Derribando mitos sobre la energía nuclear de Alfredo García @OperadorNuclear
Es un libro muy claro, y didáctico donde Alfredo García nos muestra las bases de la ciencia y la ingeniería detrás de la energía nuclear y de las centrales nucleares.
A lo largo del libro aprenderemos como funciona la radioactividad, los tipos de radiaciones, partes y funcionamiento de una central nuclear y las medidas de seguridad y protocolos a seguir.
Además nos explicará la formación necesaria para ser un operador nuclear y analizará los tres grandes accidente nucleares que han habido, desglosando las causas, los bulos que se han contado y si podrían volver a ocurrir en la actualidad.
El libro es una apuesta del autor por la energía nuclear como energía limpia para utilizar como base y en armonía con otras fuentes de generación de renovables.
La unidad e radiactividad es el becquerel en honor al físico francés Henri Becquerel, descubridor de la radiactividad. Un becquerel (1 Bq) es igual a 1 desintegración atómica por segundo.
El daño a un cuerpo humano es la dosis de radiación ionizante. la misma dosis provoca daños diferentes dependiendo del tipo de radiación. la dosis de radiación se mide en sievert (Sv) que es una unida muy grande, por eso se usan mucho los milisievert y los microsievert.
Tipos de radiaciones
Radiación Beta: Electrones o positrones por desintegración de protones y neutrones
Radiación neutrónica: Neutrones libres
Rayos gamma y rayos X: Ondas electromagnéticas (fotones ) muy energética
Radiación alfa: Núcleos de átomos de helio con 2 neutrones y 2 protones.
Ordenes de Magnitud
Estos son algunos valores de los que se habla en el libro y que nos servirán para tener orden de magnitud cuando hablamos de radiación y radiactividad.
Una radiografía en la mano produce una dosis radiactiva de 0,0001 mSv
Radiación recibida por la población por orígenes naturales, 2,4 mSv año. Es el fondo radiactivo natural.
Se detecta más incidencia de cáncer a partir de 100 mSv/año
Los rayos cósmicos procedentes delespacio son ina dosis de radiación ionizante importante. la dosis media es de 0,39 mSv año
Una radiación ionizante natural importante es la del gas radón (Rn-222) en España se estima una dosis de entre 1,15 y 40 mSv/año dependiendo e la zona donde vivamos.
La alimentación da de promedio 0,29 mSv/año,y de ahí el potasio-40 da 0,17. Los mariscos tiene mucha concentración de radiactividad y los plátanos.
La dosis media para cada persona de un país de nivel sanitario I según la UNSCEAR es 1,28 mSv/año con rayos X y medicina nuclear.
Instituciones y acrónimos
Organismos y acrónimos referentes a la energía nuclear y la tecnología nuclear
UNSCEAR: Comité científico de las Naciones Unidas sobre los Efectos de la Raciación Atómica :
CSN (Consejo de Seguridad Nuclear): ES el organismo regulador de las centrales e instalaciones nucleares y radiactivas en España.
OIEA ( Organismo Internacional de la Energía Atómica)
NRC (Nuclear Regulatory Commission) es estadounidense
OSART (Operational Safety Review Team)
WNA (World Nuclear Association)
WANO ( Asociación mundial de Operadors Nucleares)
INPO (Institute of Nuclear Power Operator)
ARN (Aseguradora de Riestos Nucleares) Las centrales nucleares están aseguradas.
INES (Escala Internacional de Eventos Nucleares): va del 0 al 7. Los tres primeros niveles del 1 al 3, son incidentes y del 4 al 7 accidentes.
ENRESA
Plan General de Residuos Radiactivos
GIF (Foro internacional del IV Generación)
Centrales nucleares
El tipo de reactor nuclear más extendido es el PWR, de agua a presión. Tiene 3 circuitos hidráulicos de agua. El primario para refrigerar el calor generado por el reactor, el secundario, para refrigerar el primario y obtiene el vapor para mover una turbina y el terciario que refrigera el secundario con agua de río o de mar.
El circuito primario es radiactivo, pero es estanco, no se mezcla con el secundario. El combustible del reactor son unas varillas, 264 en los reactores PWR Westinghouse de 20×20 centímetros y 4 m de altura. Trabajan con 152 atmósferas de presión y agua líquida a 300ºC
El terciario intercambia agua con el medio ambiente. No ha radiactividad, pero sí incrementa la temperatura del agua. Existe un límite de incremento de 3ºC de media diaria entre la entrada de agua a la central y la salida de esa misma agua.
Las grandes torres que se ven son torres de refrigeración
BWR
El segundo tipo de reactor más abundante son los reactores de agua en ebullición BWR. El vapor se genera en el mismo reactor y se lleva directamente a la turbina, todo dentro del circuito primario. Es mejora a nivel de rendimiento, pero toda la maquinaria está dentro de zona radiactiva.
Una central nuclear no puede explotar como una bomba atómica. Porque el combustible de una central está enriquecido con un 2 – 5% de uranio-235 mientras que para que se genere una reacción en cadena como en una bomba atómica se necesita un enriquecimiento de más del 90% la masa crítica
En un PWR se controla la reacción en cadena con las barras de control y el ácido bórico disuelto en el agua. Las barras tienen gran capacidad de absorción de neutrones Los BWR solo tienen barras de control
Las torres de refrigeración
Son los elementos más reconocibles icónicos de centrales nucleares y centrales térmicas. Son las grandes chimeneas, que realmente sirven para refrigerar el vapor son intercambiadores de calor y hacen que el agua pueda ser devuelta a su medio (río, mar) dentro del intervalo de temperatura de 3ºC permitido.
Tienen un tamaño de entorno a 150 m de altura
La piscina de combustible y la radiación de Cherenkov
Se trata de un fenómeno físico que se produce en los elementos combustibles que emiten una luz azul. Esto se debe a las partículas cargadas que emite el combustible usado, que viajan más rápido que la luz en el agua y podemos observa una preciosa luz azulada.
Aunque aún no se ha utilizado en el espacio hay numerosos proyectos desde hace décadas para utilizar generadores como los RTG generador termoeléctrico de radioisótopos, que utilizan termopares para convertir la desintegración en energía eléctrica aprovechando el efecto termoeléctrico
En el mar se usa en la propulsión de submarinos nucleares.
También se usa en dataciones, con el carbano-14
A nivel industrial, existe la gammagrafia industrial, que es una técnica de control para ensayos no destructivos, la radiografía neutrónica para evaluación de piezas, gritas, corrosión, etc. Se utiliza cobalto-60 para esterilizar productos médicos y farmacéuticos, envases y productos cosméticos y agroalimentarios.
Si te interesa la Tecnología nuclear, echa un vistazo también a la cogeneración
A nivel usuario, está presente en los detectores de humo, algunos relojes que brillan en la oscuridad, pinturas fluorescentes, etc. Lo que brilla suele utilizar el tritio que es radiactivo.
En medicina nucelar están las radiografías o imágenes radiológicas, los radiofármacos, la tomografía de emisión de positrones (PET), el radioinmunoanálisis y la raioterapia.
Accidentes
Los tres más conocidos son
Three Mile Island (TMI)
Una central nuclear en Pensilvania EE.UU. Falló el circuito secundario y las bombas de agua para llevar agua a los generadores de vapor fallaron. Así que subió mucho la presión del primario. Se generó mucho hidrógeno, pero por suerte no exploto. Se derritió el 4% del núcleo 62 toneladas de material, pero todo quedó confinado en la vasija. por lo que no hubo contaminación radiactiva.
Chernóbil
El más conocido, con serie propia en Netflix. En el libro hay un capítulo entero analizando la serie y todo lo que dijeron correcto o incorrecto sobre el accidente. Una buena lectura si has visto o vas a verla.
El accidente de Chérnobil se produjo con otro tipo de reactores RBMK Reaktor Bolshoy Moshchnosti Kanalnyy reactor de gran potencia de tipo canal. Tienen la particularidad que al aumentar la temperatura aumenta la potencia del reactor con lo que en caso de accidente es muy difícil de controlar, a diferencia de los reactores PWR que a mayor temperatura disminuye la potencia.
Un bulo común es que Chernóbil será inhabitable durante miles de años, pero esto no es así, es más ya se están haciendo visitas guiadas por la zona con las medidas de seguridad correspondientes.
Fukushima
El 11 de marzo del 2011 tras un terremoto de magnitud 9 en la cosa de Japón un tsunami dañó la central de Fukushima Daiichi. Perdió sus generadores diésel y se produjeron explosiones de hidrógeno que expulsaron materiales radiactivos al medioambiente.
No han habido muertes por radiactividad. Se evacuaron 100.000 personas y según un estudio del IZA el frío en los desplazados causó 1280 muertes más que si no hubieron habido desplazados
Residuos
Al hablar de la energía nuclear hay dos grandes miedos. Unos es miedo a un accidente y otro es el miedo a qué hacer con los residuos.
Tipos de residuos radiactivos
RBBA: Residuos de muy baja actividad, provienen del desmantelamiento de centrales nucleares y dejarán de ser radiactivos en 5 años
RBMA: Residuos de baja y media actividad: es ropa de trabajo, herramientas, instrumental médico, y materiales de otras industrias. Tiene periodo de semidesintegración de 30 años
RAA: Residuos de alta actividad. Son los combustibles usados de las centrales nucleares. Con periodo de semidesintegración superior a los 30 años, en ocasiones miles de años.
Gestión de residuos
Hay dos estrategias, ciclo cerrado donde se recicla el combustible de forma parcial y ciclo abierto donde el combustible se considera residuo y se gestiona de diferentes formas.
ATI: almacenes temporales individualizados. Se basan en contenedore para almacenar en seco. No son cementerios nucleares, funcionan entre 60 y 100 años.
ATC almacén temporal centralizado. Sirve para mantener almacenado de forma segura el combustible nuclear hasta que se vea que se encuentre una solución definitiva. Bien reciclarlo o bien enviarlo a un APG
AGP almacén geológico profundo, a largo plazo. Intenta evitar dejar a las generaciones futuras la responsabilidad de la gestión de los residuos. Una vez se sella un APG ya no necesita ni mantenimiento ni supervisión.
Reciclaje de combustible nuclear
Existen tecnologías para reciclar y reutilizar el combustible, aunque no son muy eficietnes todavía, en los generadores de 4ª generación se aprovechará casi todo el combustible, se supone que hasta el 97% en lugar de 5% actual
Mientras esté el MOX combustible de óxido misto de uranio y plutonio. Se fabrica a partir del plutonio reciclado del combustible usado. También sirve para reciclar el plutonio de las bombas atómicas.
REMIX, este combustible se produce a partir de una mezcla de uranio reciclado y plutonio del combustible reciclado. Se puede reciclar con una carga del 100% en reactores actuales VVER-1000 hasta 5 veces.
Energía nuclear en España
Existe un capitulo específico para la nuclear en España y todo la política del país. Pero no voy a recopilar nada. El que quiera saber más que lo lea e investigue sobre la moratoria nuclear.
Energía nuclear a nivel mundial
El 10% de la electricidad mundial se genera con 442 reactores nucleares. En 2018 se generó 2563TWh
Los países que más están apostando por la energía nuclear con la creación de centrales en el futuro son, china, India, Rusia, Estados Unidos, Arabia Saudí, Japón, Sudáfrica, y Turquía, también Polonia y Reino Unido.
El WNA ha propuesto el programa Harmony, para generar con energía nuclear al menso el 25% de la electricidad mundial en 2050
Las centrales nucleares de 40 años no han acabado su vida. Ese tiempo es su vida de diseño, es decir lo que tiene que durar, pero su vida útil es lo que aguante en condiciones, y se pueden ir renovando equipos y tecnologías, que junto con los mantenimiento correctivos y preventivos, hacen que duren mucho más.
Suministro de Uranio
El uranio es tan común como el estaño o el zinc, se encuentra disuelto en rocas (normalmente en granito) , en el suelo y en el agua del mar.
Los países con más recursos conocidos son Australia (39%), Kazajistán (14%), Canadá (8%), Rusia (8%) y luego países como Namibia, Sudáfria, china, Níger o Brasil.
Los 450 reactores del mundo con una potencia de 400GwE necesitan 65.000 toneladas al año.
Además de en los depósitos de fostfatos y en las tierras raras, se está estudiando la opción de extraer uranio del agua del mar. donde se estmia que hay 4000 millones de tonaldas de uranio disueltas. Lo suficietne para alimentar mil centrales nucleares 100.000 años
Torio
En 1828 Jöns Jakob Berzelius descubrió un nuevo elemento, el Torio, cuyo nombre se lo puso en honor a Thor, dios nórdico del trueno. En 1898 Gerhard Schmidt y Marie Curie de forma independiente descubrieron que el Torio era radiactivo.
El Th-232 se descompone muy lentamente, su periodo de semidesintegración es de 14.000 millones de años. Es muy poco radiactivo. El óxido de tori (ThO2) o torianita tiene un de los puntos de fusión más altos de todos los óxidos 3350ºC, se utiliza en bombillas, linternas de gas, electrodos de soldadura, cerámicas, etc
La India dispone de grandes cantidades de Torio.
Pero no es fisionable, no se rompe cuando un neutrón choca con él. Así que no se puede usar directamente un reactor nuclear, pero al absorber el neutrón transmuta a U-233 que sí que es fisionable.
Las ventajas del Torio, es que hay más, no hay que enriquecerlo y genera menos residuos. Pero es caro de fabricar el combustible
SMR Pequeños Reactores modulares
los SMR (Small modula Reactor son los que se han usado en los submarinos. Son más fáciles de fabricar en serie, de transportar, etc. Llevan incorporado todos los sistemas para funcionar autónomamente.
Los desarrolla NuScale Power en EEUU. Miden 23m x 4,5 de diámetro y da 50Mwe de potencia.
En Argentina se están desarrollando los CAREM (Central Argentina de Elementos Modulares)
En Rusia, se usan los KLT-40S, en Europa el IRIS y en China un reactor de lecho de bolas, moderado por grafito. Japón trabaja en un reactor HTRP-PM de 200Mwe.
Nuevos reactores
6 nuevas tecnologías, casi todas con un ciclo de combustible cerrado, estiman que se utilizará el 97% del combustilble frente al 5% actual)
Cuatro de los diseños usan neutrones rápidos.
Para la refrigeración usan agua normal, 2 enfrían con helio , ogro con sodio, otro con flúor otro con plomo.
Reactor rápido refrigerado por plomo LFR
El hidrógeno es un vector energético que sirve para almacenar energía.
Reactor de sales fundidas MSR, donde el uranio está disuelto en forma de sal en el refrigerante.
El más viable ahora mismo es el reactor rápido refrigerado por sodio SFR. usa uranio empobrecido como base del combustible.
Un caso particular de SFR es el traveling wave reactor TWR desarrollado por TerraPower, fundada por Bill Gates
Fusión nuclear
Utilizará hidrógeno, que es inagotable y muy barato. No producirá casi residuos. generará más energía por cantidad de combustibles que la fisión
El proyecto más prometedor es el ITER, un reactor experimentas de fusión nuclear en Francia. Su primer objetivo es conseguir plasma en 2025, el tokamak del ITER, tiene 19 metros de ancho y 11 de alto y pesa unas 5000 toneladas. Su objetivo es generar 500MW a partir de una potencia de calentamiento de 50MW. Con los retrasos de fabricación y construcción ahora mismo está previsto que entre en funcionamiento en 2040
La base de la fusi8ón es que aportamos mucha energía para que 2 átomos de hidrógenos se fusionen, formen helio y se desprenda mucha energía en forma de luz y calor y partículas.
La fusión está dificultada por las fuerzas electrostáticas de repulsión de los núcleos. Conseguir que fusionen los átomos es muy difícil.
La tecnología de fusión nuclear más probable de conseguir, con la tecnología actual es la fusión entre deuterio y tritio, dos isótopos del hidrógeno
Podemos alcanzar la temperatura necesaria para la fusión, la parte complicada es la del confinamiento de las partículas. Se está trabajando en 2 tecnologías.
Confinamiento magnético MFC, se confina el plasma en un campo magnético a muy baja presión y se calienta hasta temperatura de fusión. La mejor forma es con reactores de forma toroidal, reactor tokamak, pero también se investigan otro más complejos los stellarator.
Confinamiento inercial. unos rayo láser enfocan sobre el combustible y calientan la capa externa del materia. que explota comprimiendo hacia dentro. La energía que se libera calienta el combustible generando fusión. El tiempo que se requiere para que ocurran estas reacciones está limitado por la inercia del combustible.
Todo esto son notas que me han llamado la atención y que quiero recordar. Pero en el libro hay muchísima más información y sobre todo explicado con mucha más profundidad. Así que si te ha interesado no dudes con leértelo.
Enlaces para investigar y aprender más sobre Energía y Tecnología Nuclear
