Acerca de Amaia Azqueta Machain

Estudiante de segundo de Ingeniería de Tecnologías Industriales en Tecnun (Universidad de Navarra)

The future of nuclear power

The infomation below has been taken from a guide that regularly publishes an spanish nuclear association called ‘Foro nuclear’ and that it is titled ‘La energía nuclear española’.

Society is constantly advancing towards a greater economic and social development. Globalization has encouraged relationships among countries in such a way that, nowadays and especially in the case of energy, it is no longer possible to establish national policies that do not take into account those in other countries.

20% of the world’s population consumes 80% of the energy resources. Almost a third of the world’s population, around two thousand million people, have no access to the transport and energy services that developed countries enjoy. The International Energy Agency estimates that the demand for primary energy in the world will increase by 50%, and the electricity demand will double up in the next fifty years.

In order to fulfill this demand increase, in the next few years it will be necessary to promote the construction of nuclear power plants with advanced reactors. Thanks to the thorough research that has been carried out in the nuclear area, nowadays we can talk about ultra safe nuclear power stations.

  Fig 1. Nuclear energy is one alternative, but not the only one, to replace fuel energy.

Moreover, there is a clear support of nuclear energy: at the moment, over 65 reactors are under construction in 15 countries, another 90 are planned and with compromised financing, and 200 more are at the proposal stage. This means that, in the next 25-30 years, the world’s nuclear park is going to undergo a spectacular increase, contributing to a satisfaction of the environmental sustainability, guarantee of supply and competitive electricity production challenges.

Together, the Spanish nuclear power plants possess over 250 years of operative experience, having operated in excellent conditions during the last years and often being first on the lists of the world’s best performing plants. Their role is irreplaceable in the energy that supplies the Spanish market, and they are a very important resource in the fight against the greenhouse effect and for the assurance of supply.

The Spanish nuclear industry is prepared for the international market, since in what concerns the construction of nuclear power plants all the technical structure of regulations, specifications, drafts, qualifications, performance and inspections.  There are many types of companies acting in the nuclear field, each one working on a different service of product:

-Electric companies: they are responsible for the construction of nuclear power plants and their operation. In the last decades, they have expanded their activity to the study of optimization and operation of the mentioned nuclear power plants.

-Nuclear system providers: they provide operation and maintenance support services.

-Engineering companies: making the most of their experience in the project and construction of thermal power stations, engineering companies have generated an important capacity of nuclear power plant engineering, supporting the management of new build plant construction as well as the operation and management of operating facilities.

-Equipment providers: This sector has been put together to the existing industry in Spain and it focuses in the manufacturing of nuclear equipment (especially, turbine generators).

In conclusion, despite of the critics that nuclear energy has received, it doesn’t seem that nuclear energy will disappear in the coming years. That’s why investing money and resources in nuclear research is so important; in order to develop nuclear engineering and convince the reluctant ones whit nuclear energy that safe nuclear energy does exist. However, it is extremely important that all the countries exploit these nuclear resources with responsibility and know-how; otherwise the longed upturn can blossom into destruction.

The picture below evidences that nuclear energy isn’t as dangerous as it is thought,  it actually has induced less deaths that many other safe-thought energies.  inf68.html

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TORRES DE REFRIGERACIÓN DE LAS CENTRALES NUCLEARES

En el post de hoy voy a hablar de la importancia del sistema de refrigeración de las centrales nucleares. La función del sistema de refrigeración es que no se sobrecaliente el reactor y, por tanto, que no se produzca una fusión en el núcleo del reactor que se traduciría en una catástrofe nuclear.

Veamos rápidamente los puntos principales del funcionamiento de una central nuclear:

  • La liberación de energía en una reacción nuclear hace funcionar un circuito de vapor que mueve una turbina. Esta turbina está conectada a un generador que transforma le energía mecánica de la turbina en energía eléctrica que posteriormente (después de pasar por un transformador) será introducida en la red eléctrica.
  • El vapor de agua con el que se ha movido la turbina llega a un condensador que es el encargado de condensar dicho vapor. Para conseguir que ese vapor condense, es necesario enfriar el vapor. Por tanto, se requiere que el condensador esté frío. Aquí es donde entran en juego las torres de refrigeración.L
  • Las torres de refrigeración, se encargan de mantener baja la temperatura del condensador enviándole un caudal de agua de 44.600 kg/s aportado por el sistema de circulación,  garantizando así el correcto funcionamiento de la central. Normalmente, la torre de refrigeración se suele abastecer de un lago cercano
  • El objetivo de éstas torres tal y como he dicho es enfriar una corriente de agua por vaporización parcial de esta con el consiguiente intercambio de calor sensible y latente de una corriente de aire seco y frío que circula por el mismo aparato.
  • En las centrales nucleares, las torres de refrigeración que se suelen utilizar son las de tiro natural que tienen forma de hiperboloide de revolución. En estas torres, el aire necesario se obtiene como resultado de la diferencia de densidades entre el aire más frío del exterior y húmedo del interior de la torre. Utilizan chimeneas de gran altura y sección que facilitan el tiro ascendente del aire frío del ambiente.

Para saber más sobre este tema, recomendamos visitar las siguientes páginas web:

torres1.pdf y nuclear2.swf

Figura 1. Funcionamiento de una central nuclear

Figura 2. Torre de refrigeración de tiro natural

El siguiente video cogido de la web youtube.com refleja (de una forma muy simple) el funcionamiento de una torre de refrigeración de tiro natural:

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.

Energía nuclear y reacciones nucleares

TEMAS  A TRATAR EN LAS SIGUIENTES LÍNEAS:

–          Introducción a la energía nuclear

–          Reacciones nucleares: Fusión y fisión

     La energía nuclear ha sido un tema muy polémico desde sus inicios, allá por 1942, cuando Enrico Fermi logró llevar a cabo la primera reacción nuclear controlada. Un poco más tarde, el lanzamiento de Little Boy y Fat Man en 1945 sobre las ciudades japonesas de Hiroshima y Nagasaki conmocionó al mundo entero, desvelando todo su potencial. España inició su particular andadura en generación de energía nuclear en 1969, cuando la central Zorita inició su actividad.

     A pesar de los debates que genera entre los ecologistas antinucleares y los pronucleares, es innegable que la energía nuclear es uno de los descubrimientos más rentables que ha hecho la humanidad. Esto se debe a que la relación entre la cantidad de combustible utilizado y la energía obtenida es muy buena, lo que hace posible producir energía a un precio muy competitivo.

       A día de hoy, la Energía nuclear en España es la tercera fuente de generación de energía eléctrica del país, con un 22% de la producción en 2010. Esta energía se produce en seis centrales nucleares, situadas tal y como se observa en la figura 1, que tienen un total de ocho reactores.

Figura 1. Red española de centrales nucleares

Figura 1. Distribución española de centrales nucleares.

          ¿Pero qué es la energía nuclear? Llamamos energía nuclear a aquella energía que se libera de las reacciones nucleares. Estas reacciones se dan en los núcleos de algunos isótopos de ciertos elementos químicos siendo la más conocida la fisión del uranio-235 (235U). El objetivo de esta primera entrada es definir las reacciones nucleares; que pueden ser de dos tipos: fusión y fisión. Ambas son reacciones exotérmicas y por tanto liberan grandes cantidades de energía.

          Frente al inevitable fin de los recursos no renovables, científicos de todo el mundo se concentran en proyectos para generar nuevas formas de energía. Uno de ellos es el del ITER (Reactor Termonuclear Experimental Internacional) que se basa en la fusión nuclear. La fusión nuclear es el proceso mediante el cual los núcleos ligeros de los átomos se fusionan para formar núcleos más pesados, liberando así mucha energía en la reacción. Éstas reacciones se producen aproximadamente a 150 millones de grados centígrados ya que los átomos necesitan un gran aporte energético para vencer las fuerzas de repulsión. A esa temperatura la materia se encuentra en el estado de plasma, término que se usa para un gas caliente de partículas cargadas eléctricamente (iones). Debido a las difíciles condiciones que se necesitan para llevar a cabo esta reacción (la más importante, la alta temperatura), todavía no se ha logrado la fusión en un laboratorio; aunque ingenieros de todo el mundo están trabajando en ello a día de hoy. La fusión es precisamente el proceso mediante el que se genera la energía del sol y de las estrellas, donde sí se cumplen las condiciones de temperatura citadas anteriormente.

Figura 2. Fusión nuclear

Figura 2. Fusión nuclear (He)

 

 

          La fisión nuclear sí que se ha conseguido llevar a cabo en un laboratorio. Se trata de una reacción en cadena donde se bombardean los núcleos de un átomo fisionable con un neutrón dividiendo así dicho núcleo en diversos fragmentos. Aparte de esto, en cada “choque” se liberan neutrones y energía. Una reacción en cadena se refiere a un proceso en el que los neutrones liberados en la fisión producen una fisión adicional en al menos un núcleo más. Este núcleo, a su vez produce neutrones, y el proceso se repite. El proceso puede ser controlado (energía nuclear) o incontrolada (armas nucleares). La reacción de fisión controlada es la que se utiliza para obtener energía en las centrales nucleares de todo el mundo.

          Para mantener un control sostenido de la fisión nuclear, por cada 2 o 3 neutrones puestos en libertad, sólo a uno se le debe permitir dar a otro núcleo del elemento químico que se esté utilizando. Para controlar la cantidad de neutrones libres, la mayoría de los reactores utilizan barras de control hechas con neutrones de un fuerte material absorbente, como el boro(B) o el cadmio(Cd) que capturan neutrones. Además de esto, se utilizan moderadores como el agua pesada y el agua corriente para reducir la velocidad de los neutrones de la reacción y así capturarlos con más facilidad.

          Los elementos químicos que se utilizan en las reacciones de fisión son el plutonio(Pu) y el uranio(U). El que más se utiliza es el uranio y sobretodo su isótopo 235U.

                                  

Figura 3. Fisión nuclear  Figura 3. Fisión nuclear

Figura 4. Reacción en cadena

          Figura 4. Reacción en cadena

       

          Esto es todo por hoy, síguenos en futuras publicaciones.

          Fuentes:

          http://energia-nuclear.net

          http://es.wikipedia.org

          http://www.youtube.com

Welcome to Uranium 235 Fissionable

          ¡Bienvenidos a todos!

          Hoy, día 20 de enero de 2012, se inaugura este blog al que le hemos dado el nombre de Uranium 235 Fissionable . Antes de nada, nos presentamos; somos Kevin Arruabarrena, Amaia Azqueta y Vanessa Carton; estudiantes de segundo de ingeniería en Tecnun (Universidad de Navarra).  En este blog trataremos todos los temas relacionados con la energía y las reacciones nucleares con entradas semanales.

          Os preguntareis que razón puede haber para seguir este blog. Pues bien; la energía nuclear es un tema que está al orden del día, y ya que tarde o temprano oireís hablar o hablareis sobre ella, más os vale saber de lo que estais hablando. Como bien dice el dicho, el saber no ocupa lugar. El objetivo no es convencer al lector de si la energía nuclear es buena o mala, sino que divulgar conocimientos sobre el tema, de modo que cada uno forje su propia opinión libremente habiéndose informado previamente. Así es que, ¡os animamos a aprender con nosotros!

          Por último, comentar que al tratarse de un blog hecho por estudiantes de la asignatura Termodínamica, es posible que las fuentes de las que obtenemos la información contengan alguna errata que no consigamos identificar y se plasme en el blog. De todos modos, pondremos todo de nuestra parte para que eso no se produzca. El blog está abierto a comentarios y se agradecería la participación de los lectores en la corrección y/o debate de los temas aquí tratados. Os animamos también a dar vuestras opiniones personales.

          Nada más, muchas gracias por vuestra atención. ¡Nos ponemos manos a la obra!

          Grupo 16

         Welcome everyone!

         Today, 20th January 2012, this blog to which we have given the name of Uranium 235 Fissionable is being inaugurated. First of all, we’ll introduce ourselves; we are Kevin Arruabarrena, Amaia Azqueta and Vanessa Carton; engineering sophomores in Tecnun (University of Navarra). In this blog we will deal with all issues related to nuclear energy and reactions with weekly posts.

         You might be wodering why follow this blog. Well, nuclear power is an issue that is on the agenda, and since sooner or later you will hear or will speak about it, you’d better know what you are talking about. As the saying goes, knowledge does not take place. The goal is not to convince the reader of whether nuclear power is good or bad, but to disseminate knowledge on the subject, so that each decide their own views freely having been informed previously. So, we encourage you to learn with us!

        Finally, metion that as this is a blog made ​​by students of the subject of Thermodynamics, it is possible that the sources from which we obtain the information contain some errata that we are not able to identify and this is captured in the blog. Anyway, we will do our best for that not to occur. The blog is opened to comments and the participation of readers in the correction and / or discussion of suggested issues will be welcomed. We also encourage you to give us your opinions.

          Nothing else, thank you very much for your attention. We’re getting to work!

          Group 16