REACTORES NUCLEARES EN NUCLEOELECTRICIDAD Y PRODUCCION DE RADIOISOTOPOS

1
REACTORES NUCLEARES EN NUCLEOELECTRICIDAD Y
PRODUCCION DE RADIOISOTOPOS

• Ing. Erik Herrera C.
• Comisión Chilena de Energía Nuclear
• Prof. Claudio Pérez M.
• Universidad Metropolitana
• de Ciencias de la Educación

PARTE 1 CONCEPTOS INTRODUCTORIOS
2
TEMARIO

• Reacción de fisión nuclear
• Reacción de fisión en cadena y su control
• Radiactividad natural

3
FISION NUCLEARAproximación por analogía desde la
Combustión
4
Producción de energía por reacciones químicasLa
Combustión

• QUE NECESITAMOS PARA PRODUCIRLA?

Combustible
Comburente
Iniciador
5
Producción de energía por reacciones químicasLa
Combustión

• Una vez iniciada la reacción en un pequeño
  volumen del espacio, la temperatura que allí se
  alcanza ayuda a que entren en reacción otros
  átomos de la vecindad, lo que extiende el proceso
  al resto del combustible

6
Producción de energía por reacciones químicasLa
Combustión

• Una vez iniciada la reacción en un pequeño
  volumen del espacio, la temperatura que allí se
  alcanza ayuda a que entren en reacción otros
  átomos de la vecindad, lo que extiende el proceso
  al resto del combustible

7
Producción de energía por reacciones químicasLa
Combustión

• Una vez iniciada la reacción en un pequeño
  volumen del espacio, la temperatura que allí se
  alcanza ayuda a que entren en reacción otros
  átomos de la vecindad, lo que extiende el proceso
  al resto del combustible

8
Producción de energía por reacciones químicasLa
Combustión

• Una vez iniciada la reacción en un pequeño
  volumen del espacio, la temperatura que allí se
  alcanza ayuda a que entren en reacción otros
  átomos de la vecindad, lo que extiende el proceso
  al resto del combustible

9
Producción de energía por reacciones químicasLa
Combustión

• Una vez iniciada la reacción en un pequeño
  volumen del espacio, la temperatura que allí se
  alcanza ayuda a que entren en reacción otros
  átomos de la vecindad, lo que extiende el proceso
  al resto del combustible

10
Producción de energía por reacciones químicasLa
Combustión

• Una vez iniciada la reacción en un pequeño
  volumen del espacio, la temperatura que allí se
  alcanza ayuda a que entren en reacción otros
  átomos de la vecindad, lo que extiende el proceso
  al resto del combustible

11
Producción de energía por reacciones químicasLa
Combustión

• Una vez iniciada la reacción en un pequeño
  volumen del espacio, la temperatura que allí se
  alcanza ayuda a que entren en reacción otros
  átomos de la vecindad, lo que extiende el proceso
  al resto del combustible

12
Producción de energía por reacciones químicasLa
Combustión

• PARTICIPANTES
• combustible (carbón, petróleo, gas, leña)
• comburente (O2 del aire)
• RESULTANTES
• Energía (calor - luz)
• productos de desecho (CO2, CO, Nox, Sox, cenizas)

13
Producción de energía por reacciones químicasLa
Combustión

• Si la reacción ocurre a gran velocidad con
  determinados combustibles, puede desembocar en
  una EXPLOSION

14

• QUE NECESITAMOS
• PARA MANTENERLA
• BAJO CONTROL?

• provisión continua de
• combustible y comburente
• adecuados

• condiciones de temperatura

• extracción de desechos

15
Liberación de energía en la combustión del carbono
C O2 ---------gt CO2 4.1 eV
Masas en juego 12u 32u ---gt 44u Energía
liberada 4.1 eV Pérdida de masa
Masa total 44 u Fracción de masa transf. en
energía
16
FISION NUCLEAR

• QUE NECESITAMOS PARA PRODUCIRLA?

• Combustible (material
• fisionable)

• Iniciador (neutrones
• con energía adecuada)

? ? ?
U - 235
17
PROPAGACION DE LA FISION NUCLEAR
Supone el cumplimiento de ciertas
condiciones críticas de masa y de geometría en
el combustible nuclear
18
Reacción en cadena
19
Qué necesitamos para mantenerla bajo control?
Fisión Nuclear
20
Control de la reacción en cadena
21
Reacción Nuclear de Fisión
A la escala del átomo Reacción Masas en
juego Energía Liberada Perdida de masa Masa
total Fracción de la masa total
transformada en energía
92U235 0n1 ---gt 38S94 54X140 2 0n1
q 235 u 1 u q 200.000.000 eV 200
MeV 0,21 u 236 u
22
Comparación de rendimientos...

• El rendimiento unitario es 10 millones de veces
  mayor en la fisión que en la combustión

23
Fisión Nuclear
0n1 92U235 ----------gt 38Sr94 54Xe140 20n1
DESECHOS RADIACTIVOS
24
Radiactividad natural

• Mecanismo natural de estabilización energética de
  átomos que poseen un núcleo inestable
• Proceso regido por la conservación de la
  masa-energía

25
Desintegración radiactiva natural
Desintegración radiactiva natural
26
Desintegración radiactiva natural
Desintegración radiactiva natural
27
Desintegración radiactiva natural
Desintegración radiactiva natural
28
Desintegración radiactiva natural
Desintegración radiactiva natural
29
Desintegración radiactiva natural
Desintegración radiactiva natural
30
Desintegración radiactiva natural
Desintegración radiactiva natural
31
Desintegración radiactiva natural
Desintegración radiactiva natural
32
Desintegración radiactiva natural
Desintegración radiactiva natural
33
Desintegración radiactiva natural
Desintegración radiactiva natural
34
Desintegración radiactiva natural
Desintegración radiactiva natural
35
Desintegración radiactiva natural
36
DESINTEGRACION RADIACTIVA NATURAL

• Los átomos de un elemento radiactivo se
  desintegran al azar
• La probabilidad de desintegración es
  característica de cada elemento radiactivo
• Todos los átomos de un mismo elemento radiactivo
  tienen igual probabilidad de desintegración

Simulación
37
TALLER ON-LINEJuegos de desintegración
radiactiva...
38
Jugando a la desintegración con monedas

• Supongamos 100 monedas iguales de 1, que
  representan 100 átomos radiactivos de un mismo
  elemento.
• Se lanzarán juntas al aire. Las que caigan en
  cara representarán átomos que se
  desintegraron. Las que caigan en sello
  representarán átomos sobrevivientes

PREGUNTA

• Cuál es la probabilidad de
• desintegración de cada uno
• de estos átomos?

RESPUESTA 1/2
39
Vida Media de un elemento radiactivo

• Es el tiempo necesario para que se desintegre la
  mitad de los átomos presentes en un instante dado.

PREGUNTA
Cuál es la vida media de los átomos
representados por las monedas en este juego?
RESPUESTA 1
40
Control de la desintegración...
41
Control de la desintegración...
42
Control de la desintegración...
43
Control de la desintegración...
Vida Media
44
Jugando al cacho atómico...

• Se lanzan 44 cubos iguales, cada uno de los
  cuales tiene 2 caras perforadas de lado a lado.
• Cada cubo representa un átomo radiactivo. Si cae
  sobre una de las caras perforadas, significa que
  se desintegró.

Cuál es la probabilidad de desintegración de
cada átomo?
RESPUESTA 1/3
45
Control de la desintegraciónDatos Experimentales
46
Control de la desintegraciónDatos Teóricos
47
Control de la desintegraciónDatos Teóricos
Simulación
48
Control de la desintegraciónDatos Teóricos
49
Desintegración de átomos reales

• Se rige por una ley de decaimiento exponencial

PREGUNTA Cómo diferirán entre sí las curvas de
disminución del N de átomos sobrevivientes en el
tiempo, al comparar una sustancia de vida media
grande con otra de vida media pequeña?