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Energia Nuclear

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by

Valee Lopez

on 23 March 2015

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Transcript of Energia Nuclear

Energía Nuclear
Uranio
Historia
Características Químicas
Formación
El uranio nunca se encuentra en estado libre sino como óxido o sal compleja en minerales tales como la pechblenda, un óxido mixto de composición entre UO2 y U3O8, la carnotita, un vanadato de uranilo y potasio , la uraninita, en las arenas de monacita, en las rocas ígneas y en el lignito, y puede recuperarse comercialmente desde todas estas fuentes.

Su concentración media en la corteza terrestre es de 2 ppm y ocupa el puesto 48º en la clasificación de elementos más abundantes.

Los depósitos de pechblenda, el mineral más rico de uranio, se encuentran principalmente en Canadá, Zaire y Estados Unidos aunque en éste último se extrae principalmente de la carnotita.

La producción mundial de concentrado puro de uranio está en torno a las 30.000 toneladas anuales.
Minerales de uranio fueron advertidos por los mineros durante mucho tiempo antes del descubrimiento de uranio como oxido en 1789 por el químico alemán Martin Heinrich Klaproth.

La pechblenda, mineral de uranio, también conocido como uraninita, se informó desde el Erzgebirge, Saxony, en 1565.

Otros informes tempranos de la fecha de la pechblenda es de 1727 en Joachimsthal y 1763 en Schwarzwald.
En los Estados Unidos, el primer mineral de radio/uranio fue descubierto en 1871 en las minas de oro cerca de Central City, Colorado.
Inglaterra se abrio a la produccion de uranio en 1873 y produce alrededor de 175 toneladas de mineral antes de 1900.
El depósito en la República del Congo fue descubierto en 1913, y explotado por la Mining Union of Upper Katanga.
Canadá descubrió en 1931, junto con la provincia de Beira, Portugal; Tyuya Muyun, Uzbekistán y Radium Hill, Australia.

En el siglo 20 los Estados Unidos fue el mayor productor de uranio del mundo
Origen
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. El proceso físico determinante en el colapso de una supernova es la gravedad. Los valores tan elevados de gravedad que se dan en las supernovas es que genera las capturas neutrónicas que dan lugar a los átomos más pesados, entre ellos el uranio y el protactinio.
El enriquecimiento de uranio es el proceso al cual es sometido el uranio natural para obtener el isótopo 235U
Difusión térmica
Utiliza el intercambio de calor a través de una delgada capa de líquido o gas para conseguir la separación de isótopos. El proceso se beneficia del hecho de que las más ligeras moléculas de gas del 235U, se difundirán hacia la superficie caliente, mientras que las más pesadas del 238U, lo harán hacia la superficie más fría.
Difusión Gaseosa
Consiste en forzar al gas de hexafluoruro de uranio a través de una membrana semi-permeable, lo que produce una ligera separación entre las moléculas que contienen 235U y las que contienen 238U.
Gas centrifugado
Se calienta el fondo de los cilindros rotativos, provocando corrientes que mueven hacia la zona superior el 235U, donde puede ser recogido mediante paletas. Este diseño de centrifugado mejorado es utilizado por la compañía comercial Urenco para producir combustible nuclear.
Uranio procedente del desmantelamiento de armas nucleares
Otra fuente de uranio es el procedente del desmantelamiento de cabezas nucleares. Esto se lleva a cabo bajo un programa denominado Megatones por Megawatios cuyo fin es eliminar, para uso militar, el uranio altamente enriquecido procedente de las cabezas nucleares desmanteladas. Esto se consigue mediante la mezcla de uranio altamentente enriquecido con uranio natural o de muy bajo enriquecimiento, así se obtiene un uranio ligeramente enriquecido que es utilizado en las centrales de EE. UU. Dentro de este programa, hasta el final del año 2009, 382 toneladas métricas de uranio altamente enriquecido se han trasformado en 11047 toneladas métricas de uranio ligeramente enriquecido, con ello se han eliminado el equivalente a 15294 cabezas nucleares.
El uranio natural está formado por tres tipos de isótopos: uranio-238 (238U), uranio-235 (235U) y uranio-234 (234U). De cada gramo de uranio natural el 99,284 % de la masa es uranio-238, el 0,711% uranio-235,2 y 0,0085% uranio-234.
El periodo de semidesintegración del uranio-238 es aproximadamente 4.470 millones de años y el del uranio-235 es 704 millones de años.
El uranio-235 se distingue por ser el único elemento que se encuentra en la naturaleza que es un isótopo físil. El uranio-235 posee una mayor probabilidad de fisionarse al ser bombardeado por neutrones térmicos, por lo que es la reacción principalmente responsable por la generación de calor en un reactor nuclear, y es la principal fuente de material físil para las armas nucleares. Ambos usos son posibles por la capacidad del uranio de sostener una reacción nuclear en cadena.
Etapas del combustible Nuclear
Las dos formas que existen para obtener energía nuclear son: la fisión y la fusión nuclear.

La fisión ocurre en el núcleo de un átomo, el cual debe ser dividido en dos o mas núcleos para así liberar otros subproductos.
La fusión es el proceso por el que varios núcleos se unen para formar un núcleo mas pesado por el momento esta no se utiliza para generación de energía.
Obtención de energía nuclear
En 1896 Henri Becquerel descubrió que algunos elementos químicos emitían radiaciones, denominadas alfa, beta y gamma. Luego se vio que todas ellas provenían del núcleo atómico que describió Rutherford.
En 1932 James Chadwick descubrió la existencia del neutrón.
En los años 1930, Enrico Fermi y sus colaboradores bombardearon con neutrones más de 60 elementos, entre ellos 235U, produciendo las primeras fisiones nucleares artificiales. En 1938, Lise Meitner, Otto Hahn y Fritz Strassmann verificaron los experimentos de Fermi y en 1939 demostraron que parte de los productos que aparecían al llevar a cabo estos experimentos con uranio eran núcleos de bario y llegaron a la conclusión de que eran resultado de la división de los núcleos del uranio.
Se había llevado a cabo el descubrimiento de la fisión.
En Francia, Joliot Curie descubrió que además del bario, se emitían neutrones secundarios en esa reacción, haciendo factible la reacción en cadena.
En la década de 1940, el almirante Hyman Rickover propuso la construcción de reactores de fisión no encaminados esta vez a la fabricación de material para bombas, sino a la generación de electricidad.

El Departamento de Defensa estadounidense propuso el diseño y construcción de un reactor nuclear utilizable para la generación eléctrica y propulsión en los submarinos a dos empresas distintas norteamericanas: General Electric y Westinghouse. Estas empresas desarrollaron los reactores de agua ligera tipo BWR y PWR respectivamente.
Ventajas
Descubrimiento de la fisión
Tipos de Reactores
Reactores
PWR. (264). Uranio enriquecido, moderador y refrigerante agua ligera.
BWR. (94). Uranio enriquecido, moderador y refrigerante agua ligera.
CANDU. (43). Uranio natural, moderador y refrigerante agua pesada.
AGR. (18). Usa uranio enriquecido como combustible, moderador grafito, refrigerante CO2.
RBMK. (12). Uranio natural o enriquecido, moderador grafito, refrigerante agua ligera.
Actualmente en el mundo estan funcionando diferentes tipos de reactores entre ellos:
Centrales Nucleares
1. En las centrales térmicas y nucleares, el calor obtenido de los combustibles (combustión y reacción nuclear, respectivamente) se emplea para calentar el agua contenida en una caldera, que se transforma en vapor de agua.

2. Ese vapor se conduce a una turbina, moviendo los álabes o aspas de ésta.

3. El eje de la turbina está conectado a un generador de corriente, transformando la energía mecánica en energía eléctrica.

4. El vapor que sale de la turbina se condensa, al pasar por un circuito de refrigeración, y regresa a la caldera.

Desde una sala de control se gobierna la central y se manejan los dispositivos de seguridad que detienen el reactor en cuanto se percibe el mínimo riesgo de escape o mal funcionamiento.
La energía nuclear cumple los acuerdos del Protocolo de Kyoto ya que no provoca emisiones de CO2. Sin embargo sí se emite cierta cantidad de CO2 durante el ciclo de obtención de combustible nuclear y durante la construcción y desmantelamiento de las centrales nucleares. Un estudio del Instituto Öko de Alemania muestra que, teniendo en cuenta el ciclo completo de generación de energía (incluyendo la construcción y desmantelamiento de las centrales eléctricas), la energía nuclear emite unos 34 gramos de CO2 por cada kWh de electricidad producido. Esto es mucho menos de lo que emite una central térmica de carbón (que emite alrededor de 1000 g/kWh). La energía eólica, por ejemplo, emite alrededor de 20 g/kWh, y la hidroeléctrica alrededor de 33 g/kWh. .
Emisiones de CO2 y efecto invernadero
No produce emisiones contaminantes.
Produce electricidad de forma constante con precios estables y predecibles.
Permite generar mas energía con menos combustible
La reducción del consumo de carbón y petroleo ayuda a reducir el problema del caliento global y cambio climatico el planeta.
Desventajas
Existe alto riesgo de contaminación en caso de accidente de sabotaje.
Se producen residuos radioactivos que son dificiles de almacenar y son activos durante mucho tiempo
Tiene un alto y prolongado costo de instalaciones y mantenimiento.
Puede usarse con fines no pacificos.
Exposición a la radioactividad que produce riego a padecer de cancer, mutaciones, u otras
Baja y media actividad. En este caso se trata de residuos con vida corta, poca radiactividad y emisores de radiaciones beta o gamma. Suelen ser materiales utilizados en las operaciones normales de las centrales, como guantes, trapos, plásticos, etc. En general se prensan y secan (si es necesario) para reducir su volumen, se hormigonan (fijan) para ser almacenados durante un periodo de 300 o de 500 años, según los países, en almacenamientos controlados.
Desechos Radioactivos
Baja y media actividad
Alta Actividad
se trata de las propias barras de combustible de los reactores de fisión ya utilizadas. Para ellos se han desarrollado diversas estrategias:
Almacenamiento temporal: en las piscinas de las propias centrales
Reprocesamiento: en este proceso se lleva a cabo una separación físico-química de los diferentes elementos, separando por una parte aquellos isótopos aprovechables en otras aplicaciones, civiles o militares.
Almacenamiento Geológico Profundo (AGP): se introducen en localizaciones similares a las minas, ya existentes (como en el caso de minas profundas), o construidas para tal fin. Suelen estar en matrices geológicas de las que se sabe que han sido estables durante millones de años. Las más comunes son calizas, graníticas o salinas.
La planta de Sellafield vierte unos 8 millones de litros de desechos radiactivos cada día en el Mar de Irlanda. Este mar presenta uno de los índices de contaminación radiactiva más altos del planeta. Los niveles de contaminación en el área alrededor de Sellafield son superiores a los de la zona de exclusión de Chernobyl. La leucemia infantil es unas diez veces más frecuente en la zona que en el resto del Reino Unido.
Energía Nuclear en Guatemala
El 13 de diciembre del 2007, La Asociación de Generadores de Energía Renovable (AGER) recibió una propuesta de Corea del Norte desde hace seis meses, sobre instalar una planta nuclear en el país, cuyo costo alcanza los $6 mil millones. Sin embargo, Jaime Arimany, entonces titular de la entidad, reveló que hubo mucha oposición porque el precio de la energía eléctrica para los hogares guatemaltecos llegaría a Q0.04 el kilovatio, y quienes han invertido en otras fuentes de energía renovable no verían la recuperación de sus inversiones. Según Arimany, planteó la posibilidad al Ministerio de Energía y Minas (MEM), pero la respuesta fue: “Guatemala tiene compromisos internacionales que le impiden aceptar la instalación”. El directivo de AGER considera que el desarrollo energético nuclear es inevitable.
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