Una central nuclear és un establiment industrial que produeix electricitat aprofitant lenergia nuclear, que sallibera en forma denergia tèrmica durant una reacció en cadena de fissió nuclear dins un recipient de reactor. Moltes persones no saben com funciona una central nuclear.
Per aquesta raó, t'explicarem en detall com funciona una central nuclear des del seu interior.
Elements principals de la central nuclear
El reactor nuclear és l'element principal d'una central elèctrica, ja que conté el combustible nuclear (normalment urani) i està equipat amb sistemes que permeten l'inici, manteniment i cessament controlat de la reacció nuclear. El funcionament d'una central nuclear és similar al d'una central tèrmica tradicional, on l'energia tèrmica es genera mitjançant la combustió de combustibles fòssils. Per contra, un reactor nuclear obté energia tèrmica de les reaccions en cadena de fissió nuclear que es produeixen dins dels àtoms d'urani presents al combustible nuclear.
L'energia tèrmica que es genera s'utilitza per escalfar aigua fins que arriba al punt de vaporització, i es converteix en vapor a pressió i temperatura elevades. Aquest vapor impulsa una turbina connectada a un generador que converteix l'energia mecànica produïda per la rotació de la turbina en energia elèctrica.
Si bé hi ha diversos tipus de reactors nuclears, es destaquen dos dissenys específics que, en conjunt, representen més del 80% de les gairebé 450 unitats operatives a tot el món: El reactor d'aigua a pressió (PWR) i el reactor d'aigua a ebullició (BWR).
Funcionament d‟un reactor d‟aigua a pressió (PWR)
És essencial tenir en compte que durant la fissió nuclear, els nuclis dels àtoms pesants, que són copejats per neutrons, es descomponen en nuclis més petits i lleugers. Aquest procés allibera l'energia que uneix els protons i els neutrons i dóna com a resultat l'emissió de dos o tres neutrons. Aquests neutrons emesos són capaços d'induir fissions addicionals en interactuar amb altres nuclis pesants, que alhora alliberaran més neutrons, perpetuant el cicle. Aquest efecte en cascada es coneix com a reacció en cadena de fissió nuclear.
El funcionament d'una central nuclear es pot resumir en les fases següents:
- Al reactor nuclear, l'urani pateix una fissió que genera una quantitat substancial d'energia que escalfa l'aigua de refrigeració d'alta pressió que circula pel sistema. Aquesta aigua escalfada es transporta tot seguit a través del circuit primari fins a un intercanviador de calor, conegut com a generador de vapor, on facilita la producció de vapor d'aigua.
- El conjunt turbina-generador rep el vapor mitjançant un circuit secundari. En arribar-hi, el vapor fa girar les pales de la turbina. Aquesta rotació de l'eix de la turbina impulsa posteriorment l'alternador i converteix l'energia mecànica en electricitat.
- Quan el vapor d'aigua ha travessat la turbina, es dirigeix a un condensador, on pateix un refredament i es torna a transformar en aigua líquida.
- Posteriorment, l'aigua es torna al generador de vapor per generar vapor una vegada més, operant dins un circuit tancat.
Components clau d'una central nuclear
Hem dit anteriorment que un reactor nuclear és una instal·lació dissenyada per iniciar, mantenir i acabar reaccions en cadena de fissió de forma controlada, equipada amb els mecanismes necessaris per extreure la calor produïda. El reactor és l‟element principal d‟una central elèctrica i funciona com el lloc on s‟emmagatzema el combustible nuclear.
Els principals elements d'una central nuclear són:
- Combustible: és el material on es produeixen les reaccions de fissió, que normalment utilitzen diòxid d'urani enriquit. Aquesta substància té una funció doble: actua com a font d'energia i com a proveïdor de neutrons necessaris per mantenir la reacció en cadena. Se subministra en forma sòlida, que consisteix en pastilles cilíndriques embolicades amb barres de metall d'aproximadament quatre metres de longitud.
- Moderador: Substància que redueix la velocitat dels neutrons ràpids produïts durant la fissió, facilitant així fissions addicionals i mantenint la reacció en cadena.
- Refrigerant: és la mateixa aigua que actua com a moderador i s'utilitza per eliminar la calor produïda per la reacció de fissió que es produeix al combustible d'urani.
- Barres de control: són els components de control del reactor i funcionen com a absorbidors de neutrons. Compostes de carbur de bor o d'indio-cadmi, aquestes barres permeten la gestió contínua de la població de neutrons, assegurant l'estabilitat del reactor i facilitant-ne la parada quan sigui necessari.
- Blindatge: serveix per inhibir la fuita de radiació i neutrons del reactor a l'ambient extern. Normalment, s'utilitzen materials com formigó, acer o plom per a aquest fi.
- Característiques de seguretat: Tota instal·lació nuclear està equipada amb nombrosos sistemes de seguretat dissenyats per evitar l'alliberament de radioactivitat al medi ambient, cosa que inclou l'estructura de contenció.
- Regulador de pressió: és un component crític del circuit de refrigeració primari. Aquest regulador manté lequilibri entre les fases líquida i vapor en condicions de saturació per gestionar eficaçment la pressió dins del reactor.
- Atuell del reactor: tanca el reactor nuclear, on es produeix la reacció de fissió en cadena. El nucli d'aquest atuell està format per elements combustibles.
- Generadors de vapor: funcionen com a intercanviadors de calor, en què l'aigua de refrigeració del circuit primari flueix a través de tubs en forma d'U invertida i transfereix la seva energia tèrmica a l'aigua del circuit secundari, convertint-la així en vapor d'aigua.
- Edifici de contenció: És el recinte que conté el sistema de refrigeració del reactor juntament amb diversos sistemes auxiliars actua com a barrera protectora durant les operacions normals, impedint eficaçment la fuita de substàncies contaminants a l'ambient exterior. En conjunció amb altres sistemes de seguretat, té la responsabilitat crítica d'evitar el possible alliberament de productes de fissió a l'atmosfera en cas de produir-se un accident.
- turbina: La instal·lació està dissenyada per capturar el vapor daigua dels generadors de vapor, convertint la seva energia en energia mecànica rotacional a través dels àleps. S'hi destinen diverses seccions per a l'expansió del vapor. L'eix està unit de manera segura a l'eix de l'alternador.
- alternador: Dispositiu que generen electricitat transformant lenergia mecànica rotacional de la turbina en energia elèctrica de mitjana tensió i alta intensitat.
- Transformador: Aparell dissenyat per elevar la tensió de l'electricitat generada per l'alternador per tal de reduir les pèrdues durant la transmissió als punts de consum.
- Aigua de refrigeració: L´aigua procedent d´un riu, un embassament o el mar serveix per condensar el vapor d´aigua al´interior del condensador. Aquesta aigua pot ser retornada directament a la font original, el que es coneix com a cicle obert, o reciclar-se a través d'una torre de refrigeració en un sistema de cicle tancat.
- Torres de refrigeració: faciliten la dissipació d'una part de la calor residual generada durant la producció d'electricitat a l'atmosfera, servint com a font de fred. Aquest sistema es fa servir per refredar l'aigua que circula pel condensador, que és un component integral del circuit auxiliar de refrigeració de la planta.
- condensador: Un intercanviador de calor consta duna sèrie de tubs que faciliten la circulació de laigua de refrigeració. L'aigua vaporitzada que entra al condensador des de la turbina pateix un procés de liqüefacció, passant a la fase líquida. Aquest procés genera buit que millora l'eficiència operativa de la turbina.
Espero que amb aquesta informació puguin conèixer més sobre com funciona una central nuclear des del seu interior.