Una central nuclear és una instal·lació de generació elèctrica que utilitza l'energia alliberada per reaccions nuclears per produir electricitat. En essència, és un tipus de central tèrmica que utilitza la fissió nuclear com a font de calor, en lloc de combustibles fòssils com el carbó o el gas.
El funcionament bàsic duna central nuclear comparteix principis amb altres centrals tèrmiques: es genera calor a partir duna font denergia, que sutilitza per produir vapor i accionar una turbina connectada a un generador elèctric.
Què és una central nuclear?
Una central nuclear, també coneguda com a planta d'energia nuclear, és un tipus de central tèrmica la font d'energia de la qual prové de les reaccions nuclears, específicament del procés de fissió nuclear.
Aquestes instal·lacions estan dissenyades per produir grans quantitats d'electricitat de manera constant, aprofitant l'enorme quantitat d'energia continguda al nucli dels àtoms.
Tot i que el seu funcionament és similar al d'altres centrals tèrmiques —on una font de calor es fa servir per generar vapor i accionar una turbina connectada a un generador elèctric—, les centrals nuclears es distingeixen per l'ús de materials radioactius com l'urani-235 o el plutoni-239 com a combustible.
¿ Per què serveix una central nuclear?
El propòsit principal d'una central nuclear és produir electricitat de manera eficient i contínua. A través del procés de fissió nuclear, aquestes instal·lacions generen calor que es fa servir per produir vapor, que després impulsa turbines connectades a generadors elèctrics per generar electricitat.
Altres propòsits de les plantes nuclears és la reducció d'emissions de gasos amb efecte d'hivernacle. Les centrals nuclears emeten molt baixes quantitats de diòxid de carboni (CO 2 ) durant la generació delectricitat en comparació amb les plantes denergia que cremen combustibles fòssils com el carbó i el gas natural.
A més de la generació delectricitat, algunes centrals nuclears sutilitzen per a la investigació científica i mèdica. Per exemple, produeixen isòtops radioactius utilitzats en medicina per a diagnòstic i tractament de malalties, així com per a investigacions en física nuclear.
Parts d'una central nuclear
Les plantes nuclears es poden dividir en diferents components. Els elements més importants d'una central atòmica són els següents:
Reactor nuclear
El reactor és el component central de la planta, on passa la reacció de fissió. Les parts principals són:
- Combustible nuclear : Generalment urani enriquit en forma de barres de combustible.
- Moderador : Substància que redueix la velocitat dels neutrons per mantenir la reacció en cadena. Sol ser aigua lleugera, aigua pesada o grafit.
- Barres de control : Mecanismes que absorbeixen neutrons per regular o aturar la reacció nuclear.
- Refrigerant : Fluid que extreu la calor generada al reactor.
Generador de vapor
Als reactors d'aigua a pressió (PWR), aquest component transfereix la calor del refrigerant primari al circuit secundari, on es genera vapor per moure les turbines.
Turbina i generador
Aquests són els elements que converteixen lenergia mecànica en elèctrica.
-
Turbina : Converteix l'energia tèrmica del vapor en energia mecànica.
-
Generador : Transforma l'energia mecànica en electricitat utilitzable.
Condensador
El condensador refreda el vapor usat a les turbines, convertint-lo novament en aigua per a la seva recirculació.
Sistema de refrigeració
Aquest sistema assegura l'eliminació de la calor residual del reactor i el condensador utilitzant torres de refrigeració o cossos d'aigua naturals.
Sistemes de seguretat
-
Contenció : Estructura que amaga el reactor per evitar l'alliberament de material radioactiu a l'ambient.
-
Sistema de parada ràpida : Permet inserir les barres de control ràpidament per aturar la reacció.
-
Sistemes redundants : Dissenyats per garantir el funcionament segur en cas de fallades.
Funcionament bàsic
El funcionament d'una central nuclear es pot dividir en diverses etapes, totes dissenyades per convertir l'energia alliberada per la fisó nuclear en electricitat de manera eficient i controlada:
1. Reacció nuclear al reactor
El reactor és com el cor de la central. En aquesta part és on es realitza el procés més important: el combustible nuclear , com l'urani, pateix un procés anomenat fisó nuclear . Bàsicament, dividim àtoms grans en trossos més petits. I què passa quan trenquem aquests àtoms? D'acord amb allò que va establir Einstein, alliberen una gran quantitat de calor.
2. Transferència de calor
La calor generada al reactor es transfereix a un fluid refrigerant (comunament aigua) que circula per l'interior del reactor. Aquest fluid s'escalfa fins a assolir temperatures extremadament altes.
3. Generació de vapor
El fluid escalfat es fa servir per produir vapor en un generador de vapor (als reactors d'aigua a pressió) o directament al reactor (als reactors d'aigua en ebullició). El vapor generat té alta energia cinètica i és conduït cap a les turbines. .
4. Moviment de turbines
El vapor a alta pressió mou les aspes duna turbina, convertint lenergia tèrmica del vapor en energia mecànica.
5. Generació elèctrica
La turbina és acoblada a un generador elèctric, que transforma l'energia mecànica en electricitat mitjançant el principi d'inducció electromagnètica.
6. Condensació i recirculació
Després de passar per les turbines, el vapor es refreda i es condensa en aigua mitjançant un condensador. L'aigua es torna al cicle per ser novament escalfada, tancant el circuit.
Tipus de centrals nuclears
Les plantes nuclears es classifiquen segons el tipus de reactor que utilitzen.
Hi ha diferents tipus de reactors nuclears, a les centrals destinades a la producció elèctrica, tots ells són de fissió.
- El reactor daigua a pressió (PWR i VVER). Utilitzen aigua a alta pressió per produir vapor als generadors de vapor. Tenen tres circuits.
- El reactor d'aigua en ebullició (BWR): El segon més comú al món. L'aigua bull, generant vapor directament al nucli del reactor. Només tenen dos circuits.
- El reactor d'aigua pesada a pressió (PHWR): Utilitza aigua pesada a alta pressió com a moderador de neutrons i com a refrigerant.
- El reactor refrigerat per gas (GCR: AGR i Magnox): Usen grafit com a moderador dels neutrons i diòxid de carboni en estat gasós com a refrigerant.
- El reactor moderat per grafit i refrigerat per aigua lleugera (LGR i RBMK): models dorigen rus. L'aigua lleugera és aigua normal.
- El reactor ràpid (LBR, o LMFBR): No desaccelera els neutrons de la reacció en cadena i refrigera amb sodi líquid. Estan en fase de prototip i de recerca.
- Reactors de sal fosa: Són una tecnologia en desenvolupament que utilitza una barreja de sal fosa com a refrigerant i combustible.