250px|dereita|miniatura|Central nuclear de Trillo.
Unha central nuclear, é unha instalación onde a enerxía mecánica que se necesita para mover un xerador de enerxía eléctrica se obtén a partir do vapor formado ó quentar auga nun reactor nuclear.
A enerxía nuclear procede das reaccións de fusión ou fisión de átomos, nas cales se liberan grandes cantidades de enerxía en forma de calor, que se usa para producir electricidade.
Historia En 1956 empezou, en Inglaterra, a primeira planta nuclear que xeraba electricidade para uso comercial. En 1990 había 420 reactores nucleares comerciais en 25 países que producen o 17% da enerxía do mundo.
Nos anos cincuenta e sesenta esta forma de producir enerxía foi acollida con entusiasmo, polo pouco combustible que consumía. Pero na década dos setenta e especialmente na dos oitenta cada vez houbo máis voces que alertaban sobre os perigos da radiación, e sobre todo en caso de accidentes. A construción de centrais nucleares paralizouse en case todos os países e na actualidade hai un debate aberto sobre o seu futuro. Ademais emerxeu o problema da almacenaxe dos residuos nucleares de alta actividade.
En España En 1968, a central nuclear José Cabrera iniciaba a era da utilización da enerxía nuclear para a produción de enerxía eléctrica en España. Foi seguida polas centrais de Santa María de Garoña e Vandellòs I.
A segunda xeración de centrais nucleares foi posta en marcha en 1980 e 1985. Inclúe os reactores de Almaraz I e Almaraz II, Ascó I, Ascó II e Cofrentes. A participación nacional alcanzada na súa construción foi do 70%, lográndose que nos proxectos da terceira xeración (1987), Vandellòs II e Trillo I alcanzase o 85%.
En 2011 hai 6 centrais nucleares en funcionamento en España, con 8 reactores en total que proporcionan unha potencia total instalada de 7.728 MWe. Por orde de antigüidade son as seguintes: Garoña (Burgos): entrou en servizo en 1971 e, aínda que estaba previsto o seu peche en 2011, foi prorrogado ata o 2013. Almaraz I (Cáceres): 1981. Almaraz II (Cáceres): 1983. Ascó I (Tarragona): 1984. Cofrentes (Valencia): 1985. Ascó II (Tarragona): 1986. Trillo (Guadalajara): 1988. Vandellòs II (Tarragona): 1988.
Partes dunha central nuclear Reactor. Nel prodúcese a fisión. Xerador de vapor. Nel a calor producida pola fisión úsase para quentar a auga. Turbina. Produce a electricidade coa enerxía contida no vapor. Condensador. Nel arrefríase o vapor, transformándoo en auga líquida.
Un reactor nuclear é unha instalación capaz de iniciar, manter e controlar as reaccións de fisión en cadea, cos medios adecuados para extraer a calor xerada. Un reactor nuclear consta de varios elementos, cada un dos cales ten un papel na produción de calor. Estes elementos son:
Combustible. Está formado por un material fisionable, xeralmente un composto de uranio, no que teñen lugar as reaccións de fisión e, por tanto, é a fonte de xeración de calor. Moderador. Fai diminuír a velocidade dos neutróns rápidos, transformándoos en neutróns lentos ou térmicos. Empréganse como materias moderadores a auga, o grafito e a auga pesada. Refrixerante. Extrae a calor xerada polo combustible do reactor. Normalmente úsanse refrixerantes líquidos, como a auga lixeira e a auga pesada, ou gases como o anhídrido carbónico e o helio. Reflector. Permite reducir o escape de neutróns da zona do combustible e, por tanto, dispor de máis neutróns para a reacción en cadea. Os materiais usados son a auga, o grafito e a auga pesada. Elementos de control. Actúan como absorbentes de neutróns, permitindo controlar en todo momento a poboación de neutróns, e por tanto, a reactividade do reactor. Os elementos de control teñen forma de barras, aínda que tamén poden atoparse diluídos no refrixerante. Blindaxe. Evita o escape de radiación gamma e de neutróns do reactor. Os materiais usados como blindaxe son o formigón, a auga e o chumbo.
Combustible Chámase combustible nuclear a calquera material que conteña núcleos fisionables e poida empregarse nun reactor nuclear para que nel se desenvolva unha reacción nuclear en cadea. O uranio emprégase como combustible nuclear, como tamén o óxido de uranio. No primeiro caso referímonos a un elemento químico do que algúns dos isótopos son fisionables, no segundo a un composto químico determinado que contén tales isótopos.
Entendemos por isótopo fisionable aqueles núcleos susceptibles de experimentar fisión. Para falar con precisión , sería necesario especificar a enerxía dos neutróns que poden facer fisionar ditos isótopos. Normalmente enténdese por isótopo fisionable calquera núcleo que fisiona pola acción dos neutróns térmicos. O único isótopo fisionable por neutróns térmicos que existe na natureza é o U-235. Encóntrase nunha proporción do 0,711% no uranio natural. Hai outros isótopos fisionables que non existen na natureza pero que poden obterse artificialmente. Algúns destes son:
Uranio-233. Obtense por captura dun neutrón por un núcleo de torio-232. O núcleo intermedio formado sofre dúas desintegracións beta, dando lugar ó mencionado U-232. Plutonio-239. Aínda que se puideron detectar trazas del, considérase que non é un isótopo natural. Fórmase na captura dun neutrón por un núcleo de uranio-238, seguida de dúas emisións beta. Plutonio-241. Ten menor importancia que os dous anteriores. Fórmase pola captura dun neutrón polo Pu-240, o cal procede, á súa vez, da captura dun neutrón por un núcleo de Pu-239.
A obtención dos dous primeiros isótopos, o U-233 e o Pu-239, pódese realizar nos propios reactores nucleares, se introducimos nos mesmos núcleos o torio-232 e o uranio-238, que son os átomos que por captura de neutróns dan lugar ós isótopos fisionables. Este material chámase material fértil.
Elementos combustibles Os elementos combustibles son os responsables de producir enerxía nos reactores nucleares, xerando calor durante dito proceso como calquera outro tipo de combustible. Os elementos combustibles están formados por:
Material combustible. Normalmente uranio e/ou plutonio combinado con osíxeno para formar un óxido ou con outro material para formar unha aliaxe. Vaíñas. Son aliaxes metálicas (de circonio, aluminio...) que pechan hermeticamente o material combustible para evitar que se escapen os produtos formados durante es reaccións nucleares. Material estrutural. Son tamén aliaxes metálicas que serven para dar unha estrutura xeométrica ó conxunto, permitindo así que a remoción da calor xerada sexa extraída con facilidade polo líquido refrixerante que se move a través deles.
Ciclo do combustible O ciclo do combustible é o conxunto de operacións necesarias para a fabricación de combustible destinado ás centrais nucleares, así como ó tratamento do combustible gastado producido pola operación das mesmas. Se o combustible irradiado non se reelabora é considerado na súa totalidade como residuo radioactivo, o que se denomina ciclo aberto, con que non se completa o denominado ciclo do combustible nuclear.
Tipos de reactores Os reactores nucleares clasifícanse, segundo a velocidade dos neutróns que producen as reaccións de fisión, en reactores rápidos e reactores térmicos. Á súa vez, os reactores térmicos clasifícanse, segundo o tipo de moderador empregado, en reactores de auga lixeira, de auga pesada e de grafito. Con cada un destes reactores está asociado o tipo de combustible usado, así como o refrixerante empregado.
Reactores térmicos Reactor de auga a presión, ou (PWR). Emprega auga lixeira como moderador e refrixerante, e óxido de uranio como combustible. O refrixerante circula a unha presión tal que a auga non alcanza a ebulición, e extrae a calor do reactor, que despois leva a un intercambiador de calor, onde se produce o vapor que alimenta á turbina. Reactor de auga en ebulición, ou (BWR). Emprega elementos similares ó anterior, pero agora o refrixerante, ó traballar a menor presión, alcanza a temperatura de ebulición ó pasar polo núcleo do reactor, e parte do líquido transfórmase en vapor, o cal unha vez separado daquel e reducido o seu contido de humidade, se dirixe cara a turbina sen necesidade de empregar o xerador de vapor. Reactor de auga pesada, ou (HWR). Emprega auga pesada como moderador. Existen versións nas que o refrixerante é auga pesada a presión, ou auga pesada en ebulición. Pode empregar uranio natural como combustible. Reactor de grafito-gas. Usa grafito como moderador e CO2 como refrixerante. Mentres que os primeiros reactores deste tipo empregaron uranio natural en forma metálica, os actuais, denominados avanzados de gas (AGR), utilizan óxido de uranio enriquecido. Os denominados reactores de alta temperatura (HTGR), usan helio como refrixerante. Reactor de auga en ebulición, ou (RBMK). Reactor moderado por grafito, con uranio enriquecido, e refrixerado por auga en ebulición. Este tipo de reactor non se emprega na Europa occidental.
Reactores rápidos Neste tipo de reactores non existe o elemento moderador para os neutróns e por tanto o fluxo de neutróns cae na zona dos neutróns rápidos. Nestes reactores o combustible da zona central, formado por un óxido de uranio ou uranio e plutonio, rodéase dunha zona de óxido de uranio empobrecido, cun contido de U-235 menor ou igual ó de uranio natural.
Con esta disposición, e se se usa un refrixerante que non produza a moderación dos neutróns (normalmente emprégase sodio), pódese conseguir que na capa de U-238 que rodea ó combustible se produza máis plutonio que o que se consome. Desta forma, ó mesmo tempo que se está producindo enerxía térmica, estase producindo combustible en forma de Pu-239, que pode usarse en calquera tipo de reactor, tanto rápido como térmico. A este tipo de reactores chámaselles tamén reactores reprodutores, e a súa importancia é enorme, pois permiten obter un mellor aproveitamento dos recursos existentes de uranio.
Neste momento existen poucos países que teñan centrais nucleoeléctricas con este tipo de reactores. En primeiro lugar, Francia coa Superphenix de 1200 MW funcionando en Crys-Malville, é a maior central existente. Séguelle a Unión Soviética con varias centrais con reactores de 600 MW, e finalmente Xapón cunha central de 300 MW.
Funcionamento O funcionamento dunha central nuclear consta de varias etapas: circuíto primario (edificio do reactor), circuíto secundario (produción de electricidade) e circuíto de refrixeración.
Circuíto primario O circuíto primario é estanco e está formado pola vasilla do reactor que contén o núcleo, o presionador e tres lazos. Cada un incorpora un xerador de vapor e unha bomba principal. A auga desmineralizada que circula polo seu interior toma a calor producida no reactor pola fisión nuclear e transpórtao ata o xerador de vapor. Nel, un segundo fluxo de auga independente do primeiro absorbe a calor a través do seu contacto exterior coa turbina pola que circula a auga desmineralizada do circuíto primario. Por fin dito fluído retorna á vasilla do reactor tras ser impulsado polas bombas principais.
O reactor e o seu circuíto de refrixeración están contidos dentro dun recinto hermético e estanco, chamado contención, que consiste nunha estrutura esférica de aceiro de 53 m de diámetro, construída mediante pranchas de aceiro soldadas de 40 mm de grosor e que se soporta sobre unha estrutura de formigón en forma de cáliz, que se aguanta sobre a lousa de cimentación de 3,5 m de grosor. A contención está situada no interior dun segundo edificio, tamén de formigón, chamado edificio do anelo de reactor, cuxas paredes exteriores teñen un grosor de 60 cm. Este ten forma cilíndrica e está rematado por unha cúpula semiesférica, que serve de blindaxe biolóxica.