Una central nuclear és una central tèrmica la font d'energia de la qual és l'energia nuclear.
El funcionament és similar al de qualsevol altra central tèrmica: a partir d'una font d'energia es genera energia tèrmica per accionar una turbina de vapor connectada a un generador elèctric.
Les centrals nuclears són instal·lacions clau en el món de l'energia i tenen un paper essencial en la producció d'electricitat. En aquest article, explicarem què són les centrals nuclears, el propòsit, el funcionament i els tipus més comuns de centrals nuclears.
Què és una central nuclear?
Una central nuclear, també coneguda com a planta d'energia nuclear, és una instal·lació dissenyada per generar electricitat a partir de l'energia alliberada durant el procés de fissió nuclear.
La fissió nuclear implica dividir nuclis atòmics pesants, com ara l'urani-235, en fragments més petits mitjançant la col·lisió amb neutrons. Aquest procés allibera una gran quantitat denergia en forma de calor, que després es converteix en electricitat.
Per què serveix una central nuclear?
El principal propòsit 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 centrals nuclears consten de múltiples components essencials, entre ells:
-
Reactor nuclear: On té lloc la fissió nuclear, incloent barres de combustible, moderador i refrigerant.
-
Generador de vapor: Amb canonades, vàlvules i una turbina per convertir la calor en vapor i electricitat.
-
Generador elèctric: Amb un generador i sovint un transformador per convertir l'energia mecànica en electricitat.
-
Sistema de control i seguretat: Monitoritza i regula la reacció nuclear i garanteix la seguretat de la instal·lació.
-
Emmagatzematge de residus radioactius: Incloent-hi piscines d'emmagatzematge temporal i plans per a la gestió a llarg termini de residus radioactius.
-
Estructures de contenció: Per garantir la seguretat i prevenir lalliberament de materials radioactius en cas daccident.
Com funciona una planta nuclear?
El funcionament d‟una central nuclear és un procés altament especialitzat que implica la conversió d‟energia nuclear en electricitat de manera eficient i controlada. Això s'aconsegueix mitjançant una sèrie de passos interconnectats que expliquem a continuació:
Fissió de l'àtom d'urani
El procés comença al nucli del reactor nuclear, on es troba el cor de la central. En aquest nucli, hi ha les barres de combustible, generalment compostes d'urani enriquit o plutoni.
Aquí és on té lloc la fissió nuclear, un procés en què els nuclis dels àtoms pesants es divideixen en fragments més petits en ser bombardejats amb neutrons. Aquesta fissió allibera una quantitat massiva de calor i més neutrons.
Generació de vapor
La calor generada per la fissió nuclear és el component clau per a la generació delectricitat. Aquesta calor es transfereix a un sistema de refrigeració, que generalment utilitza aigua, per evitar que el reactor se sobreescalfi. L'aigua es converteix en vapor degut a la calor intensa, i aquest vapor a alta pressió es dirigeix cap a un generador de vapor.
El generador de vapor és un component cabdal en el procés. A l'interior, el vapor d'aigua calenta passa per canonades i vàlvules que el porten a una turbina.
Turbines i generador elèctric
La turbina, connectada a un generador elèctric, aprofita l'energia cinètica del vapor en moviment i la converteix en energia mecànica. La turbina gira a alta velocitat, cosa que fa que el generador elèctric produeixi electricitat.
Condensació del vapor
El cicle no s'acaba aquí. El vapor esgotat, després de passar per la turbina, es refreda i es torna a condensar en aigua.
Aquest procés de condensació es completa en un sistema de refrigeració, i l'aigua resultant es torna al nucli del reactor per tornar a començar el cicle.
Repetició del cicle
Aquest cicle d´escalfament, generació de vapor, impulsió de la turbina i producció d´electricitat es repeteix constantment per mantenir un subministrament constant d´energia elèctrica.
A més, s'implementen sistemes de control i seguretat per monitoritzar i regular la reacció nuclear i garantir l'operació segura de la central.
Tipus de reactors nuclears
Hi ha diferents tipus de reactors nuclears, tots de fissió. L'ONU els classifica de la manera següent:
-
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.