Reactores nuclear

Introducción
Para que la Fisión Nuclear sea posible, es necesario disponer de algún dispositivo para poder contener la reacción de fisión.
Esta reacción genera una gran cantidad de energía, la cual debe ser canalizada de buena manera para poder ser posteriormente utilizada en el caso de un reactor nuclear de potencia (generación de energía eléctrica). El Reactor Nuclear es un sistema que utiliza la fisión nuclear en cadena del uranio-235 de manera regulada y auto sostenida para obtener un flujo neutrónico utilizable en estudios de caracterización de materiales (neutrografía, geocronología, entre otros).
Explicaremos de manera sucesiva y concreta: un poco de la historia, los componentes como el combustible, moderador y el refrigerante, los tipos de los reactores nucleares, el sistema de control que tiene, y las grandes consecuencia de los dichosos reactores nucleares.

Historia del reactor nuclear.
En 1942, en una cancha de squash situada bajo las gradas del ala oeste del campo de fútbol americano de la Universidad de Chicago, por aquel entonces abandonado, el físico Enrico Fermi dirigió la construcción del primer reactor nuclear fabricado por el hombre. Este reactor experimental formaba parte de las investigaciones secretas del ProyectoManhattan, y el 2 de diciembre consiguió una reacción nuclear en cadena automantenida. Pero no fue esa la primera reacción nuclear au­to­man­te­ni­da de la historia de la Tierra. La naturaleza se adelantó al ser humano en unos 1800 millones de años.
En esa época remota, cuando sólo vivían en la Tierra organismos unicelulares, una veta de uranio situada en la región de Oklo, en el este de Gabón, se inun­dó; el agua, al frenar los neutrones rapidos ge­ne­ra­dos en la desintegración espontanea de los ato­mos de uranio, permitió que aquéllos chocaran mas eficazmente con otros atomos, y provocó una fisión nuclear en cadena. Con el calor de la re­acción nuclear, el agua se evaporaba, lo que fre­na­ba la reacción. Al bajar la temperatura, afluía mas agua, y la reacción se intensificaba de nuevo. Ese proceso de calentamiento y enfriamiento era cí­clico, con un periodo de actividad de unos trein­ta minutos, seguido de unas dos horas y me­dia de inactividad; esta regulación espontanea fue tan eficaz que, a lo largo de los cientos de miles de años que los reactores de Oklo estuvieron activos, jamas se produjo una explosión nuclear.
Los primeros reactores nucleares a gran escala se construyeron en 1944 en Hanford, en el estado de Washington (EEUU), para la producción de material para armas nucleares. El combustible era uranio natural; el moderador, grafito. Estas plantas producían plutonio mediante la absorción de neutrones por parte del uranio el calor generado no se aprovechaba.
En unprincipio se tenían dudas razonables acerca de si la energía contenía en el núcleo del atomo se podría utilizar. El primer hombre capaz de dividir el atomo fue Rutherford y después de su muerte (1937), Otto Hahndescubrió la fisión nuclear del Uranio.
En un principio Rutherford utilizaba mas energía dividiendo los atomos que la que conseguía pero Hahn descubrió que el núcleo de ciertos atomos de Uranio pueden dividirse en dos mitades casi iguales liberando energía y neutrones capaces de dividir otros atomos de Uranio.
Las posibilidades de esta energía eran muchas, sobre todo ya que la guerra había estallado. Los científicos refugiados en Gran Bretaña y Estados Unidos intentaron advertir del peligro de la bomba atómica en manos de Hitler y empezaron a investigar.
En diciembre de 1942, en la Universidad de Chicago (EEUU), el físico italiano Enrico Fermi logró producir la primera reacción nuclear en cadena. Para ello empleó un conjunto de bloques de uranio natural distribuidos dentro de una gran masa de grafito puro (una forma de carbono). En la o reactor nuclear de Fermi, el moderador de grafito frenaba los neutrones y hacía posible la reacción en cadena.
Retiraron las varillas de control de cadmio de la pila formada por bloques de grafito y de combustible de uranio. Los contadores Geiger comenzaron a sonar mientras crecía la radiación, enviaron este telegrama el navegante italiano ha encontrado el nuevo mundo de Fermi fue el primer reactor nuclear; habían descubierto laenergía atómica.
Reactor nuclear.
Es una instalación física donde se produce, mantiene y controla una reacción nuclear en cadena. Por lo tanto, en un reactor nuclear se utiliza un combustible adecuado que permita asegurar la normal producción de energía generada por las sucesivas fisiones. Algunos reactores pueden disipar el calor obtenido de las fisiones, otros sin embargo utilizan el calor para producir energía eléctrica.
Elementos de un reactor:
1. Nucleo
5. Vasija
9. Condensador
2. Barras de control
6. Turbina
10. Agua de refrigeración
3. Generador de vapor
7. Alternador
11. Contención de hormigón
4. Presionador
8. Bomba


Un reactor de Fisión Nuclear debe constar de tres componentes fundamentales para que este sea un reactor, en la ausencia de cualquiera de estos componentes no se puede tener un reactor. Estas componentes son:
1.-Combustible 
2.- Moderador 
3.- Refrigerante
El Combustible:
Material fisionable utilizado en cantidades específicas y dispuesto en forma tal, que permite extraer con rapidez y facilidad la energía generada. El combustible en un reactor se encuentra en forma sólida, siendo el mas utilizado el Uranio bajo su forma isotópica de U-235. Sin embargo, hay elementos igualmente fisionables, como por ejemplo el Plutonio que es un subproducto de la fisión del Uranio.
En la naturaleza existe poca cantidad de Uranio fisionable, es alrededor del 0,7%, por lo que en la mayoría de los reactores se emplea combustible “enriquecido”, es decir,combustible donde se aumenta la cantidad de Uranio 235.
Barras de Combustible:
Son el lugar físico donde se confina el Combustible Nuclear. Algunas Barras de Combustible contienen el Uranio mezclado en Aluminio bajo la forma de laminas planas separadas por una cierta distancia que permite la circulación de fluido para disipar el calor generado. Las laminas se ubican en una especie de caja que les sirve de soporte.
Núcleo del Reactor:
Esta constituido por las Barras de Combustible. El núcleo posee una forma geométrica que le es característica, refrigerado por un fluido, generalmente agua. En algunos reactores el núcleo se ubica en el interior de una piscina con agua, a unos 10 a 12 metros de profundidad, o bien al interior de una vasija de presión construida en acero.
Barras de Control:
Todo reactor posee un sistema que permite iniciar o detener las fisiones nucleares en cadena. Este sistema lo constituyen las Barras de Control, capaces de capturar los neutrones que se encuentran en el medio circundante. La captura neutrónica evita que se produzcan nuevas fisiones de núcleos atómicos del Uranio. Generalmente, las Barras de Control se fabrican de Cadmio o Boro.
Moderador:
Los neutrones obtenidos de la fisión nuclear emergen con velocidades muy altas (neutrones rapidos). Para asegurar continuidad de la reacción en cadena, es decir, procurar que los “nuevos neutrones” sigan colisionando con los núcleos atómicos del combustible, es necesario disminuir la velocidad de estaspartículas (neutrones lentos). Se disminuye la energía cinética de los neutrones rapidos mediante choques con atomos de otro material adecuado, llamado Moderador.
Se utiliza como Moderador el agua natural (agua ligera), el agua pesada (deuterada), el Carbono (grafito), etc.
Refrigerante:
El calor generado por las fisiones se debe extraer del núcleo del reactor. Para lograr este proceso se utilizan fluidos en los cuales se sumerge el núcleo. El fluido no debe ser corrosivo, debe poseer gran poder de absorción calorífico y tener pocas impurezas. Se puede utilizar de refrigerante el agua ligera, el agua pesada, el anhídrido carbónico, etc..
Blindaje:
En un reactor se produce gran cantidad de todo tipo de radiaciones, las cuales se distribuyen en todas direcciones. Para evitar que los operarios del reactor y el medio externo sean sometidos indebidamente a tales radiaciones, se utiliza un adecuado “Blindaje Biológico” que rodea al reactor. Los materiales mas usados en la construcción de blindajes para un reactor son el agua, el plomo y el hormigón de alta densidad, con a los menos 1,5 metros de espesor.
Tipos de Reactores Nucleares.
Existen dos tipos de reactores:
Los Reactores de Investigación.
Utilizan los neutrones generados en la fisión para producir radioisótopos o bien para realizar diversos estudios en materiales.
Los Reactores de Potencia.
Estos reactores utilizan el calor generado en la fisión para producir energía eléctrica, desalinización de agua de mar, calefacción,o bien para sistemas de propulsión.
Existen otros criterios para clasificar diversos tipos de reactores:
Según la velocidad de los neutrones que emergen de las reacciones de fisión. Se habla de reactores rapidos o bien reactores térmicos.
Según el combustible utilizado. Hay reactores de Uranio natural (la proporción de Uranio utilizado en el combustible es muy cercana a la que posee en la naturaleza), de Uranio enriquecido (se aumenta la proporción de Uranio en el combustible).
Según el moderador utilizado. Se puede utilizar como moderador el agua ligera, el agua pesada o el grafito.
Según el refrigerante utilizado. Se utiliza como refrigerante el agua (ligera o pesada), un gas (anhídrido carbónico, aire), vapor de agua, sales u otros líquidos. Estos materiales pueden actuar en cierto tipo de reactores como refrigerante y moderador a la vez.
Hay dos tipos de reactores de potencia de mayor uso en el mundo: el Reactor de Agua en Ebullición y el Reactor de Agua a Presión:
Reactor de Agua en Ebullición (BWR).
Ha sido desarrollado principalmente en Estados Unidos, Suecia y Alemania. Utiliza agua natural purificada como moderador y refrigerante. Como combustible dispone de Uranio-238 enriquecido con Uranio-235, el cual como se sabe, facilita la generación de fisiones nucleares. El calor generado por las reacciones en cadena se utiliza para hacer hervir el agua. El vapor producido se introduce en una turbina que acciona un generador eléctrico. El vapor que sale de la turbinapasa por un condensador, donde es transformado nuevamente en agua líquida. Posteriormente vuelve al reactor al ser impulsada por una bomba adecuada.

Reactor de Agua a Presión (PWR).
Es ampliamente utilizado en Estados Unidos, Alemania, Francia y Japón.
El refrigerante es agua a gran presión. El moderador puede ser agua o bien grafito. Su combustible también es Uranio-238 enriquecido con Uranio-235. El reactor se basa en el principio de que el agua sometida a grandes presiones puede evaporarse sin llegar al punto de ebullición, es decir, a temperaturas mayores de 100 °C. El vapor se produce a unos 600 °C, el cual pasa a un intercambiador de calor donde es enfriado y condensado para volver en forma líquida al reactor. En el intercambio hay traspaso de calor a un circuito secundario de agua. El agua del circuito secundario, producto del calor, produce vapor, que se introduce en una turbina que acciona un generador eléctrico.

El agua del circuito secundario, producto del calor, produce vapor, que se introduce en una turbina que acciona un generador eléctrico.
 Seguridad en los Reactores Nucleares.
Sistemas de Control.
Basicamente esta constituido por las barras de control y por diversa instrumentación de monitoreo.
Las barras de control son accionadas por una serie de sistemas mecanicos, eléctricos u electrónicos, de tal manera de asegurar con rapidez la extinción de las reacciones nucleares.
La instrumentación de monitoreo se ubica en el interior o en el exterior delnúcleo del reactor y su finalidad es mantener constante vigilancia de aquellos parametros necesarios para la seguridad: presión, temperatura, nivel de radiación, etc.
Constituido por una serie de barreras múltiples que impiden el escape de la radiación y de los productos radiactivos.
La primera barrera, en cierto tipo de reactores, es un material ceramico que recubre el Uranio utilizado como elemento combustible.
La segunda barrera es la estructura que contiene al Uranio, es decir, se trata de las barras de combustible.
La tercera barrera es la vasija que contiene el núcleo del reactor. En los reactores de potencia se denomina vasija de presión y se construye de un acero especial con un revestimiento interior de acero inoxidable.
La cuarta barrera lo constituye el edificio que alberga al reactor en su conjunto. Se conoce con el nombre de 'Edificio de Contención' y se construye de hormigón armado de, a lo menos, 90 cm. de espesor. Se utiliza para prevenir posibles escapes de productos radiactivos al exterior, resistir fuertes impactos internos o externos, soportar grandes variaciones de presión, soportar grandes terremotos y mantener una ligera depresión en su interior que asegure una entrada constante de aire desde el exterior, de tal forma de evitar cualquier escape de material activado.
Peligros de la energía nuclear
El uso de la energía nuclear debe ser muy cuidadoso debido a que la exposición de los seres vivos a ciertos niveles de radiaciones son perjudicial parala salud.
Los descubridores e investigadores de los elementos radiactivos de principios de siglo jamas sospecharon los riesgos de trabajar en contacto con las radiaciones. La bomba atómica de Hiroshima y Nagasaki es un ejemplo de su peligrosidad.
Las bombas nucleares devastaron Hiroshima y Nagasaki, la catastrofe fue absoluta: el fuego y el calor mataron instantaneamente a todos los seres humanos, plantas y animales. En esta zona no permaneció en pie ni una sola edificación y se quemaron ademas las estructuras de acero de los edificios de concreto. Las ondas expansivas de la explosión hicieron estallar vidrios de ventadas situadas incluso a 8 kilómetros del lugar de la explosión. Los arboles fueron arrancados desde la raíz y quemados por el calor.
Los daños fueron inenarrables, pero la verdadera tragedia fue la pérdida de vidas humanas. Hiroshima, con una población de 350 mil habitantes, perdió instantaneamente a 70 mil y en los siguientes cinco años murieron 70 mil mas a causa de la radiación. En Nagasaki, donde había 270 mil habitantes, murieron mas de 70 mil antes de que terminara el año y miles mas durante los siguientes años. Se calcula que en total murieron cerca de 250 mil personas. La mayoría murió en el acto pero otros yacían retorciéndose en el suelo, clamando en su agonía por el intolerable dolor de sus quemaduras. Quienes lograron escapar milagrosamente de las quemaduras de la onda expansiva, murieron a los veinte o treinta días como consecuencia de los mortalesrayos gamma. Generaciones de japoneses debieron soportar malformaciones en sus nacimientos por causa de la radiactividad.
Según los testimonios de quienes presenciaron la devastación, los sobrevivientes de la explosión parecían fantasmas que deambulaban entre cenizas y humo. Fantasmas sin pelo, pues se les quemó en la explosión, o fantasmas ciegos, que lo último que vieron fue el resplandor nuclear. Como la mayoría de los médicos y enfermeras estaban muertos o heridos, mucha gente herida no tenía a dónde ir, así que permanecían frente al lugar donde estuvo su casa, desolados. La gran mayoría de los habitantes de Hiroshima y Nagasaki estuvieron expuestos a la lluvia radioactiva y las consecuencias de esta exposición sobre sus cuerpos no fueron perceptibles de inmediato, en muchos casos pasaron días, meses y hasta años antes de que es manifestaran los síntomas del daño.
Los reactores nucleares son un peligro potencial. Un accidente ocurrió en Chernobyl, en la antigua Unión Soviética, cuando se escapó una nube que contenía productos radiactivos. Chernóbil es el accidente mas grave de todos los acontecidos en la historia de la industria nuclear. De hecho, la explosión que se produjo el 26 de abril de 1986 en uno de los reactores de la central nuclear y los fuegos que se derivaron de ésta y que se prolongaron durante diez días provocaron la liberación al medio ambiente de enormes cantidades de material radiactivo y la formación de una nube radiactiva que se extendió por buenaparte de Europa. La contaminación mas grave se produjo en las regiones que rodean al reactor y que en la actualidad forman parte de Bielorrusia, Rusia y Ucrania.
En la actualidad, mas de cinco millones de personas viven en zonas que se consideran ‘contaminadas’ con material radiactivo procedente del accidente de Chernóbil. El area mas cercana al emplazamiento del reactor quedó muy contaminada y las 116.000 personas que vivían en ella fueron evacuadas poco después del accidente.
Tras lo ocurrido, las personas estuvieron expuestas a la radiación, tanto de forma directa por la nube radiactiva y el material radiactivo depositado en el suelo como por consumir alimentos contaminados y respirar aire contaminado.
Miles de personas que eran niños o adolescentes cuando ocurrió el accidente contrajeron cancer de tiroides a causa de la exposición al yodo radiactivo.
El hombre que salvó al mundo, Stanislav Petrov
El 26 de septiembre de 1983 (todavía 25 en Estados Unidos) «Stanislav Petrov»salvó al mundo cuando se produjo el llamado Incidente del Equinoccio de Otoño, que colocaría al mundo a escasos segundos del Apocalipsis atómico. Un satélite soviético dio la alarma: un Misil balístico intercontinental estadounidense se habría lanzado desde la base de Malmstrom (Montana, EEUU) y en 20 minutos alcanzaría la URSS.
Stanislav Petrov estaba a cargo del búnker Serpujov-15, el centro de mando de la inteligencia militar soviética desde donde se coordinaba la defensa aeroespacial rusa. Su misiónera verificar y alertar de cualquier ataque a sus superiores, con lo que se iniciaría el proceso para contraatacar con armamento nuclear a los Estados Unidos.
Solo tres semanas antes, la Unión Soviética había derribado un avión de pasajeros surcoreano que había invadido el espacio aéreo soviético, matando a las 269 personas a bordo, incluidos varios estadounidenses (Vuelo 007 de Korean Air). La OTAN pronto comenzó el ejercicio militar 'Able Archer 83', interpretado por el KGB como una preparación de un primer ataque.
De acuerdo con CNN, el KGB había enviado un mensaje a sus espías en Occidente, advirtiéndoles que se prepararan para una posible guerra nuclear.
En principio Stanislav Petrov pensó que debía de tratarse de un error, porque no tendría sentido que los estadounidenses atacaran con un único misil. Mas tarde los ordenadores indicaron que cuatro misiles mas se dirigían hacia Rusia.
Stanislav Petrov conocía bien las peculiariades del sistema satélite OKO de alerta temprana rusa y creía que éste podía equivocarse, así que consideró de nuevo que eran muy pocos misiles, solo cinco, cuando EE.UU. tenía miles de misiles nucleares. Decidió esperar y finalmente se descubrió que era una falsa alarma causada por una rara conjunción astronómica entre la Tierra, el Sol y la posición específica del satélite OKO. Cuando le preguntaron por qué no había dado la alerta, contestó simplemente:
'La gente no empieza una guerra nuclear con sólo cinco misiles'Conclusion:

Decir Reactor Nuclear es tan sencillo y rapido, pero hacer un reactor nuclear es todo lo contrario, ya que no es tan sencillo como parece, es todo un complicado sistema de procesos de obtención y protección de materiales.
Construirlo es una tarea ardua, ya que consiste en muchos elementos que cumplen una función especifica, y que sin la falta de alguno este ya no podría considerarse como tal, ya que estaría incompleto y sería demasiado arriesgado ponerlo en función sin la verificación de que cada elemento se encuentre en buen estado y en su ubicación necesaria con todas aquellas indicaciones.
Sus usos son muy variados van desde la simple investigación científica hasta la producción de energía eléctrica.
Un reactor cuenta con muchos mecanismos y sistemas de precaución ya que cualquier falla ocasionaría un desparrame de energía nuclear que podría afectar a miles de personas por una simple equivocación, por eso se cuenta con los materiales adecuados tomando en consideración cada una de las indicaciones que son necesarias para su mantenimiento.









Bibliografía.
Paul E. Tippens Editorial; McGraw-Hill, 5 ed. 1998 México.