Quin és el fonament de l’energia nuclear?

•Parlem d’energia nuclear perquè extraiem energia dels nuclis dels àtoms.

• Hi ha a la natura dos grans processos de producció d’energia nuclear: fissió nuclear i fusió nuclear..

• La fusió nuclear és tot el contrari utilitzem els nuclis més petits que hi ha (els d’hidrogen) i s’uneixen per formar heli desprenent, això sí, molta més energia que en la fissió nuclear.

• La fusió nuclear està molt limitada per les elevadíssimes temperatures que necessitem per produir-la, de l’ordre de centenar de milers de graus i de moment només existeix a nivell experimental. Ës important entendre que, de moment, no hi ha CAP central nuclear de fusió, totes utilitzen fissió nuclear.

• La fissió nuclear consisteix en obtenir energia trencant un nucli gran (sovint Urani) de manera que en trencar-se el nucli d’Urani es desprengui d’una part d’energia que s’emet en forma de radiació. Aquesta escalfa l’entorn i la calor despresa es pot utilitzar per produir energia, per exemple, energia elèctrica.

Fissió Nuclear

Com funciona?Necessitem quatre coses:

* Un nucli gran, normalment Urani, un dels elements pesants de la taula periòdica. Aquest es trenca en dos fragments, que són nuclis que no intervendran en la reacció però que són un problema ja que produeixen radioactivitat.

* Un projectil per iniciar la reacció, aquest és un neutró amb alta energia.

* Que la reacció no s’aturi, la “gràcia” del procés és que la mateixa fissió produeix més neutrons que es comportaran com a projectils per continuar bombardejant àtoms d’urani, el procés es coneix com a reacció en cadena.

* Controlar el procés. De continuar així, no tindríem una central nuclear sinó una bomba nuclear. Per tant necessitem altres substàncies que ens segrestin part dels neutrons perquè el procés no se’ns vagi de les mans.

Fusió nuclear · És el procés contrari al de la fissió nuclear. Partim de nuclis petits,

normament hidrogen que unint-los produeixen un altre més gran: heli. NO OBSTANT, La reacció necessita temperatures col·lossals per poder dur-se a terme. Experimentalment s’està procedint a fusionar deuteri i triti (variants de l’element hidrogen amb més neutrons que l’hidrogen normal).

• La reacció experimental necessita uns 150.000 K!

• Per tant, encara és experimental no hi ha cap central nuclear al món de fusió nuclear

ELEMENTS D’UN REACTOR NUCLEAR

• COMBUSTIBLE : Tot i que el terme està malt emprat ja que no hi ha cap combustió, és el que necessitem per fer la reacció nuclear. Aquest és un element pesant i pot ser:* Urani natural . L’Urani natural es troba en forma d’àtoms de dues formes (isòtops) U-238 99,3% (inactiu des del punt de vista energètic) i U-235 0,7% que és el que dóna reacció. L’ús d’Urani natural té molt poc rendiment com es pot veure.

* Urani enriquit. Mitjançant un procediment d’enriquiment s’eleva la proporció d’U-235 a un 2-5%, la qual cosa millora el rendiment en producció d’energia.* Plutoni. En forma de Pu- 239 és un material que augmenta fins a un 12% el rendiment respecte a l’Urani. El problema és que per processar el plutoni s’ha de fer a partir de barres d’Urani gastades (i per tant radioactives).

Moderador nuclear

Sense aquests element mai podria existir una reacció en cadena, i per tant, procés de producció d’energia. Els neutrons que es produeixen en una reacció nuclear, surten tan ràpids que difícilment podrien impactar amb altres àtoms d’Urani i la reacció es pararia. Necessitem una substància que els freni i aquesta és el MODERADOR.

Exemples:

- Aigua

- Aigua pesada (en lloc d’hidrogen utilitza deuteri)

- Grafit

- Sodi

Refrigerant

• Necessitem que el reactor nuclear treballi a una temperatura adequada per evitar la fuita de radiació i en cas greus la fusió del reactor (no té res a veure amb la reacció de fusió, sinó que ens referim a que la cambra del reactor es fongui per l’alta temperatura).

• Pot ser aigua, aigua pesada, CO2, heli i sodi (com veiem també poden actuar com a moderadors)

BARRES DE CONTROL• També importantíssimes. Si no existissin no tindríem una central

nuclear sinó una bomba nuclear. Necessitem uns substància que segresti part dels neutrons perquè la reacció en cadena no esdevingui incontrolable.

• Aquestes barres de control estan formades per:

* CADMI* BOR

També en un moment donat ens permetran parar la reacció per fer per exemple un manteniment del reactor

PARTS D’UN REACTOR NUCLEAR

PARTS DEL REACTOR PWR(REACTOR D’AIGUA PRESSURITZADA)

1. Barres de combustible 6. Turbina2. Barres de control 7. Transformador3. Generador de vapor 8. Refrigerant del secundari4. Pressuritzador (regulador de pressió) 9. Condensador5. Vas del reactor 10. Aigua a torre de refrigeració

11. Edifici de contenció

Funció de cadascuna de les parts

1. Barres de combustible. Barres on s’emmagatzema l’Urani en barres fetes d’aleació de zirconi (Zircaloy)

2. Barres de control. Permeten regular la reacció en cadena. Contenen bor o cadmi.

3. Generador de vapor. Hem de tenir en compte que el refrigerant en contacte amb l’Urani mai surt del reactor (o no hauria). El circuit que fa aquest refrigerant és el primari i també actua com a moderador. Un segon circuit d’aigua envolta aquest circuit primari, és el secundari que és el que en escalfar-se produeix el vapor que va a la turbina.

Tipus de centrals nuclears

• Reactor PWR. Reactor d’aigua pressuritzada. És el reactor més comú. L’aigua actua com a refrigerant i moderador i gràcies a la pressió no entra en ebullició.

Reactor BWR

* Són els reactors d’aigua bullent. Els sis reactors de Fukushima són d’aquest tipus. L’aigua que surt en forma de vapor del reactor és directament la que mou la turbina (no hi ha el circuit secundari típic de les PWR), això fa que l’edifici on són les turbines ha d’estar protegit contra les fuites de radiació.

1- Nucli del reactor (Urani) 2- Barres de control

3- Refrigerant/Moderador4- Pressionador5- Vas del reactor6- Turbina7- Generador8- Bombes9- Condensador10- Refrigerant a torre

11- Transformador12- Recinte de formigó13- Recinte d’acer

Com estan les coses a Fukushima?Descripció dels fets:

11 març 2011 (14:46 hora local)– Terratrèmol intensitat 9.0 prop de la Costa est de l’illa de Honshu a la Falla del Japó. La central de Fukushima a 270 km de distància aguanta perfectament el terratrèmol parant la central amb normalitat.11 març 2011 – Tsunami Un tsunami colossal arrassa la costa est del Japó amb onades de fin s a 10 m. És aquest el que causa els mals a la central ja que talla el subministrament d’electricitat als generadors d’emergència que mantenen la refrigeració dels sis reactors nuclears de la central. 11 març 2011 - Preocupa la situació dels reactors I i II on falla la refrigeració. La primera entra en estat d’emergència i la segona té una pressió doble de l’habitual. 12 març 2011 - Explosió al reactor I. Els reactors II crític i el III i IV amb problemes. Danys al nucli i al combustible (Afecta les dues primeres barreres de contenció).14 març 2011- Explosió al reactor III (molt perillós perquè és l’únic que funciona amb Plutoni) Danys al nucli, combustible i en la contenció 15 març 2011 – Explosió al reactor II. Danys al nucli, combustible i en la contenció (tecera barrera). Afectat el reactor IV on hi ha danys a la piscina de combustible.17 març 2011- Reactor I destrossat. Reactor 2 cambra de contenció trencada. Reactor 3 cambra de contenció trencada a més emet radiació. Reactor 4 piscina exposada amb poca aigua i emetent radiació. Els reactors V i VI comencen a tenir temperatures elevades a les piscines.25 març 2011- Les notícies són contundents. S’evacua un radi de 20 km al voltant de la central i anima als que estrobin entre 20 i 30 km a que marxin també. La contaminació radioactiva de l’aigua és 10.000 vegades la normal. En dues o tres setmanes la radiació podria donar la volta al món.27 març 2011 – El nivell de iode radioactiu és 1250 vegades el normal. Al reactor II els operaris han hagut de ser evacuats a causa dels alts nivells de radiació.

DANYS DELS 6 REACTORS DE FUKUSHIMA