Las centrales nucleares reúnen las tecnologías que permiten utilizar la enorme energía almacenada en los núcleos atómicos para usarla a gran escala. Usualmente es llamada energía atómica o energía nuclear, que hace referencia más precisa a su origen físico.
No todos los reactores nucleares se destinan a la producción de electricidad. Existen reactores de poca capacidad de generación de energía cuya finalidad principal es la investigación en diversas áreas científicas y tecnológicas y la producción de radioisótopos, los cuales se emplean en medicina con grandes beneficios. La investigación llevada a cabo en pequeños reactores ha permitido desarrollar tecnologías de gran aplicación en nuevos materiales, biología, medicina y medio ambiente, entre otros.
¿Cómo funciona un reactor nuclear? La producción de energía eléctrica en una central nuclear es muy similar a la producción de electricidad en una central térmica de carbón o de gas. Ambas se basan en obtener energía a partir de un combustible que genera calor, el cual es utilizado para producir vapor de agua, que a su vez se encargará mover las turbinas generadoras de la electricidad. La principal diferencia en el tipo de combustible partir del cual se obtiene el calor, que en el caso de una central nuclear son materiales con núcleos fisionables, mientras que en una central convencional son combustibles fósiles. Esto implica el uso de complejas tecnologías relacionadas con los fenómenos nucleares y prácticas cuidadosas de seguridad y para la protección del personal, la población y el medio ambiente.
En las centrales nucleares el combustible que se utiliza es en general óxido de uranio, con uranio natural a veces enriquecido con uranio 235 hasta el 5%. El enriquecimiento de uranio natural es un proceso que implica el uso de tecnologías muy avanzadas (¡y secretas!), de difícil acceso para la mayoría de los países. Otra posibilidad de combustible nuclear es el plutonio 239.
Estos combustibles tienen la propiedad de contener núcleos que fisionan en condiciones adecuadas. ¿Qué significa la fisión nuclear? Es la división de un núcleo en núcleos más pequeños, sea espontáneamente debido a que son inestables, o inducida por el bombardeo con partículas. Por ejemplo, si los núcleos de uranio son bombardeados con neutrones de poca velocidad, se dividen generando nuevos neutrones y otros radioactivos. Estos nuevos neutrones pueden a su vez provocar nuevas fisiones de uranio 235 y así iniciar una reacción en cadena. Manteniendo constante el ritmo de la reacción en cadena es posible obtener una liberación controlada de la enorme energía almacenada en los núcleos radioactivos.
Los reactores se diseñan de forma que, de los dos o tres neutrones producidos en cada fisión, en promedio solamente uno logre provocar un nuevo proceso de fisión. De esta forma se logra mantener un ritmo de generación de energía constante. Los neutrones provenientes de los núcleos fisionables son enlentecidos por materiales específicos llamados moderadores, para permitir que estos provoquen nuevas fisiones de uranio 235. Por ejemplo, en el primer reactor el moderador era de grafito (una forma del carbón), así como en el reactor de Chenobyl. Otro moderador utilizado es simplemente agua, como es el caso de los más de cien reactores de Estados Unidos, o agua pesada, como en los de origen canadiense. Por otra parte, el reactor contiene barras de control construidas con materiales como boro o cadmio, cuya finalidad es la absorción de neutrones. Estas barras se introducen o se quitan del reactor con el propósito de regular el ritmo de la reacción en cadena y constituyen un importante elemento de seguridad. Finalmente, los productos de fisión, que tienen grandes velocidades y por lo tanto generan altas temperaturas, transmiten por contacto su energía a un circuito cerrado de agua u otro fluido, llamado circuito primario, provocando su calentamiento. Este circuito de agua finalmente transfiere su calor a otro circuito cerrado e independiente, llamado circuito secundario, lo que genera vapor en él. El vapor mueve las turbinas como en cualquier central convencional, de igual forma que el agua del río Uruguay mueve las turbinas de la central de Salto Grande. Luego de pasar por las turbinas, este vapor es enfriado con agua que se toma de un arroyo, embalse o río cercano a la central.
Torres de Enfriamiento
En las enormes torres que son características de las centrales nucleares se realiza el enfriamiento del vapor del circuito secundario. El calor extraído al vapor del circuito secundario produce las columnas de vapor que se ven en estas torres de enfriamiento. Es importante destacar que ninguno de los circuitos mencionados mezcla sus fluidos durante el funcionamiento de la central , y en el funcionamiento normal no se emiten vapores radioactivos a la atmósfera
