1. Daniel López Asensio, Jordi Escrivà Garrido, Eduard Albaladejo Castelló,
Raúl Jiménez García, Luc Alonso Durig, Jaume Ciré i Zhulian Valeriev Ivanov
Uranio, el combustible de las nucleares.
“Dejamos de tener miedo a todo aquello que entendemos” según dijo Marie
Curie, ganadora de dos premios Nobel uno de física el 1903 y uno de química
el 1911. Este texto trata sobre el uranio, el combustible utilizado a las centrales
nucleares de fisión nuclear. Explicamos desde qué es el uranio, cómo se
obtiene, etc. hasta cómo se realiza la fisión nuclear al reactor de las centrales.
Respecto a nuestras investigaciones, visitamos el centro de información de la
central de Ascó, y hemos investigado por Internet y por libros de texto.
El uranio es un elemento químico metálico de color plateado-grisáceo de la
serie de los actínidos, su símbolo químico es U y su número atómico es 92. Por
eso tiene 92 protones y 92 electrones, con una valencia de 6. Su núcleo puede
contener entre 142 y 146 neutrones, sus isótopos más abundantes son el U238
que posee 146 neutrones y el U235 con 143 neutrones.
Fue descubierto el 1789 por M. H. Klaproth, que lo denominó así en honor al
planeta Urano que acababa de ser descubierto el 1781.Junto con todos los
elementos con pesos atómicos superiores al del hierro, el uranio se origina de
forma natural durante las explosiones de las supernovas.
Los principales países que exportadores de uranio son: Canadá, Australia,
Rusia, Sudáfrica, Kazajstán y Nigeria.
En España, en concreto en Ciudad Rodrigo (Salamanca), también hubo una
mina de uranio, pero ya fue explotada y sus reservas están agotadas.
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Por cada tonelada de mineral extraído, se consigue un kilogramo de óxido de
uranio.
El uranio en su totalidad no se puede utilizar porque es un mineral estable, se
necesitan sus isótopos inestables. Los isótopos de uranio U238 (99.285% de la
totalidad) y el isótopo U234 (0.005% de la totalidad) son los estables. El isótopo
de uranio que se utiliza es el isótopo U235 (0.71% de la totalidad), puesto que
es el único isótopo que es inestable. Para poderlo utilizar, se tiene que tratar de
manera especial, un proceso muy costoso, tanto por la parte económica cómo
por la parte más técnica, puesto que requiere una tecnología muy avanzada y
una inmensa cantidad de energía.
Los principales métodos de producción de uranio útil son:
-Proceso láser: Constituye una tercera generación tecnológica que promete
menos requerimientos de aportación de energía, es decir, más bajos costes de
capital. Se utilizan láseres especialmente afinados para separar isótopos de
uranio mediante la selectiva ionización en transiciones híper finas.
Máquina AVLIS “Atomic Vapor
Laser Isotope Separation”
(Separación de isótopos de vapor
atòmic per làser)
-Difusión térmica: Se realiza un intercambio de calor a través de una fina capa
de líquido o gas para conseguir la separación de isótopos. Se beneficia del
hecho que las moléculas más ligeras del gas de U235 se difundirán hacia la
superficie caliente mientras que las más pesadas del U238 lo harán hacia la
superficie más fría.
-Difusión gaseosa: Consiste al forzar el paso del gas del hexafluoruro (UF6) de
uranio a través de una membrana semipermeable, cosa que produce una ligera
separación entre moléculas que contienen el U235 y las que contienen el U238.
Por cada kilogramo de uranio natural, se consigue 7g de U235.
Después de obtener el U235, se tienen que fabricar los elementos
combustibles. Este proceso consta de la fabricación de pastillas (se prensa el
uranio, creando pastillas cilíndricas de propiedades mecánicas estables), la
fabricación de barras (donde se introducen las pastillas) y la fabricación del
elemento combustible (donde están las barras).
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El uranio obtenido se puede clasificar en tres tipos, el altamente enriquecido
(este uranio tiene una concentración superior al 20% de U235), el de bajo
enriquecimiento (tiene una concentración inferior al 20% de U235) y
ligeramente enriquecido (tiene una concentración de entre el 0,9% y el 2% de
U235).
El principal uso del uranio es su utilización como combustible de las centrales
nucleares de fisión (es el uranio ligeramente enriquecido).
Uno de los usos secundarios del uranio es la fabricación de armas nucleares.
Se libera de las armas disparadas en forma de pequeñas partículas, que
pueden ser inhaladas o ingeridas o se quedan al medio ambiente, o para
propulsión marina, ...
El uranio empobrecido figura en la fabricación de contrapesos para aeronaves,
la fabricación de municiones antitanques, misiles y proyectiles. También para
hacer blindajes contra radiaciones para los servicios médicos de radioterapia.
También sirve para la datación geológica.
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En el reactor de las centrales nucleares de fisión se produce la fisión nuclear,
una reacción química controlada, mediante la cual los núcleos de átomos muy
grandes se fragmentan en núcleos más pequeños, liberando una gran cantidad
de energía. El uranio se convierte en material radiactivo.
Esquema de una reacción de fisión nuclear controlada
Hay varios tipos de centrales nucleares de fisión, las de agua a presión (las
más comunes), las de agua en ebullición, de neutrones rápidos, ... La visita de
la central nuclear de Ascó nos permitió entender mejor el funcionamiento de las
de agua a presión (PWR).
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Esquema funcional de Ascó I y Ascó II
Una central PWR consta de tres circuitos. El circuito primario, lleno de agua a
una gran presión (esta gran presión, de unos 14 MPa, eleva el punto de
ebullición del agua, evitando que se evapore) está en contacto con el reactor.
Al reactor se genera una gran cantidad de energía, en forma de calor (fisión
nuclear). Esta energía se transmite al agua, que actúa como refrigerante a la
vez, circula hacia el generador de vapor, donde mediante una serie de tuberías
se transmite el calor al circuito secundario. El agua refrigerada del circuito
primario se devuelve al reactor, dónde se vuelve a calentar.
El agua calentada del circuito secundario sí entra en ebullición. El vapor de
agua es utilizado para mover las turbinas. Estas turbinas mueven un alternador,
que genera electricidad por electromagnetismo (se mueve un material
conductor dentro de un campo magnético).
El agua del segundo circuito se enfría al condensador. Allá, mediante una serie
de cañerías, es refrigerada por el agua del tercer circuito (normalmente esta
agua proviene del mar o de un río), y vuelve al generador de vapor.
El agua del tercer circuito se devuelve al río o al mar, pero antes pasa por las
torres de refrigeración, donde pierde temperatura (para evitar alteraciones en el
ecosistema).
Finalmente y como conclusión del trabajo de campo realizado, investigamos las
ventajas e inconvenientes del uranio.
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Las ventajas son casi los mismas que cualquier otro tipo de combustible, es
decir, produce una gran cantidad de energía a un precio razonable y de una
forma continuada, ... Otras ventajas son que se necesita poca cantidad de
uranio para poder producir electricidad, su disponibilidad temporal y la fácil
extracción de las minas.
Los inconvenientes son que causa un gran impacto ambiental (sus residuos
desprenden mucha radioactividad, tienen que ser almacenados y tratados,
generando un gran gasto económico), es poco fisionable, y los neutrones
producidos por su fisión no son capaces por sí mismos de mantener la reacción
en marcha.
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