Central nuclear de Fukushima I

Central nuclear de Fukushima al 2007

La central nuclear de Fukushima 1 és una enorme central nuclear de sis reactor nuclear d'aigua bullent (BWR), situada a la ciutat costanera d'Ōkuma.

La central nuclear de Fukushima 1, amb els seus sis reactors, és una de les vint-i-cinc majors del món. A més està situada a dotze quilòmetres només d'una altra gran central, la central nuclear de Fukushima II, amb quatre reactors. La central Fukushima I va ser construïda a la dècada del 1970 i els seus reactors estaven dissenyats per a una explotació de com a molt quaranta anys de vida, tot i que el febrer de 2011, estant les inversions completament amortides, el govern va autoritzar el seu funcionament durant deu anys més.

Vista aèria de Fukushima

Els sis reactors són tots de tipus BWR, un dels dos tipus més habituals al món i el mateix que hi ha, per exemple, a l'únic reactor de la central nuclear de Cofrents. Foren construïts entre 1970 i 1979 per diferents empreses i les seves potències són les usuals a les centrals tèrmiques.

Funcionament bàsic d'una central nuclear

En una central nuclear, l'energia s'extreu del nucli d'àtoms per mitjà de la seva fissió, ja que en trencar-se, desprenen l'energia d'enllaç a l'interior de l'àtom que unia les partícules separades. 

La fissió nuclear és provocada de manera artificial i controlada. En aquesta, a un àtom d'un element químic de grans dimensions se li dispara un neutró, una petita partícula a una certa velocitat, que trenca l'àtom (trencant el seu nucli, format per neutrons i protons enllaçats entre ells per enllaços molt energètics) en una reacció nuclear exotèrmica, a la qual es desprèn energia en forma de calor.

Per a que el balanç energètic surti a favor, és a dir, per a obtenir energia en comptes de gastar-la, cal que les reaccions nuclears siguin reaccions en cadena. Així, encara que es necessiti molta energia per a posar en marxa la reacció, després no se'n necessita tanta per a mantenir-la, i arriba un moment en el qual l'obtinguda és superior a la utilitzada. Per aconseguir això cal que l'element químic gran (en diem pesant, amb una elevada massa atòmica) sigui, a més, radioactiu. L'element que es sol utilitzar és un isòtop poc freqüent de l'urani.

http://www.inza.com/ainoa/nuclear2.swf

Central nuclear de Txernòbil

La central nuclear de Txernòbil és una central nuclear actualment aturada, situada a Ucraïna a la ciutat de Prýpiat, a 18 km al nord-oest de Txernòbil. 

Era una moderna central que s'havia començat a construir el 1971 i que encara tenia part dels seus reactors per acabar. Els quatre reactors acabats havien començat a donar electricitat a la xarxa a partir del 1977. Tant ells com els dos en fase construcció eren reactors nuclears de gran potència a tubs de força de tecnologia soviètica.

La Unió Soviètica disposava al 1985 de 46 reactors nuclears en funcionament, una quinzena dels quals eren del tipus RBMK 1000, de gran potència a tubs de força i amb una potència elèctrica de disseny de megavatse cadascun. En aquesta època, la part nuclear de l'URSS representava aproximadament el 10% de l'electricitat produïda, i la central de Txernòbil subministrava el 10% de l'electricitat d'Ucraïna.

La central disposava de sis reactors nuclears de tipus RBMK per produir electricitat a partir de l'energia nuclear.

El reactor nuclear contenia 1.600 tubs metàl·lics de pressió que allotjaven 190 tones de diòxid d'urani en forma de barres cilíndriques de combustible. Per aquests tubs circulava aigua que, en escalfar-se, proporcionava vapor a la turbina, que transformava la calor del refrigerant (aigua) en energia mecànica que, posteriorment, era transformada en energia elèctrica. El nucli del reactor, on es troba el combustible al qual es realitzen les reaccions nuclears en cadena, estava protegit per un tambor de grafit de 1.700 tones. Al nucli també hi havia cent-vuitanta barres de control, d'acer borat, situades entre les barres de combustible.

Reactors nuclears

Reactor nuclear

Un reactor nuclear és una instal·lació capaç d'iniciar, mantenir i controlar les reaccions de fissió en cadena, amb els mitjans adequats per extreure la calor generada.

Un reactor nuclear consta de diversos elements, que tenen cadascun un paper important en la generació de la calor. Aquests elements són:

• El combustible, format per un material fisionable, generalment un compost d'urani, en el qual tenen lloc les reaccions de fissió, i per tant, és la font de generació de la calor.
• El moderador, que fa disminuir la velocitat dels neutrons ràpids, portant-los a neutrons lents o tèrmics. Aquest element no existeix en els reactors anomenats ràpids. S'empren com a materials moderadors l'aigua, el grafit i l'aigua pesada.
• El refrigerant, que extreu la calor generada pel combustible del reactor. Generalment s'usen refrigerants líquids, com l'aigua lleugera i l'aigua pesada, o gasos com l'anhídrid carbònic i l'heli.
• El reflector, que permet reduir l'escapament de neutrons de la zona del combustible, i per tant disposar de més neutrons per a la reacció en cadena. Els materials usats com reflectors són l'aigua, el grafit i l'aigua pesada.
• Els elements de control, que actuen com a absorbents de neutrons, permeten controlar en tot moment la població de neutrons, i per tant, la reactivitat del reactor, fent que sigui crític durant el seu funcionament, i subcrític durant les parades. Els elements de control tenen formes de barres, encara que també poden trobar-se diluït en el refrigerant.
• El blindatge, que evita la fuita de radiació gamma i de neutrons del reactor. Els materials usats com blindatge són el formigó, l'aigua i el plom.

Tipus de reactors

Els reactors nuclears es classifiquen, d'acord amb la velocitat dels neutrons que produeixen les reaccions de fissió, en: reactors ràpids i reactors tèrmics.

Al seu torn, els reactors tèrmics es classifiquen, d'acord amb el tipus de moderadore empleat, a: reactors d'aigua lleugera, reactors d'aigua pesada i reactors de grafit. Amb cada un d'aquests reactors està associat generalment el tipus de combustible usat, així com el refrigerant emprat

Els reactors més empleats en les centrals nucleoelèctrica són:

• Reactor d'aigua a pressió (PWR), que empra aigua lleugera com a moderador i refrigerant, òxid d'urani enriquit com a combustible. El refrigerant circula a una pressió tal que l'aigua no arriba a la ebullició, i extreu la calor del reactor, que després porta a un intercanviador de calor, on es genera el vapor que alimenta la turbina.
• Reactor d'aigua en ebullició (BWR), que empra elements similars a l'anterior, però ara el refrigerant, en treballar a menor pressió, arriba a la temperatura d'ebullició al passar pel nucli del reactor, i part del líquid es transforma en vapor, el qual una vegada separat d'aquell i reduït el seu contingut d'humitat, es condueix cap a la turbina sense necessitat d'utilitzar el generador de vapor.
• Reactor d'aigua pesada (HWR), que empra aigua pesada com a moderador. Existeixen versions en què el refrigerant és aigua pesada a pressió, o aigua pesada en ebullició. Pot emprar urani natural o ligeramnte enriquit com a combustible.
• Reactor de grafit-gas. Aquest tipus de reactors usen grafit com a moderador i CO2 com a refrigerant. Mentre que els primers reactors d'aquest tipus van emprar urani natural en forma metàl.lica, els actuals anomenats avançats de gas (AGR) utilitzen òxid d'urani enriquit, i els anomenats reactors d'alta temperatura (HTGR), usen heli com a refrigerant.
• Reactor d'aigua en ebullició (RBMK), moderat per grafit, desenvolupat a la Unió Soviètica, que consisteix en un reactor moderat per grafit, amb urani enriquit, i refrigerat per aigua en ebullició. Aquest tipus de reactors no s'han emprat a Europa occidental.

Reactor Ràpid

En aquest tipus de reactors no existeix l'element moderador per als neutrons i per tant el flux de neutrons cau a la zona dels neutrons ràpids. En aquests reactors el combustible de la zona central, format per un òxid d'urani o d'urani i plutoni, s'envolta d'una zona d'òxid d'urani molt empobrit, amb un contingut d'O-235 menor o igual al de l'urani natural.

Amb aquesta disposició, i si es fa servir un refrigerant que no produeixi la moderació de neutrons (normalment es fa servir sodi), es pot aconseguir que a la capa d'O-238 que envolta el combustible es generi més plutoni que el que es consumeix. D'aquesta manera, al mateix temps que s'està generant energia tèrmica, s'està produint combustible en forma de Pu-239, que pot usar-se en qualsevol tipus de reactor, tant ràpid com tèrmic.

A aquest tipus de reactors també se'ls coneix per reactors reproductors, i la seva importància és enorme, ja que permeten obtenir un millor aprofitament dels recursos existents d'urani.

En aquest moment hi ha molt pocs països que tinguin centrals nucleoelèctrica amb aquest tipus de reactors.

En primer lloc, França amb el Superphenix de 1200 MW funcionant en Crys-Malville, és la central existent.

El segueix l'antiga Unió Soviètica amb un projecte de diverses centrals amb reactors de 600 MW, i finalment Japó amb una central de 300 MW.

Les centrals nuclears de Vandellòs

Vandellòs I es va començar a construir el 1967 i va ser inaugurada el 1972. El 19 d’octubre de 1989 es va declarar un incendi a la zona de turbines que va ser qualificat com de nivell 3 a l’escala INES. Malgrat no provocar emissions de radioactivitat, l’elevat cost que suposava corregir les deficiències detectades van fer que l’empresa (gestionada per Endesa i Iberdrola) decidís tancar-la.

Vandellòs II

Vandellòs II es va començar el 1981 i es va posar en servei el 1988 amb una potència elèctrica de 1087MW. Aquest grup és del tipus PWR, és a dir, fa servir l’aigua com a refrigerant. L’any 2007 els problemes de corrosió detectats al sistema de refrigeració van ser classificats com de nivell 2 a l’escala INES i l’empresa va ser sancionada amb 1’6 milions d’euros. Es va iniciar aleshores les obres d’un sistema alternatiu de refrigeració. L’any 2008 es va produir un incendi a l’edifici de turbines que va produir la parada del reactor. Malgrat tot, no va haver-hi cap conseqüència radioactiva. Vandellòs II està gestionada per Endesa (72%) i Iberdrola (28%). La llicència d’aquesta central expira l’any 2027.