Crean una “molécula trofeo” para la producción de energía nuclear limpia

Se trata de un compuesto de nitruro de uranio terminal estable que podría constituir una alternativa a los actuales combustibles nucleares de óxidos mixtos

los materiales de nitruro de uranio superan las presentaciones de los combustibles nucleares en lo que a alta densidad, punto de fusión y conductividad térmica se refiere.

Tipos de energía nuclear:

Como hemos dicho antes, hay dos formas de obtener energía en un proceso nuclear: FISION y FUSION

    FISIÓN:

Es el utilizado actualmente en las centrales nucleares. Cuando un átomo pesado (como por ejemplo el Uranio o el Plutonio) se divide o rompe en dos átomos más ligeros, la suma de las masas de estos últimos átomos obtenidos, más la de los neutrones desprendidos es menor que la masa del átomo original, luego se verifica la fórmula de Albert Einstein E=MC², con lo que se desprende Energía.

FUSIÓN:

 
La fusión nuclear, está actualmente en líneas de investigación, debido a que todavía hoy no es un proceso viable, ya que se invierte más energía en el proceso para que se produzca la fusión, que la energía obtenida mediante este método.
La fusión, es un proceso natural en estrellas, produciéndose reacciones nucleares por fusión debido a la elevadísima temperatura de estas estrellas, que están compuestas principalmente por Hidrógeno y Helio.

Combustible nuclear

Proceso de producción del combustible nuclear.

El proceso más utilizado y conocido es la fisión nuclear. El combustible nuclear más común está formado por elementos fisibles como el uranio, generando reacciones en cadena controladas dentro de los reactores nucleares que se encuentran en las centrales nucleares. El isótopo utilizado más habitualmente en la fisión es el ²³⁵U.

Fabricación de combustible nuclear

Primero, se extrae uranio de la tierra y se tritura y procesa (habitualmente se disuelve con ácido sulfúrico) para obtener la "yellow cake" (torta amarilla).

El siguiente paso consiste en, bien convertir el uranio en UF₆ para su enriquecimiento en el isótopo 235 antes de reconvertirlo en óxido de uranio, bien saltarse esta etapa pasando al cuarto paso, como se hace con el combustible CANDU.^1 2

1 Mineral de uranio – principal materia prima del combustible nuclear.

2 Yellow cake (Torta amarilla) – forma en la que el uranio se transporta a la planta de enriquecimiento.

3 UF6 – utilizado para el enriquecimiento.

4 Combustible nuclear – sólido, compacto, químicamente inerte e insoluble.

Tipos de combustibles para reactores de fisión nuclear³

Combustibles a base de óxidos

Dióxido de Uranio (UO₂)

Este combustible es el que utilizan la mayoría de los reactores PWR y BWR en operación.

El dióxido de uranio se utiliza en forma de cerámico sólido negro. Al ser un material cerámico, el dióxido de uranio posee una baja conductividad térmica, lo que resulta en una elevada temperatura en la zona central de las pastillas combustibles cuando se encuentran en un reactor nuclear.

Óxidos mixtos (MOX)

Artículo principal: Combustible nuclear de mezcla de óxidos.

El Combustible nuclear de mezcla de óxidos, Óxido mixto, combustible MOX o simplemente MOX, es una mezcla de plutonio y uranio natural o empobrecido que se comporta en un reactor de forma similar al uranio enriquecido que alimenta la mayoría de los reactores nucleares. El MOX es una alternativa al combustible de uranio enriquecido utilizado en la mayoría de los reactores comerciales del mundo.

Combustibles para reactores nucleares de investigación

Los reactores de investigación son los utilizados en universidades e institutos de investigación. Estos reactores poseen potencias unos tres órdenes de magnitud inferiores a las potencias de un reactor de generación industrial de electricidad. Además los reactores de investigación operan a temperaturas y presiones mucho menores con respecto a los comerciales, y no generan electricidad.

Combustibles Líquidos

 

Sales fundidas

Estos combustibles se encuentran disueltos en el refrigerante. Se han utilizado en los reactores de sales fundidas y en numerosos experimentos con reactores de núcleo líquido.
El combustible líquido utilizado en el reactor de sal fundida es LiF-BeF₂-ThF₄-UF₄ (72-16-12-0,4 mol). Su temperatura máxima de funcionamiento es de 705 °C, pero puede soportar temperaturas mayores ya que su punto de ebullición excede los 1400 °C.⁴

 

Soluciones acuosas de sales de uranio

El reactor homogéneo acuoso utiliza una solución de sulfato de uranio u otras sales de uranio en agua. Este tipo de reactor homogéneo no se ha utilizado por ningún reactor de gran energía. Una de sus desventajas es que el combustible, en caso de accidente, tiene una presentación que favorece que se disperse fácilmente.

Nitruro de uranio

Este es a menudo el combustible de elección para los diseños de reactor que fabrica la NASA. Una ventaja es que el UN tiene una mejor conductividad térmica que el UO₂. El nitruro de uranio tiene unatemperatura de fusión muy elevada. Este combustible tiene el inconveniente de que, a menos de que se utilice ¹⁵N (en lugar del más habitual ¹⁴N), se generará una gran cantidad de ¹⁴C del nitrógeno por la reacción pn. Como el nitrógeno necesario para producir este combustible es sumamente costoso, sería lógico que el combustible tuviera que ser reprocesado mediante un método pirolítico a fin de permitir recuperar el ¹⁵N. También es lógico que si el combustible fuera procesado y disuelto en ácido nítrico el nitrógeno enriquecido con ¹⁵N quedaría diluido en el habitual ¹⁴N.

Carburo de uranio

Otro combustible que se ha sugerido, nuevamente tiene una mejor conductividad térmica que el dióxido de uranio.

Reactores y Centrales Nucleares

Reactor Nuclear

Un reactor nuclear es una instalación capaz de iniciar, mantener y controlar las reacciones de fisión en cadena, con los medios adecuados para extraer el calor generado.
Un reactor nuclear consta de varioas elementos, que tienen cada uno un papel importante en la generación del calor. Estos elementos son:

El combustible, formado por un material fisionable, generalmente un compuestro de uranio, en el que tienen lugar las reacciones de fisión, y por tantro, es la fuente de generación del calor.

El moderador, que hace disminuir la velocidad de los neutrones rápidos, llevándolos a neutrones lentos o térmicos. Este elemento no existe en los reactores denominados rápidos. Se emplean como materiales moderadores el agua , el grafito y el agua pesada.

El refrigerante, que extrae el calor generado por el combustible del reactor. Generalmente se usan refrigerantes líquidos, como el agua ligera y el agua pesada, o gases como el anhídrido carbónico y el helio.

El reflector, que permite reducir el esacape de neutrones de la zona del combustible, y por tanto disponer de más neutrones para la reacción en cadena. Los materiales usados como reflectores son el agua, el grafito y el agua pesada.

Los elementos de control, que actúan como absorbentes de neutrones, permiten controlar en todo momento la población de neutrones, y por tanto, la reactividad del reactor, haciendo que sea crítico durante su funcionamiento, y subcrítico durante las paradas. Los elementos de control tienen formas de barras, aunque también pueden encontrarse diluido en el refrigerante.

El blindaje, que evita el escape de radiación gamma y de neutrones del reactor. Los materiales usados como blindaje son el hormigón, el agua y el plomo.

Combustible nuclear

Se llama combustible nuclear cualquier material que contiene núcleos fisionables y puede emplearse en un reactor nuclear para que en él se desarrolle una reacción nuclear en cadena. Según esto el uranio es un combustible nuclear, como también lo es el óxido de uranio. En el primer caso nos referimos a un elemento químico, algunos de cuyos isótopos son fisionables; en el segundo, a un compuesto químico determinado que contiene tales isótopos.

Funcionamiento de una central nuclear

En este esquema se observan las tres partes de una central nuclear tipo:

Circuito Primario, (Edificio del Reactor)

Circuito Secundario, (Generación de electricidad)

Circuito de Refrigeración

Circuito Primario

El circuito primario es estanco y está formado por la vasija del reactor que contiene el núcleo, el presionador y tres lazos. Cada uno incorpora un generador de vapor y una bomba principal.

Circuito Secundario. La Generación de Electricidad

En el circuito secundario, el vapor producido en los generadores se conduce al foco frío o condensador, a través de la turbina que transforma la energía térmica (calor) en energía mecánica. La rotación de los álabes de la turbina acciona directamente el alternador de la central y produce energía eléctrica.
El vapor de agua que sale de la turbina pasa a estado líquido en el condensador, retornando, mediante el concurso de las bombas de condensado, al generador de vapor para reiniciar el ciclo.

El sistema de refrigeración

Mediante un caudal de agua de 44.600 kg/s aportado por un tercer circuito semiabierto, denominado "Sistema de Circulación", se realiza la refrigeración del condensador. Este sistema consta de dos torres de refrigeración de tiro natural, un canal de recogida del agua y las correspondientes bombas de impulsión para la refrigeración del condensador y elevación del agua a las torres. El caudal de agua evaporado por la torre es restituido a partir de la toma de agua en un azud de un río próximo.

CIENTÍFICOS DE LA UNIVERSIDAD HISPALENSE ESTUDIAN EL PROCESO DE RECICLAJE DE RESIDUOS INDUSTRIALES TÓXICOS EN MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN 

 Sistema de contención de residuos de múltiple barrera

Diferentes países proponen que la barrera de ingeniería se componga de materiales laminares como las arcillas, sin embargo los mecanismos de interacción entre los iones radiactivos y los átomos de los materiales laminares conocidos hasta ahora tan sólo retardaban el paso del material contaminante, sin conseguir frenar totalmente su avance. De hecho, en las investigaciones realizadas en la última década respecto a la eficacia de la barrera de ingeniería se trataba de ver simplemente lo lento que se dispersaban estos iones.

Reciclado y valorización de los residuos

Hasta ahora los residuos industriales se han ido almacenando cubriéndolos con tierra, pero lo cierto es que no se dispone de suficiente terreno en el planeta, por no hablar de la legislación, que cada vez se hace más dura respecto a estos temas. En consecuencia, las empresas que gestionan los residuos pretenden incorporar procedimientos donde no se trate de almacenar la basura, sino de procesar su reciclado.

Envases con residuos nucleares transuránidos.

Los residuos radiactivos son residuos que contienen elementos químicos radiactivos que no tienen un propósito práctico.

Se suelen clasificar por motivos de gestión en:

Residuos desclasificables (o exentos): No poseen una radiactividad que pueda resultar peligrosa para la salud de las personas o el medio ambiente, en el presente o para las generaciones futuras. Pueden utilizarse como materiales convencionales.

Residuos de baja actividad: poseen radiactividad gamma o beta en niveles menores a 0,04 GBq/m³ si son líquidos, 0,00004 GBq/m³ si son gaseosos, o la tasa de dosis en contacto es inferior a 20 mSv/h si son sólidos. Solo se consideran de esta categoría si además su periodo de semidesintegración es inferior a 30 años. Deben almacenarse en almacenamientos superficiales.

Residuos de media actividad: poseen radiactividad gamma o beta con niveles superiores a los residuos de baja actividad pero inferiores a 4 GBq/m³ para líquidos, gaseosos con cualquier actividad o sólidos cuya tasa de dosis en contacto supere los 20 mSv/h. Al igual que los residuos de baja actividad, solo pueden considerarse dentro de esta categoría aquellos residuos cuyo periodo de semidesintegración sea inferior a 30 años. Deben almacenarse en almacenamientos superficiales.

Residuos de alta actividad o alta vida media: todos aquellos materiales emisores de radiactividad alfa y aquellos materiales emisores beta ogamma que superen los niveles impuestos por los límites de los residuos de media actividad. También todos aquellos cuyo periodo de semidesintegración supere los 30 años (por ejemplo los actínidos minoritarios), deben almacenarse en almacenamientos geológicos profundos(AGP).

Los residuos nucleares de baja actividad radiactiva (ropas, herramientas, etc) se prensan y se mezclan con hormigón formando un bloque sólido. Al igual que en el caso anterior éstos también se introducen en bidones de acero.

Central nuclear de Chernóbil
Datos
País		Ucrania, (entonces URSS)
Población		Prípiat, Chernóbil
Año de construcción		1970
Inicio de actividad		1983
Cese de actividad		2000
Reactores
Tipo		RBMK
Reactores activos		0
Potencia
Estado		Fuera de servicio
Otros detalles
Central nuclear Fukushima I
Datos
País	Japón
Población	Ōkuma, Prefectura de Fukushima
Coordenadas	37°25′17″N 141°01′57″E
Propietario	Tokyo Electric Power Company
Operador	Tokyo Electric Power Company
Año de construcción	1966
Inicio de actividad	1971
Reactores
Fabricante	General Electric, Toshiba,Hitachi, Suzuki
Tipo	Reactor de agua en ebullición(BWR)
Reactores activos	6
Potencia
Capacidad	4,696 MW
Generadores	1 × 460 MW 4 × 784 MW 1 × 1,100 MW
Otros detalles