Introducción a la energía nuclear Jorge Barón Marzo de MMXI UFPE Conceptos Básicos de Física de Reactores La operación de un reactor nuclear se fundamenta en el control exitoso del flujo neutrónico (potencia), como respuesta a los cambios temporales de éste. El arranque y la parada del reactor, así como los cambios en el valor de su potencia, son operaciones típicas que involucran condiciones transitorias. Factores que afectan el comportamiento del reactor: Movimiento de las barras de control. Quemado del combustible. Envenamiento del núcleo. Variaciones de la temperatura, la densidad y la presión del refrigerante. Reactores 1 a 4 Ciclo BWR Mark-I (GE) Corte Secuencia • Terremoto de magnitud 8.8 – – – – Parada automática de los reactores Pérdida de las líneas eléctricas Arranque de equipos diesel Refrigeración en emergencia • Tsunami (olas de ~10m) – Destrucción de tanques de gas-oil – Pérdida de capacidad de bombeo al agotarse el gas-oil – Pérdida de capacidad de refrigeración en emergencia Accidente severo • Descubrimiento y calentamiento • Inicio de la oxidación de los metales (~1000ºC) – Zr + 2H2O = ZrO2 + 2H2 + calor – Rotura de vainas de combustible – Liberación de radionucleidos volátiles (I, Cs, gases nobles) – Presurización de contención inerte Alivio de presión • Apertura manual de válvulas de alivio de presión – Liberación de vapor de agua y de hidrógeno – Contacto con el aire – Explosión de hidrógeno – 2H2 + O2 = 2H2O + calor – Liberación al ambiente de radionucleidos volátiles Explosión de H2 escala INES Dispersión en aire • Dominada por los vientos • Disminuye la concentración a medida que se aleja • Puede dejar depósitos de material radiactivo en suelo Efectos de la radiación sobre las personas • Efectos agudos – Aparecen en poco tiempo (horas, días) – Aparecen para dosis superiores a 0.1 Sv – Mortalidad para dosis superiores a 7 Sv • Efectos estocásticos – La dosis aumenta la probabilidad de enfermedades (cánceres, defectos genéticos) – Indetectables (¿inexistentes?) para dosis bajas (miliSv) Dosis en Fukishima • Niveles de dosis medidos en la cercanía de los reactores – Del orden de miliSv ó microSv – No hay efectos a la salud reportados • Niveles de dosis medidos en Tokyo – Comparables a la radiación natural (2.4miliSv/año) Plan de emergencias – Buenos datos meteorológicos – Buenos pronósticos meteorológicos • “sheltering” – cierre de puertas y ventanas • Bloqueo de tiroides mediante pastillas de yodo • Evacuación de personas • Eventualmente decomiso de alimentos ¿Cómo sigue un accidente severo? • Continúa el calentamiento – Fusión de vainas metálicas (~1400ºC) – Colapso estructural parcial • Posible fusión del UO2 (~2800ºC) • Relocalización hacia el fondo del recipiente • Posible falla del recipiente • Posible falla de la contención inerte TMI2 con núcleo fundido Escenario optimista • Restablecimiento de energía eléctrica • Enfriamiento de los reactores (días) • Liberaciones pequeñas de materiales radiactivos • Plan de emergencias eficiente • No hay muertes por radiación ni efectos agudos en la población • Hay efectos estocásticos solamente (¿indetectables?) • Situación estable (semanas) Escenario pesimista • • • • • • • • • Refrigeración en modo precario Fusión de núcleo y relocalización Enfriamiento del núcleo fundido (semanas) Plan de emergencias eficiente Liberaciones significativas de materiales radiactivos Algunos casos de efectos agudos (operarios) No habrían muertes por radiación en el público Algunos efectos agudos y estocásticos en el público Situación estable (meses) El factor tiempo… En la Argentina • • • • 3 Centrales Nucleares Riesgo sísmico moderado No existe riesgo de tsunami Altos niveles de seguridad – Monitoreo permanente de la ARN – Planes de emergencia ensayados anualmente Central Nuclear Embalse Central Nuclear Atucha I y II Muchas gracias Primeros Reactores Prototipos Reactores de Potencia Comerciales Reactores Avanzados de agua liviana -Estandarización de sistemas - Mejoras económicas Diseños Evolucionarios que ofrecen mejoras en lo Económico y en la Seguridad para la construcción en el Corto Plazo - Mejor uso del combustible y eco. - Seguridad Pasiva - Reducción de los Residuos -Mayor resistencia a la Proliferación