Reactor nuclear para niños
Un reactor nuclear es una máquina especial donde se controla una reacción nuclear en cadena. Imagina que es como un motor muy potente que usa la energía del átomo.
Los reactores nucleares se usan para varias cosas importantes:
- Producir electricidad en las centrales nucleares.
- Crear materiales especiales, como algunos isótopos que se usan en la medicina o en la industria.
- Impulsar barcos o submarinos, lo que se conoce como propulsión nuclear.
- Para la investigación científica.
Hoy en día, los reactores que producen energía de forma comercial son los de fisión nuclear. También existen reactores de fusión nuclear que están en fase de prueba.
La potencia de un reactor nuclear puede variar mucho, desde pequeños reactores de investigación hasta los muy grandes que generan electricidad para ciudades enteras. Para funcionar bien, necesitan mucha agua fría para mantenerse refrigerados. Por eso, las centrales nucleares suelen construirse cerca de ríos o del mar.
Una ventaja importante de los reactores nucleares es que no liberan gases de efecto invernadero ni otros contaminantes al aire mientras funcionan. Lo que ves salir de las torres de refrigeración es solo vapor de agua. Sin embargo, sí producen residuos radiactivos. Estos residuos deben guardarse de forma segura por mucho tiempo, a veces miles de años, hasta que su radiactividad disminuya.
El primer prototipo de reactor nuclear fue construido por el científico Enrico Fermi. Además, existe un ejemplo natural de reactor nuclear en Gabón, llamado el reactor nuclear natural de Oklo. Allí, hace millones de años, ocurrieron reacciones nucleares de forma natural.
Contenido
¿Cómo funciona un Reactor Nuclear de Fisión?
Un reactor nuclear de fisión es como un rompecabezas con varias piezas clave que trabajan juntas para controlar la energía.
Partes Esenciales de un Reactor
Para que un reactor de fisión funcione de manera segura y eficiente, necesita estos componentes:
El Combustible Nuclear
El combustible es el material que se "rompe" para liberar energía. Generalmente se usa Uranio-235 o plutonio-239. En las centrales, el combustible más común es el dióxido de uranio enriquecido. Esto significa que se ha aumentado la cantidad de Uranio-235, que es el tipo de uranio que se puede dividir fácilmente.
El Moderador
El moderador es un material, como el agua, el agua pesada o el grafito, que ayuda a frenar los neutrones que se liberan cuando el combustible se divide. Al ir más lentos, los neutrones tienen más posibilidades de chocar con otros átomos de uranio y mantener la reacción en cadena.
El Refrigerante
El refrigerante, que puede ser agua, anhídrido carbónico o sodio líquido, se encarga de llevarse el calor que se produce en el reactor. Este calor se usa luego para generar electricidad o para la propulsión.
El Reflector
El reflector, hecho de materiales como agua o grafito, ayuda a que los neutrones no se escapen del reactor, haciendo que la reacción sea más eficiente.
El Blindaje
El blindaje es una capa protectora de materiales como hormigón, plomo o acero. Su función es evitar que la radiación gamma y los neutrones rápidos salgan del reactor, protegiendo a las personas y el medio ambiente.
Material de Control
El material de control, como el cadmio o el boro, se usa para detener la reacción en cadena. Estos materiales absorben muy bien los neutrones. Se suelen usar en forma de barras que se pueden subir o bajar dentro del reactor.
Elementos de Seguridad
Todas las centrales nucleares tienen muchos sistemas de seguridad. Algunos actúan automáticamente (pasivos) y otros necesitan una señal (activos). La contención de hormigón que rodea al reactor es una de las principales barreras. Estos sistemas están diseñados para prevenir accidentes o, si ocurren, para evitar que la radiactividad se libere al exterior.
Tipos de Reactores Nucleares de Fisión
Existen varios diseños de reactores nucleares, cada uno con sus propias características:
- Reactores de Agua Ligera (LWR): Son los más comunes. Usan agua normal como refrigerante y moderador, y uranio enriquecido como combustible. Los más conocidos son los PWR (Reactores de Agua a Presión) y los BWR (Reactores de Agua en Ebullición).
- CANDU: Estos reactores usan agua pesada (un tipo de agua con un átomo de deuterio en lugar de hidrógeno) como moderador y refrigerante. Pueden usar uranio natural como combustible.
- Reactores Rápidos Realimentados (FBR): Utilizan neutrones rápidos y no necesitan moderador. Su combustible es el plutonio y se refrigeran con sodio líquido.
- Reactores Refrigerados por Gas Avanzados (AGR): Usan uranio como combustible, dióxido de carbono como refrigerante y grafito como moderador.
- RBMK: Estos reactores usan grafito como moderador y agua como refrigerante. El reactor de Chernóbil era de este tipo.
- Reactor de Lecho Fijo (FBNR): Es un diseño más moderno donde la cámara de combustible está separada de la cámara de reacción.
- Sistema Asistido por Acelerador (ADS): Estos reactores están en fase experimental. Usan torio y un acelerador de partículas para producir la fisión. Una de sus posibles funciones es ayudar a reducir los residuos radiactivos de otros reactores.
Ventajas y Desventajas de las Centrales Nucleares
Las centrales nucleares tienen puntos a favor y en contra como forma de producir electricidad.
Ventajas
Una gran ventaja es que casi no liberan contaminantes al aire. A diferencia de las centrales que queman combustibles fósiles (carbón, petróleo o gas), las nucleares no emiten gases de efecto invernadero como el CO2, ni gases que causan lluvia ácida. Además, los residuos que producen son mucho menores en volumen y están más controlados.
El uranio enriquecido que se usa en las centrales nucleares no sirve para fabricar ciertos tipos de dispositivos militares.
Se está investigando cómo usar la fisión asistida para destruir los residuos más peligrosos, bombardeándolos con partículas para transformarlos en materiales menos dañinos.
Desventajas
Los reactores nucleares generan residuos radiactivos. Algunos de estos residuos son muy tóxicos y tardan cientos o incluso miles de años en perder su radiactividad. Guardar estos residuos de forma segura es un gran desafío.
Los accidentes nucleares más conocidos han sido: Mayak (Rusia) en 1957, Windscale (Gran Bretaña) en 1957, Three Mile Island (Estados Unidos) en 1979, Chernóbil (Ucrania) en 1986, Tokaimura (Japón) en 1999 y Fukushima (Japón) en 2011.
La gestión de los residuos nucleares es un tema importante. Muchos países tienen empresas que se encargan de almacenar estos residuos de forma segura. Se busca que el combustible usado pueda ser reutilizado en el futuro, y ya hay investigaciones para hacer esto más económico y eficiente, como el Reactor nuclear BN-800.
Aplicaciones de los Reactores Nucleares
Los reactores nucleares tienen muchas aplicaciones útiles:
- Generación de Energía:
* Producir calor para generar energía eléctrica. * Producir calor para uso en hogares e industrias. * Producir hidrógeno o desalación de agua.
- Propulsión:
* Impulsar barcos y submarinos. * Se investiga su uso para cohetes espaciales.
- Transformación de Elementos:
* Producir plutonio, que se usa como combustible en otros reactores. * Crear isótopos radiactivos para usos médicos (como el cobalto-60 para tratamientos) o industriales (como el americio en detectores de humo).
- Investigación:
* Usarlos como fuentes de neutrones para análisis científicos. * Desarrollar nuevas tecnologías nucleares.
Reactor Nuclear de Fusión
Un reactor de fusión nuclear busca producir energía imitando lo que ocurre en el centro de las estrellas, como nuestro Sol. Allí, átomos ligeros se unen para formar uno más pesado, liberando una enorme cantidad de energía. Aunque se ha investigado por más de 60 años, todavía no es rentable producir energía de esta manera.
La mayor dificultad es contener el material a temperaturas y presiones extremadamente altas. Se necesita una gran cantidad de energía inicial para que la fusión comience.
Actualmente, hay dos líneas principales de investigación:
Confinamiento Inercial
Consiste en usar láseres o partículas para comprimir una pequeña cantidad de combustible y hacer que se fusione muy rápidamente. Los proyectos más grandes en esta área son el NIF en Estados Unidos y el LMJ en Francia.
Confinamiento Magnético
Aquí, el material a fusionar se calienta tanto que se convierte en un estado llamado plasma. Este plasma se mantiene dentro de un campo magnético muy fuerte para que no toque las paredes del reactor.
Los primeros modelos de confinamiento magnético fueron los Stellarator. Luego, los ingenieros rusos mejoraron este diseño creando el Tokamak, que es el modelo más estudiado hoy. El reactor más grande de este tipo, el JET en Europa, ha logrado condiciones de fusión importantes.
El objetivo es construir un reactor que produzca más energía de la que consume. El proyecto ITER es un gran esfuerzo internacional para lograr esto, y después se planea construir otro prototipo llamado DEMO para probar la generación comercial de energía.
Posibles Combustibles para Reactores de Fusión
La reacción más fácil de lograr para la fusión es la de deuterio y tritio. El deuterio es abundante en el agua, pero el tritio es inestable y hay que fabricarlo, por ejemplo, a partir del litio.
Los neutrones que se producen en esta reacción pueden hacer que las paredes del reactor se vuelvan radiactivas. Por eso, se investigan otras reacciones más "limpias", como la de deuterio más helio-3. El problema es que el helio-3 es muy raro en la Tierra, aunque es abundante en la Luna, traído por el viento solar.
Mientras tanto, se buscan materiales para el reactor que, si se vuelven radiactivos, lo hagan por poco tiempo, para que sus residuos sean más fáciles de manejar.
Galería de imágenes
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Reactor de Pruebas Avanzado
Véase también
En inglés: Nuclear reactor Facts for Kids
