Podemos generar la energía eléctrica… por medio de la energía nuclear. En central nucleargenera energía eléctrica por reacción nuclear. Aquí, los elementos radiactivos pesados como el uranio (U235) o Torio (Th232) están sujetos a la fisión nuclear. Esta fisión se realiza en un aparato especial llamado reactor.
¿Qué es la fisión nuclear?
En el proceso de fisión, los núcleos de los átomos radiactivos pesados se rompen en dos partes casi iguales. Durante esta ruptura de los núcleos, se libera una enorme cantidad de energía. Esta liberación de energía se debe a un defecto de masa. Esto significa que la masa total del producto inicial se reduciría durante la fisión. Esta pérdida de masa durante la fisión se convierte en energía térmica según la famosa ecuación establecida por Albert Einstein.
El principio básico de central nuclear es la misma que la convencional estación de energía térmica. La única diferencia es que, en lugar de utilizar el calor generado por combustión de carbónaquí en la central nuclear, el calor generado por la fisión nuclear se utiliza para producir vapor del agua en el caldera. Este vapor se utiliza para impulsar un turbina de vapor. Esta turbina es el motor principal del alternador. Este alternador genera energía eléctrica. Aunque la disponibilidad de combustible nuclear no es mucha, pero una cantidad muy inferior de combustible nuclear puede generar una enorme cantidad de energía eléctrica.
Esta es la única característica de una planta de energía nuclear. Un kilogramo de uranio equivale a 4500 toneladas métricas de carbón de alta calidad. Esto significa que la fisión completa de 1 kg de uranio puede producir tanto calor como el que se puede producir por la combustión completa de 4500 toneladas métricas de carbón de alto grado.
Por ello, aunque el combustible nuclear es mucho más costoso, el costo del combustible nuclear por unidad de energía eléctrica sigue siendo inferior al costo de la energía generada por medio de otros combustibles como el carbón y el diésel. Para hacer frente a la crisis del combustible convencional en la era actual, la central nuclear puede ser la alternativa más adecuada.
Ventajas de la central nuclear
- Como dijimos, el consumo de combustible en esta central es bastante bajo y, por lo tanto, el costo de generación de una sola unidad de energía es bastante menor que otros convencionales generación de energía método. La cantidad de combustible nuclear necesario también es menor.
- Una central nuclear ocupa un espacio mucho más pequeño que otras centrales convencionales de la misma capacidad.
- Esta estación no requiere mucha agua, por lo que no es esencial construir la planta cerca de la fuente natural de agua. Tampoco requiere una gran cantidad de combustible, por lo que tampoco es esencial construir la planta cerca de una mina de carbón, o del lugar donde se disponga de buenas instalaciones de transporte. Debido a esto, la central nuclear puede establecerse muy cerca del centro de carga.
- Hay grandes depósitos de combustible nuclear en todo el mundo, por lo que esas plantas pueden garantizar el suministro continuo de energía eléctrica por los próximos miles de años.
Desventajas de la central nuclear
- El combustible no está fácilmente disponible y es muy costoso.
- El costo inicial de la construcción de una central nuclear es bastante alto.
- La construcción y puesta en marcha de esta planta es mucho más complicada y sofisticada que otras centrales convencionales.
- La fisión por productos es de naturaleza radiactiva, y puede causar una alta contaminación radiactiva.
- El costo de mantenimiento es mayor y la energía humana necesaria para hacer funcionar un planta de energía nuclear es bastante más alta ya que se requieren personas con formación especializada.
- La fluctuación repentina de la carga no puede ser atendida eficientemente por la planta nuclear.
- Como los subproductos de la reacción nuclear son altamente radiactivos, es un gran problema para la eliminación de estos subproductos. Sólo puede ser eliminado en las profundidades de la tierra o en un mar alejado de la costa.
Diferentes componentes de la central nuclear
Una central nuclear tiene principalmente cuatro componentes.
- Reactor nuclear,
- Intercambiador de calor,
- Turbina de vapor,
- Alternador.
Discutamos estos componentes uno por uno:
Reactor nuclear
En reactor nuclearEl uranio 235 está sujeto a la fisión nuclear. Controla la reacción en cadena que comienza cuando la fisión se realiza. La reacción en cadena debe ser controlada, de lo contrario la tasa de liberación de energía será rápida, puede haber una alta probabilidad de explosión. En la fisión nuclear, los núcleos de combustible nuclear, como el U235 son bombardeados por un lento flujo de neutrones. Debido a este bombardeo, los núcleos de Uranio se rompen, lo que causa la liberación de una enorme energía de calor y durante la ruptura de los núcleos, también se emite un número de neutrones.
Estos neutrones emitidos se llaman neutrones de fisión. Estos neutrones de fisión causan una mayor fisión. Una mayor fisión crea más neutrones de fisión que vuelven a acelerar la velocidad de la fisión. Este es un proceso acumulativo. Si el proceso no es controlado, en muy poco tiempo la velocidad de fisión se vuelve tan alta, que liberará una cantidad tan enorme de energía, que puede haber una peligrosa explosión. Esta reacción acumulativa se llama reacción en cadena. Esta reacción en cadena sólo puede ser controlada retirando los neutrones de fisión del reactor nuclear. La velocidad de la fisión puede ser controlada cambiando la tasa de remoción de los neutrones de fisión de los reactores.
A reactor nuclear es un vaso de presión de forma cilíndrica. Las barras de combustible están hechas de combustible nuclear, es decir, los moderados de uranio, que generalmente están hechos de grafito cubren las barras de combustible. Los moderados frenan los neutrones antes de la colisión con los núcleos de uranio. Las barras de control están hechas de cadmio porque el cadmio es un fuerte absorbente de neutrones.
Las barras de control se insertan en la cámara de fisión. Estas barras de control de cadmio pueden ser empujadas hacia abajo y tiradas hacia arriba según se requiera. Cuando estas barras se empujan lo suficiente hacia abajo, la mayoría de los neutrones de fisión son absorbidos por estas barras, por lo que la reacción en cadena se detiene. Una vez más, mientras las barras de control son empujadas hacia arriba, la disponibilidad de neutrones de fisión se hace mayor, lo que aumenta las tasas de reacción en cadena. Por lo tanto, está claro que ajustando la posición de las barras de control, la velocidad de reacción nuclear puede ser controlada y por consiguiente la generación de energía eléctrica puede ser controlado según la demanda de carga. En la práctica, el empuje y la tracción de las barras de control se controlan mediante un sistema de retroalimentación automática según la demanda de la carga. No se controla manualmente. El calor liberado durante la reacción nuclear, es llevado al intercambiador de calor por medio de un refrigerante compuesto de sodio metálico.
Intercambiador de calor
En el intercambiador de calor, el calor transportado por el metal de sodio, se disipa en el agua y el agua se convierte en vapor de alta presión aquí. Después de liberar el calor en el agua, el refrigerante de metal de sodio regresa al reactor por medio de una bomba de circulación de refrigerante.
Turbina de vapor
En la planta de energía nuclear, la turbina de vapor juega el mismo papel que la central eléctrica de carbón. El vapor impulsa la turbina de la misma manera. Después de hacer su trabajo, el vapor de escape entra en el condensador de vapor donde se condensa para proporcionar espacio a la vapor detrás de él.
Alternador
Un alternador…junto con la turbina, gira y genera energía eléctrica, para su utilización. La salida del alternador es entregada a las barras de autobús a través de transformador, interruptores de circuito… y aislantes.
Selección del sitio de la central nuclear
- Disponibilidad de agua :
Aunque una gran cantidad de agua no está regulada como planta de energía hidroeléctrica, pero aún así es obvio que hay suficiente suministro de agua neutra para fines de refrigeración en la planta de energía nuclear. Por eso siempre es preferible ubicar esta planta cerca de un río o del mar. - Eliminación de agua :
Los subproductos o desechos de las centrales nucleares son radioactivos y pueden causar graves riesgos para la salud. Por ello, se debe tener especial cuidado al eliminar los residuos de la central nuclear. Los residuos deben ser enterrados a suficiente profundidad del nivel de la tierra o deben ser eliminados en el mar, lejos de la costa. Por lo tanto, durante la selección de la ubicación de la planta nuclear, estos factores deben ser tomados en consideración. - Distancia de la zona poblada :
Como siempre hay una probabilidad de radiactividad, siempre es preferible ubicar una estación nuclear lo suficientemente lejos de una zona poblada. - Instalaciones de transporte : Durante el período de puesta en marcha, se deben erigir equipos pesados que se transportarán desde el lugar de fabricación. Así que se requiere una buena disponibilidad de vías férreas y carreteras. Para la disponibilidad de mano de obra calificada también debe haber un buen transporte público en el lugar.
