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stablecer una reacción nuclear es en teoría relativamente sencillo, pero mantenerla en ciertos límites tiene ciertas complicaciones técnicas. Las dificultades que más preocupan vienen determinadas por razones de seguridad; hay que tener en cuenta que la reacción debe mantenerse dentro de unos límites seguros, de tal forma que no se detenga, y que tampoco aumente peligrosamente. Otro tipo de dificultades se presenta cuando se trata de transformar la energía que desarrolla la reacción, en otro tipo de energía que sea aprovechable, como es la energía eléctrica.

Para generar una reacción nuclear es preciso utilizar neutrones a velocidades adecuadas. Si se utilizan neutrones lentos se tiene más probabilidad de partir el núcleo de un átomo de uranio, que con neutrones rápidos. Para evitar altas velocidades de los neutrones es necesario emplear algún sistema que los frene, esto se realiza mediante un material que se denomina moderador. El moderador suele consistir en un tipo de material que absorbe la energía cinética de los neutrones, y por tanto reduce su velocidad que normalmente se establece en 16.000 kilómetros por segundo.

Trabajos de observación en una central nuclear

El material utilizado en la actualidad como moderador es el grafito de gran pureza, compuesto de átomos de carbono. Las primeras centrales nucleares utilizaban sin embargo lo que se denomina agua pesada, es decir, agua compuesta solamente por moléculas con átomos de deuterio. El deuterio es un isótopo del hidrógeno cuyo núcleo está compuesto por un protón y un neutrón (los átomos normales del hidrógeno contienen un único protón en el núcleo); extraer el deuterio del agua es muy lento y de gran complejidad, por encontrarse en en el agua en proporciones muy pequeñas.

Si un reactor nuclear no produce un nivel mínimo de fisiones se detendrá. Por otro lado, si las fisiones son excesivas se producirá la destrucción del reactor por sobrecalentamiento. La única forma de mantener la reacción sin que se detenga es, obviamente, logrando que se produzcan neutrones por exceso, por tanto habrá que estabilizar de alguna forma ese exceso para que la generación de energía sea aprovechable y segura.

El sistema utilizado para controlar las fisiones es mediante una serie de varillas construidas de acero al boro, los cuales tienen la capacidad de absorber neutrones. Así, dependiendo del estado de la reacción se van introduciendo un número determinado de varillas, y a una profundidad también determinada. Si existen neutrones por exceso se introducen más varillas para reducir el número de fisiones; si por el contrario el reactor tiene tendencia a detenerse, se van extrayendo las varillas para que un mayor nivel de neutrones generen más fisiones.

Para que la energía producida por una reacción atómica sea útil, es preciso convertirla en otro tipo de energía que a su vez pueda ser transportada. La energía nuclear no puede ser utilizada en sí misma, tal como se produce, sino que debe ser transferida mediante un elemento denominado intercambiador de calor. La necesidad de un intercambiador de calor estriba en que la energía cinética de las partículas fisionadas, no debe entrar en contacto directo con el receptor de esa energía, que por seguridad tiene que ser independiente. El receptor de la energía suele ser una turbina cuyas palas reciben el calor transferido de la reacción nuclear, que a su vez mueven un generador eléctrico.

Como elemento de absorción del calor se suele utilizar un gas o líquido refrigerante, el cual circula entre las varillas de material radiactivo. El refrigerante además de absorber el calor de la reacción, mantiene la temperatura del núcleo para evitar sobrecalentamientos que podrían destruir el reactor. Posteriormente, el calor tiene que ser transferido al intercambiador (ya que el refrigerante está altamente contaminado por las radiaciones), que a su vez lo transfiere a otro líquido no contaminado que moverá las palas de las turbinas.

Básicamente, un intercambiador de calor funciona análogamente a como lo hace un calentador de gas; el agua que circula por el interior de un serpentín metálico es calentado por el aire caliente que se produce en el exterior al arder el gas. En este ejemplo de intercambiador, el aire caliente se transfiere a un elemento refrigerante, el agua que circula por el interior del tubo, sin existir contacto alguno entre ellos.

Como refrigerante de muchas centrales se suele utilizar agua pesada o un producto que pueda absorber neutrones (agua normal). El agua normal, además de ser utilizada para esa función, es también útil para detener la reacción en caso de necesidad.

El objetivo de todo este proceso no es otro que el de producir energía eléctrica, la cual será posteriormente distribuida hacia las industrias, hogares, etc.

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