miércoles, 2 de abril de 2014

Foro nuclear: Foro de la industria nuclear española.



El pasado curso, en la asignatura de trabajo monográfico nos pusimos en contacto con el foro nuclear. Les planteamos unas cuestiones y muy atentamente nos las contestaron por e-mail.
Antes de dejaros el correo que nos respondieron, os adjuntamos el libro 222 Cuestiones sobre la Energía realizado por el foro.

En España, un país con escasos recursos energéticos propios y con gran dependencia exterior, la energía nuclear es básica para garantizar la seguridad de suministro, reducir las emisiones contaminantes y minimizar la importación de materias primas energéticas. Y más aún teniendo en cuenta que la energía nuclear, por su gran disponibilidad, sigue siendo la tecnología que más contribuye al sistema eléctrico español, con una potencia instalada que es sólo la décima parte de otros tipos de energía.

La industria nuclear española, que llegó a participar en más de un 80% en la construcción de las diez unidades construidas en España, tiene ahora presencia en los mercados internacionales de Estados Unidos, China y Europa con contratos a largo plazo que cubren, en algunos casos, el 70% de la actividad empresarial de la próxima década. Los estudios reflejan que la industria española podría afrontar cerca del 80% de los programas de construcción de nuevas centrales, ofreciendo empleo de alto valor añadido y calidad en el caso de que hubiese un impulso nuclear en España. 

En 2012 los ocho reactores nucleares españoles han generado el 20,94% de la electricidad producida en España. Este porcentaje refleja que la nuclear ha sido, un año más, la máxima contribuyente a la producción total de energía eléctrica, seguida del carbón y la eólica. A la garantía de suministro seguro, fiable y constante se suma otra gran ventaja: el freno a las emisiones contaminantes. De esta forma, la producción del parque nuclear ha representado en 2012 el 42,24% de la electricidad libre de emisiones generada en el sistema eléctrico español. Junto al respeto por el medio ambiente, su gran contribución y regularidad, las nucleares españolas han vuelto a ser la fuente de electricidad que más horas han operado. Estos datos reflejan su excelente operación a lo largo del pasado año, con un funcionamiento medio de 7.798 horas a su potencia nominal, muy por encima de otras tecnologías, y una aportación superior a la quinta parte de la electricidad consumida. 

Estas cifras y buenos resultados refuerzan el buen comportamiento del parque nuclear español, que debe seguir siendo un pilar estratégico del sistema eléctrico del país. Una postura, por cierto, que mantienen muchos países de nuestro entorno y otros más lejanos al apostar por la energía nuclear para garantizar el abastecimiento eléctrico y alcanzar mayor independencia energética favoreciendo, a su vez, el impulso de tecnologías libres de carbono. 

1. Definición de radiactividad / radiación nuclear

Se define radiactividad como la propiedad que presentan algunos núcleos inestables, denominados radiactivos, de descomponerse espontáneamente en otros más estables, mediante la emisión de partículas (alfa, beta o neutrones) acompañadas generalmente de un fotón gamma. Las transformaciones que sufren los elementos radiactivos se conocen como desintegraciones radiactivas.

La radiactividad natural está compuesta por las radiaciones ionizantes procedentes de la radiación cósmica, de las sustancias radiactivas presentes en la corteza terrestre, del radón y de los isótopos radiactivos contenidos en el propio organismo.

La radiactividad artificial es debida a actividades humanas, como las exploraciones radiológicas con fines médicos, la televisión, los viajes en avión y las instalaciones nucleares.

Se define radiación como la energía electromagnética o las partículas materiales que, a partir de un foco emisor, se propagan en el espacio. Esta propagación, en ausencia de campos que influyan sobre la radiación, es rectilínea (en forma de "rayos", a lo cual alude el nombre).

2. Definición de radiación ionizante

Determinadas radiaciones son capaces de producir iones (partículas cargadas, por ejemplo, por arranque de electrones de sus átomos) a su paso por la materia, por lo que reciben el nombre genérico de radiaciones ionizantes: en unos casos la radiación está formada por partículas cargadas que poseen energía cinética suficiente para producir iones en su colisión con los átomos que encuentran a su paso (se las llama, por eso, radiaciones directamente ionizantes); en otros casos la radiación está formada por partículas no cargadas que pueden dar lugar en la materia a la liberación de partículas directamente ionizantes, por lo que reciben el nombre de radiaciones indirectamente ionizantes. Las principales radiaciones ionizantes son las radiaciones alfa, beta, gamma, los rayos X y los neutrones.

3. Distintos tipos de radiaciones

La radiación alfa es una emisión de partículas de carga positiva, idénticas a los núcleos de helio, es decir, formada por dos protones y dos neutrones. Dado que las partículas alfa tienen mucha masa, su poder de penetración en la materia es muy baja, siendo frenadas rápidamente con materiales de muy poco espesor (incluso una hoja de papel). Además, por estar cargadas positivamente, producen una elevada ionización, al liberar electrones orbitales los átomos con los que interaccionan. En su interacción con el cuerpo humano no son capaces de atravesar la piel, pero su efecto biológico y peligrosidad en los casos de contaminación interna es elevada.

La radiación beta está formada por electrones. Se produce cuando el radionucleido emite un electrón tras convertirse un neutrón en un protón. Dado que su masa es menor que la de las partículas alfa, su poder de penetración en la materia es mayor y su ionización menor. Las partículas beta son frenadas por láminas de aluminio de pequeño espesor. En el cuerpo humano sobrepasan la piel, pero no el tejido subcutáneo.

La radiación gamma consiste en fotones emitidos por los núcleos cuando liberan energía de excitación. Dado que no poseen masa, su poder de penetración en la materia es mucho mayor que las radiaciones anteriores. Sólo son frenadas con espesores de un metro de hormigón o unos centímetros de plomo dependiendo de su energía. Cuando los fotones se emiten como consecuencia de saltos de electrones entre las diversas órbitas de la corteza atómica reciben el nombre de rayos X. Los rayos X son menos energéticos que los rayos gamma.

Los neutrones son partículas procedentes de las reacciones de fisión espontánea o de reacciones nucleares con otras partículas. Aunque tienen mucha masa, pueden llegar a ser muy penetrantes, porque no tienen carga eléctrica, y su mayor cualidad es la producción de elementos radiactivos en su interacción con elementos estables.

4. Definición de reacción nuclear

Una reacción nuclear es un proceso en el que cambia la composición y/o la energía de un núcleo en reposo denominado “blanco” que ha sido bombardeado con una partícula nuclear o radiación gamma, obteniéndose otro núcleo y partículas nucleares y/o fotones. De forma general, los núcleos sufren transformaciones inducidas por la interacción de partículas nucleares de todo tipo (neutrones, protones, alfa, núcleos pesados, etc.) dando lugar a nuevos nucleidos, generalmente inestables, y por lo tanto radiactivos, y a la emisión de partículas nucleares.

5. Definición de fisión nuclear

La fisión nuclear es aquella reacción nuclear en la que núcleos de átomos pesados, al capturar un neutrón incidente, pueden dividirse en dos fragmentos formados por núcleos de átomos más ligeros con emisión de neutrones, rayos gamma y con un gran desprendimiento de energía. El núcleo “blanco” al capturar el neutrón se vuelve inestable, produciéndose su escisión, y dando lugar a una situación de mayor estabilidad con la producción de los fragmentos más ligeros llamados productos de fisión. En un proceso de fisión, como consecuencia de la reacción, se producen varios neutrones que a su vez inciden sobre otros núcleos fisionables generando así más neutrones que producirán sucesivos choques con otros núcleos. Este efecto multiplicador se conoce como reacción en cadena.

6. Definición de reactor nuclear

Un reactor nuclear es una instalación capaz de iniciar, mantener y controlar las reacciones de fisión en cadena que tienen lugar en el núcleo del reactor, compuesto por el combustible, el refrigerante, los elementos de control, los materiales estructurales y el moderador en el caso de los reactores nucleares térmicos.

Hay dos formas de diseñar un reactor nuclear: retardando los neutrones veloces o incrementando la proporción de átomos fisibles. Para la tarea de retardar los neutrones se emplea un moderador (agua ligera, agua pesada, grafito) y a los neutrones lentos resultantes se les denomina térmicos, de modo que los reactores basados en esta técnica se conocen como reactores térmicos, a diferencia de los que emplean neutrones veloces, denominados reactores rápidos.

7. Tipos de reactores nucleares

Las diversas combinaciones de combustible, moderador y refrigerante configuran los diversos tipos de reactores nucleares existentes. Éstos pueden clasificarse según varios criterios; los más comunes son los siguientes:

•Según la velocidad de los neutrones que producen las reacciones de fisión:  reactores rápidos y reactores térmicos.

•Según el combustible utilizado: reactores de uranio natural, en los que la 
proporción de U-235 en el combustible es la misma que se encuentra en la 
naturaleza (aproximadamente 0,7%); reactores de uranio enriquecido, en los que la proporción de U-235 se ha aumentado hasta alcanzar entre un 3% y un 5%.

•Según el moderador utilizado: los que utilizan agua ligera (el agua ligera es 
H2O), agua pesada (el agua pesada es D2O; se conoce como pesada ya que tiene un neutrón más que el agua ligera) o grafito.

•Según el material usado como refrigerante: los materiales más utilizados son el agua (ligera o pesada) o un gas (anhídrido carbónico y helio), que a veces actúan simultáneamente como refrigerante y moderador.

8. Reactor nuclear de agua ligera

En un reactor de agua ligera el combustible empleado es dióxido de uranio (UO2) enriquecido que va envainado en tubos de aleaciones de zirconio formando los elementos combustibles. En este tipo de reactor el agua ligera actúa tanto de refrigerante como de moderador. El control del reactor se lleva a cabo por medio de las barras de control y por ácido bórico disuelto en el refrigerante. Tanto las barras de control como el boro son buenos absorbentes de neutrones y tienden a hacer menos reactivo el núcleo, de forma que ajustando la concentración de boro y la longitud de las barras de control que se insertan en el núcleo puede variarse el nivel de potencia del reactor e incluso pararlo. Los tipos más importantes de reactores de agua ligera son 
los reactores de agua a presión y los reactores de agua en ebullición.

9. Reactor de agua pesada

En un reactor de agua pesada se emplea habitualmente como combustible uranio natural, en forma de óxido, introducido en tubos de aleaciones de zirconio aleado. Su principal característica es el uso de agua pesada como moderador y refrigerante.

10.El combustible nuclear

Se conoce como ciclo del combustible nuclear al conjunto de operaciones necesarias 

para la fabricación del combustible destinado a las centrales nucleares, así como al tratamiento del combustible gastado producido por la operación de las mismas. El ciclo abarca, por consiguiente, el proceso de la salida del mineral de la mina para lafabricación del combustible y su devolución en forma transformada, ya utilizado, a un almacén temporal o definitivo.

Tanto en las centrales de agua ligera como en las de agua pesada se utiliza el uraniocomo combustible. 

El uranio es un elemento químico metálico de color gris descubierto en 1789 por el físico alemán M. H. Klaproth, llamándolo así en honor del planeta Urano, que acababa de ser localizado ocho años antes. Su símbolo químico es U y su número atómico es el 92. Tiene el mayor peso atómico de entre todos los elementos que se encuentran en la naturaleza y es, aproximadamente, un 70% más denso que el plomo. El uranio en estado natural es una mezcla de tres isótopos: U-234 (0,02%, nivel de trazas), U-235 (0,7%) y U-238 (99,28%) y es levemente radiactivo, por lo que facilita su minería, transformación y fabricación como combustible nuclear. El uranio se localiza principalmente en la corteza terrestre, es 500 veces más abundante que el oro y no tiene otro uso más que como combustible nuclear.

Como alternativa al uranio también podría utilizarse el torio. El torio se llamó así en honor a Thor, el dios nórdico del relámpago y la tormenta. Fue aislado por primera vez en 1828 por Jöns Jakob Berzelius. En la última década del siglo XIX los investigadores Pierre Curie y Marie Curie descubrieron que el torio emitía radiactividad.

El torio es un elemento químico, de símbolo Th y número atómico 90. Se encuentra en estado natural en los minerales monazita, torita y torianita. En estado puro es un metal blando de color blanco-plata que se oxida lentamente, convirtiéndose en gris y finalmente en negro. Durante los últimos 40 años ha habido un interés en la utilización del torio como combustible nuclear, ya que es más abundante en la corteza terrestre que el uranio. Además, todo el torio extraído es potencialmente utilizable en un reactor, en comparación con el 0,7% del uranio natural en los reactores existentes actualmente, por lo que puede estar disponible al menos 40 veces la cantidad de energía por unidad de masa (sin recurrir a los reactores de neutrones rápidos). La tecnología para utilizar el torio como combustible nuclear está en desarrollo.

11.Seguridad de las centrales nucleares

Los niveles de seguridad en el diseño de una central nuclear están basados en el llamado principio de defensa en profundidad, según el cual se establecen niveles sucesivos de protección, disponiéndose en cada uno de ellos de mecanismos adecuados para corregir los potenciales fallos que pudieran producirse en un nivel anterior. En todo momento, debe protegerse la integridad de las barreras físicas frente al escape de los productos radiactivos mediante un sistema de cinco niveles de seguridad:

• Criterios de diseño y construcción sólidos que garanticen la estabilidad y seguridad intrínseca del reactor. Existencia de mecanismos capaces de llevar el reactor a parada segura ante cualquier desviación con respecto a las condiciones normales de funcionamiento.

• Incorporación de sistemas de seguridad capaces de hacer frente a incidentes y accidentes, evitando que se produzcan daños al núcleo y la liberación de material radiactivo al medio ambiente.

• Elementos complementarios capaces de mitigar las consecuencias de sucesos de muy baja probabilidad que pudieran exceder las bases de diseño (accidentes severos o accidentes con daño al núcleo).

• Planes de emergencia que incluyan la aplicación de medidas de protección a
la población, en el caso de que una situación accidental pueda llegar a liberar 
cantidades significativas de productos radiactivos al exterior.

La seguridad nuclear tiene como principal objetivo la defensa de las personas y el medio ambiente frente a los efectos de las radiaciones ionizantes. La protección necesaria para conseguir este objetivo se basa en medidas técnicas y administrativas.

Las bases técnicas se orientan al mantenimiento de las barreras físicas, en cualquier situación normal o de emergencia, frente al riesgo de escape de sustancias radiactivas del combustible, evitando los daños que éstas puedan causar. Las barreras físicas están constituidas por el combustible, las varillas que contienen el combustible, el circuito primario de refrigeración y el recinto de contención donde se encuentra el reactor.

Las bases administrativas se fundamentan en la normativa y la legislación oficial de seguridad, en la formación adecuada de los trabajadores de la central nuclear, y en la llamada cultura de seguridad, mediante la revisión de experiencias de operación, la inspección en servicio y las revisiones periódicas de la instalación y su programa de mejora continua de la calidad.

12.Definición de protección radiológica

Se define protección radiológica como el conjunto de medidas y actividades 
necesarias para limitar los efectos perjudiciales de las radiaciones ionizantes en las personas y los daños en el medio ambiente por efectos físico-químicos inducidos por la radiación. Es por tanto una disciplina científico-técnica que tiene como finalidad la protección de las personas y del medio ambiente frente a los riesgos derivados de la utilización de fuentes radiactivas, tanto naturales como artificiales, en actividades médicas, industriales, de investigación o agrícolas. Los tres principios básicos de la protección radiológica son:

• justificación, cualquier exposición a las radiaciones ionizantes debe estar 
justificada, de modo que los beneficios de dichas radiaciones sean mayores que sus riesgos

• optimización, es decir, la exposición a la radiación debe ser tan baja como sea razonablemente posible

• limitación de dosis: la dosis recibida no debe superar los límites recomendados por la Comisión Internacional de Protección Radiológica.

En España, el organismo encargado de velar por la seguridad nuclear y la protección radiológica de las personas y el medio ambiente, es el Consejo de Seguridad Nuclear. Sus funciones son las de inspección, auditoría y control de las instalaciones, en todas y cada una de las etapas de la vida de las mismas. Realiza un seguimiento continuado del correcto funcionamiento de todas las instalaciones nucleares que están en operación en el país.

13.Renovación de la autorización de explotación de una central nuclear

La legislación española no fija un tiempo máximo de funcionamiento de las centrales nucleares, ni establece ningún concepto que limite la duración de las mismas, más allá del requisito genérico de que deben mantener las condiciones técnicas de seguridad y disponer de las autorizaciones de explotación correspondientes.

La autorización administrativa necesaria para la operación de las centrales es la autorización de explotación, que es concedida y renovada por el Ministerio de Industria, Energía y Turismo. No existe ningún requisito legal o reglamentario que fije el período para el que tiene que concederse, si bien figura en cada una de las autorizaciones vigentes. En España, la renovación de las autorizaciones se produce generalmente cada 10 años, realizando previamente el Consejo de Seguridad Nuclear una revisión de la instalación en profundidad, en la que se analiza el estado de la central desde el punto de vista de la seguridad y los procedimientos de operación de la central desde que se le renovó la autorización de explotación vigente y las condiciones que permiten asegurar que se mantienen los niveles de seguridad adecuados durante el siguiente periodo de operación.

La autorización de un período no prejuzga la concesión del siguiente, ni establece un número máximo de renovaciones, por lo cual siempre que una instalación supere con éxito el proceso de revisión de la seguridad realizado por el Consejo de Seguridad Nuclear, y éste emita el correspondiente informe preceptivo y vinculante, podrá funcionar por un nuevo período de diez años.

14.Otras aplicaciones de la tecnología nuclear

Además de para la producción de electricidad, la tecnología nuclear abarca otros muchos ámbitos de aplicación a veces desconocidos: industria, hidrología, agricultura y alimentación, medicina, arte, aplicaciones científicas, exploración espacial y cosmología.

Las diversas aplicaciones de la energía nuclear son fundamentales en la vida cotidiana. Además, en el futuro, serán más importantes gracias a las investigaciones que aumentan sus posibilidades de aplicación y justifican su utilización. Existen muchas y diversas aplicaciones de la tecnología nuclear entre las que destacan:

• El desarrollo, automatización, mejora y control de calidad de procesos 
industriales.

• Desalación de agua de mar.

• En agricultura y alimentación, la protección de alimentos contra plagas y la 

extensión de su período de conservación.

• El diagnóstico de enfermedades mediante técnicas de obtención de imágenes 

y tratamiento contra enfermedades, entre ellas, el cáncer.

• Conservación, datación y autentificación de obras de arte.

• Exploración espacial.


En el caso concreto del arte, los contaminantes atmosféricos han agravado el problema de la conservación del patrimonio de bienes culturales (estatuas, libros, documentos, objetos de arte, etc.). Una solución puesta en práctica en algunos países es la restauración de piezas deteriorados mediante el empleo de técnicas nucleares. El problema que presenta una obra artística en deterioro es doble. Por un lado, la progresiva pérdida de fijación que sufre la obra al estar expuesta al medio ambiente (humedad, compuestos químicos contaminantes, etc.) y, por otro, la contaminación con insectos xilófagos (se alimentan de madera), con hongos, etc. Mediante la impregnación con un monómero (molécula pequeña) y su posterior irradiación gamma, es posible producir la consolidación de la pieza por polimerización (agrupación química 
de compuestos), a la vez que se eliminan los insectos contaminantes de la obra por esterilización.

También para la datación de obras de arte, de igual manera que para la determinación de la edad en formaciones geológicas y arqueológicas, se utiliza la técnica del carbono-14, que consiste en determinar la cantidad de dicho isótopo contenida en un cuerpo orgánico. La radiactividad existente, debida a la presencia de carbono-14, disminuye a la mitad cada 5.730 años, por lo que, al medir con precisión su actividad y su cantidad, se puede deducir la edad de la muestra.

Mediante análisis no destructivos puede obtenerse información sobre “huellas 
digitales” de las obras, esto es, elementos microconstituyentes de la materia prima que varían según el autor y las épocas, con lo que se puede determinar la autenticidad de las obras de arte.


Madrid, febrero de 2013

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