundario según el proceso de Teller-Ulam (*).

(*)

           La fuente de la que he obtenido las siguiente infromación es proceso-teller-ulam-el-secreto-de-la-bomba-de-hidrogeno

        En el primer compartimento estaría el componente de fisión y en el segundo estaría el componente de fusión, de tal modo que la explosión del primer componente conseguiría comprimir lo suficiente al segundo para activar la fusión. La radiación gamma y los rayos X emitidos por el primer compartimento podrían transferir suficiente energía para conseguir la fusión en el segundo compartimento si el conjunto de ambos compartimentos estuviera recubierto de una envoltura reflectante. Esta idea se fue depurando en poco tiempo hasta llegar al diseño final, consistente en una bomba de fisión-fusión-fisión.

Fig 2. Proceso de Teller-Ullam 

          Para más información, considero muy interesante ver el siguiente vídeo que podreis encontrar en YouTube:

 

         3. CONSECUENCIAS DE LAS BOMBAS NUCLEARES

         Las explosiones nucleares producen muy diversos tipos de efectos todos ellos tremendamente destructivos en todos los aspectos. Se distinguen en dos categorías: efectos inmediatos o primarios y efectos retardados o secundarios.

3.1. Efectos inmediatos:

                -Onda expansiva

                -Calor

                -Radiación

                -Pulso electromagnético

                -Presión

3.2. Efectos retardados

                Se trata básicamente de consecuencias climatológicas:

                -Lluvia radioactiva

                -Incendios extendidos

          Para saber más sobre cada una de estas consecuencias recomendamos entrar en la siguiente web: bomba_nuclear.htm.

          Con todo esto, deberíamos plantearnos el por qué de la destrucción que han sufrido algunas regiones por culpa de la energía nuclear; ¿es realmente culpa de la energía nuclear o de su nefasto uso humano que muestra una clara falta de ética y solidaridad? No es sino un ejemplo más de que un progreso bueno no se puede dar si se prescinde de los valores.

LA CENTRAL NUCLEAR

En las siguientes líneas vamos a tratar de explicar y de descubrir las distintas estructuras partes y procesos que suceden tras esa alambrada que separa una central nuclear con el resto de la civilización.

Por norma general una central Nuclear se distingue 4 partes distintas:

1.-REACTOR

Un reactor nuclear es un dispositivo en donde se produce una reacción nuclear de forma controlada, en las centrales nucleares se realiza la fisión del uranio normalmente. Es la parte más importante de la central nuclear y se compone de distintos elementos para controlar dicha reacción. (fuente:http://es.wikipedia.org/wiki/Reactor_nuclear)

1.1COMBUSTIBLE

El combustible debe ser un material fisionable que se utiliza en unas cantidades específicas y que permite extraer con rapidez y facilidad la energía generada al fisionarse del modo que contamos la semana pasada. En el reactor, el combustible esta en forma solida y el elemento que más se utiliza es el Uranio, de la forma U-235 (elemento que da nombre a este blog). En la naturaleza no existe mucha cantidad de Uranio fisionable, más bien supone el 0,7%  por lo que la mayoría utiliza combustible enriquecido. No obstante no es el único combustible utilizable, se utiliza también el Plutonio (subproducto de la fisión del Uranio). Actualmente se trabaja para conseguir utilizar el hidrógeno como combustible, creando una fusión que supone la emisión de una cantidad de energía mas grande, pero de eso hablaremos más adelante.

1.2BARRAS DE COMBUSTIBLE

Las barras de combustible forman el lugar físico donde situar el Uranio o el combustible que se vaya a utilizar durante la reacción. Algunas centrales utilizan en sus barras de combustible Uranio mezclado en Aluminio bajo la forma de láminas plana separadas para permitir la circulación de refrigerante que permita disipar el calor generado. Dichas Láminas se ubican en una caja que le sirve de soporte.

1.3NÚCLEO DEL REACTOR

El núcleo posee una forma característica y viene refrigerado por agua normalmente. En algunas centrales este viene sumergido en una piscina de agua a unos 10/12 metros de profundidad. En otras sin embargo viene dentro de una vasija de presión construida en acero.

1.4BARRAS DE CONTROL

Los reactores deben tener un sistema capaz de iniciar o detener las fisiones nucleares en cadena. Este sistema se constituye por unas barras de control (fabricadas de Cadmio o Boro) capaces de capturar los neutrones que haya en el medio, evitando así la producción de nuevas fisiones de núcleos atómicos del Uranio.

1.5MODERADOR

En la reacción de fisión de la Materia, los neutrones extraídos emergen a velocidad muy altas y para volver a producir la reacción (creando una reacción en cadena) es necesario disminuir la velocidad de las partículas. Para ello se disminuye la energía cinética de los neutrones mediante choques con átomos de otro material, llamado Moderador.

El Moderador puede ser agua natural (agua ligera), agua pesada (deuterada), el Carbono (grafito), u otras sustancias que consigan frenar la energía cinética de los neutrones derivados.

1.6REFRIGERANTE

Para extraer el calor generado por las reacciones se utiliza el refrigerante. El calor debe ser extruido del núcleo del reactor y para ello se utilizan fluidos en los que se sumerge el núcleo. Dichos fluidos tienen gran poder de absorción calorífico, pocas impurezas y no ser corrosivo. Se puede utilizar como refrigerante el agua ligera, el agua pesada, el anhídrido carbónico, etc.

1.7BLINDAJE

En un reactor se producen grandes cantidades 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 1,5 metros de espesor.

(Fuente:http://www.cchen.cl/index.php?option=com_content&view=article&id=191:elementos-de-un-reactor-nuclear&catid=141:reactores-nucleares&Itemid=86)

 

2.-GENERADOR DE VAPOR

El generador de vapor utiliza el calor producido en la reacción para hervir agua.

El circuito primario de una central nuclear está formado por una vasija que contiene el núcleo, un presionador u tres lazos. Cada lazo se compone de un generador de vapor y de una bomba principal.

El agua que circula por su interior toma el calor producido en el reactor por la fisión nuclear y lo transporta hasta el generador de vapor. En él, un segundo flujo de agua, independiente del primero, absorbe el calor a través de su contacto exterior con las tuberías por las que circula el agua desmineralizada del circuito primario. Por ultimo, el fluido vuelve a la vasija del reactor tras ser impulsado por las bombas principales.

El reactor y su circuito de refrigeración están contenidos dentro de un recinto hermético y estanco llamado blindaje. El funcionamiento del circuito primario se complementa con la presencia de una serie de sistemas auxiliares que aseguran el control de volumen, la purificación y desgasificación del refrigerante, el control químico, el tratamiento de residuos líquidos, gaseosos y sólidos, así como otras diferentes funciones necesarias para su correcta operación.

(Fuente:http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo5b.html#1)

3.-TURBINA

Una turbina de vapor es una turbomáquina que transforma la energía del flujo de vapor del generador de vapor en energía mecánica a través de un intercambio de cantidad de movimiento entre el vapor proveniente del generador de vapor y el rodete (es la pieza principal de la turbina) que cuenta con palas o álabes los cuales tienen una forma particular para poder realizar el intercambio energético. En la turbina se transforma la energía interna del vapor en energía mecánica que es aprovechada por un generador para producir electricidad. En una turbina se pueden distinguir dos partes, el rotor y el estator. El rotor está formado por ruedas de álabes unidas al eje y que constituyen la parte móvil de la turbina. El estator también está formado por álabes, no unidos al eje sino a la carcasa de la turbina. (Fuente:http://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_de_vapor)

 

 

4.-CONDENSADOR

 Por último, el condensador transforma el vapor de agua, mediante un proceso térmico en agua líquida otra vez para volver así a repetir el proceso a lo largo de toda la central nuclear.

De estas cuatro partes se compone principalmente una central nuclear, que ayudada de otras partes como un generador de energía, un tendido eléctrico, una sala de control y otras partes auxiliares, se consigue la extracción de energía eléctrica mediante la fisión de elementos que se hallan en la naturaleza.

En el siguiente gráfico extraído del diario el País, observamos de forma mas sencilla, que no menos especifica las partes y el proceso de una central nuclear para la extracción de energía.

http://www.inza.com/ainoa/nuclear2.swf

Energía nuclear, sí Vs no

En la entrada de esta semana hablaremos sobre la repercusión de la energía nuclear en el mundo. En general, hay una fuerte oposición pública, especialmente en lugares donde desean emplazarse nuevas centrales y donde ya hay centrales. Por ejemplo, Suecia fue el primer país que propuso cerrar las centrales nucleares como protesta en el año 1980, aunque también hay gente a favor de este tipo de energía. En las siguientes líneas, comentaré cuales son las razones principales por las que la gente se posiciona de un lado o de otro. Por un lado, empezaré citando las cosas positivas.

En primer lugar, resaltar que la energía nuclear no necesita grandes cantidades de combustible para obtener una gran cantidad de energía, cosa que le favorece. Además, el gasto del reactivo nuclear más bajo que el de las energías renovables.

Otra de las cosas positivas y de las más importantes, es que la producción de la energía nuclear no influye en el calentamiento global puesto que no libera dióxido de carbono a la atmósfera, sino vapor de agua. Además, este tipo de energía es la única solución factible al cambio climático porque no emite directamente gases de efecto invernadero a la atmósfera.

Cabe destacar que la nuclear es la energía considerada como eterna debido a la existencia de grandes reservas de uranio y a la producción en los reactores, mientras se genera electricidad y calor, de elementos transuránicos que a su vez pueden ser fisionables y producir más electricidad y calor.

Por otro lado, como he dicho antes, también hay cosas negativas que hacen que la gente se oponga a este tipo de energía. En cuanto a costes, el de la construcción de un reactor nuclear es alto, cómo se mostró en un estudio realizado a 75 reactores nucleares en EEUU donde los costes fueron más del 322% de lo presupuestado, y además requiere un tiempo considerablemente largo para su construcción, aproximadamente de unos 82 meses.

Por otro lado y la nota negativa más importante, es la generación de elementos químicos radioactivos y otros residuos muy peligrosos y difíciles de aislar con largos periodos de radioactividad, de millones de años, que necesitan confinamiento, atención y vigilancia durante esos millones de años y que suponen un altísimo riesgo para el medio ambiente y salud humana. Por eso, existen vertederos de material radioactivo que aíslan estos elementos como El Cabril, situado en Sierra Morena.

Para colmo, los accidentes en los reactores nucleares son mucho más devastadores que en las plantas de energía convencionales como ya ocurrió en Chernobyl el 26 de abril de 1986 cuando uno de los reactores explotó y ardió o en Fukushima I en marzo de 2011 donde hubo fallos en los sistemas debido a los desperfectos ocasionados por el terremoto y tsunami de Japón 2011.Por si fuera poco, la tecnología utilizada para generar energía nuclear puede ser utilizada también para producir armas nucleares, algo que aterroriza y entre las que se encuentran las bombas nucleares que son las armas con mayor poder de destrucción.

Éstas son todas las razones por las que hay un debate abierto sobre la energía nuclear en el mundo.

Por último, aquí os dejo parte de un documental muy interesante que trata sobre los residuos nucleares:

Fuentes de información:

http://es.wikipedia.org/wiki/Abandono_de_la_energ%C3%ADa_nuclear

http://www.youtube.com/

http://energia-nuclear.net

http://ensociedad.es/los-pros-y-contras-de-la-energia-nuclear/