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Temario
Energía nuclear
• Conceptos básicos de física nuclear
• Usos bélicos de la energía nuclear
• Usos pacíficos de la energía nuclear
• Reactores nucleares
• La energía nuclear en el mundo
• La energía nuclear en Argentina
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Conceptos básicos de física nuclear
• Reacciones químicas
Combinación o redistribución de átomos para formar nuevas moléculas
Hay intercambio de electrones
2 H2 + O2 2 H2O (exotérmicas o endotérmicas)
Combustión
Explosiones convencionales
• Reacciónes nucleares
Combinación o redistribución de nucleones (protones o neutrones) para formar nuevos átomos
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EHOFNHe 2
1
16
8
18
9
14
7
4
2
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Conceptos básicos de física nuclear
• Reacción nuclear de fisión
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energía
neutrón
uranio 235
físil núcleo compuesto
fragmento
de fisión
(radiactivo)
fragmento
de fisión (radiactivo)
2 o 3
neutrones
10 –12 segundos
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Conceptos básicos de física nuclear
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•energía
• Reacción de fisión en cadena
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Conceptos básicos de física nuclear
• Reacción nuclear de fusión
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Conceptos básicos de física nuclear
• De dónde proviene la energía nuclear
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E = m c2
Energía = masa (velocidad de la luz)2
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Conceptos básicos de física nuclear
• Materiales físiles pueden fisionar:
• Materiales fértiles dan lugar a materiales físiles:
• Uranio natural 99.3 % U238 + 0.7 % U235
• Masa crítica mínima cantidad de material físil que puede
sostener reacción de fisión en cadena
Mc ~ 10 kg 30/07/2018
8
239
94
238
92 Pun1U
239
94
235
92
233
92 Pu,U,U
233
92
232
90 Un1Th
Conceptos básicos de física nuclear
• Obtención de material físil
– U235 Uso bélico : 90 % U235 + 10 % U238
Uso pacífico : hasta 20 % U235 + 80 % U238
Métodos físicos Difusión gaseosa
Ultracentrifugación
– Pu239 Método químico : reprocesamiento de combustible nuclear
quemado
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Usos de la energía nuclear
• Usos bélicos Cabezas nucleares de fisión : U235 (Hiroshima) o Pu239 (Nagasaki)
Cabezas nucleares de fusión: H2 (Deuterio) y H3 (tritio)
• Usos pacíficos Producción de energía eléctrica: reactores nucleares de potencia
Medicina nuclear : reactores nucleares de investigación – producción de
radioisótopos
Industria : gamagrafía, prospección de petróleo
Otros : irradiación de alimentos, eliminación de plagas
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Cabeza nuclear de fisión − Ensamble cañón (gun-triggered)
explosivo
convencional
esfera
subcrítica de 235U
con fuente de
neutrones en su interior
bala
de 235U
Little Boy, 14.5 kt, bomba arrojada sobre Hiroshima, 1945
Potencia o Yield
1 kilotón (kt) : efecto similar al producido por la detonación de 1000 ton de TNT
1 megatón (Mt) : similar a un millón de ton de TNT
Usos bélicos de la energía nuclear
Cabeza nuclear de fisión - Ensamble implosión
Fat Man, 20kt, bomba arrojada sobre Nagasaki, 1945
explosivo
convencional
reflector de
235U
fuente de
neutrones de
polonio-berilio
esfera hueca
de 239Pu
Técnicas de ensamblado Usos bélicos de la energía nuclear
bomba de fisión
dispositivo iniciador
deuteriuro
de litio
eje de
239Pu
blindaje de
238U
rayos x
comprimen el
deuteriuro
de litio
fisión del 239Pu genera neutrones
que reaccionan con el litio
produciendo tritio
reacciones de fusión
Usos bélicos de la energía nuclear
Cabeza nuclear de fusión
Bola de fuego
ascendente
Radiación
instantánea
Blast
Onda de choque
Onda
térmica
Onda de succión Fallout -
dispersión de
residuos local
Test Stokes - USA
Fallout -
dispersión de
residuos hacia
estratósfera
Pulso
electromagnético
Usos bélicos de la energía nuclear
• Bombas de neutrones
- Cabeza nuclear de fisión
- Se optimiza la producción de neutrones.
- Mucho daño radiológico
- Poco daño “mecánico”
• Bombas radiológica
- Explosivo convencional con material radioactivo (Co60)
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Usos pacíficos de la energía nuclear
• Reactores nucleares de fisión
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2 Tipos: Uranio enriquecido al 4% de U235 + H2O
Uranio natural , 0.7% de U235 + D2O
Usos pacíficos de la energía nuclear
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Reactores nucleares de fusión - 2050 ?
Usos pacíficos de la energía nuclear
• Medicina nuclear y producción de radioisótopos
– Producción de Molibdeno 99 (Mo-99) a partir de la irradiación de
blancos de uranio de bajo enriquecimiento (20%) – Uso en medicina
– (RA3 – CAE)
– Producción de fuentes selladas de Cobalto 60 (Co-60) – uso en
medicina e industria – exportación – (RA3 –CAE)
– Proyecto BNCT (Boron Neutron Capture Therapy) – tratamiento de
tumores cerebrales por terapia de captura de neutrones en boro–
(RA6 – CAB)
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La energía nuclear en el mundo
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La energía nuclear en el mundo
• El Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA – IAEA)
– Fundado en 1957 - Sede : Viena
– 3 pilares : verificación, seguridad nuclear, transferencia de tecnología
– Verifica cumplimiento del TNP (Tratado de No Proliferación) y PA
(Protocolo Adicional)
Firmaron 189 países – 5 países nucleares – 4 países no firmaron (Israel,
India, Paquistán, Haití)
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La energía nuclear en Argentina
Organización de la actividad nuclear en la Argentina
– Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA)
Asesoramiento – Investigación y desarrollo – Reactores de
investigación y producción de radioisótopos
– Autoridad Regulatoria Nuclear (ARN)
Licenciamiento y control
– Nucleoeléctica Argentina S.A. (NASA)
Reactores de potencia
– INVAP S. E. (50 % Prov. De Río Negro, 50 % CNEA)
Construcción de reactores de investigación, fabricación de equipos
de medicina nuclear, fabricación de satélites y radares
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La energía nuclear en Argentina
• Reactores argentinos de potencia (U natural + D2O)
– Atucha I
• Potencia : 357 MWe
• Primer reactor de potencia en el hemisferio sur
• En servicio desde 1974
• Tecnología alemana Siemens
– Embalse
• Potencia : 648 MWe
• En servicio desde 1983
• Tecnología canadiense CANDU
– Atucha II
• Potencia: 745 MWe
• En servicio desde 2014
• Tecnología alemana Siemens
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La energía nuclear en Argentina
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EMBALSEEMBALSE
La energía nuclear en Argentina
– RA0 : Univ. Nac. Córdoba
– RA1 : Ctro. At. Constituyentes
– RA3 : Ctro. At. Ezeiza
– RA4 : Univ. Nac. Rosario
– RA6 : Ctro. At. Bariloche
– RA8 : Complejo Téc. Pilcaniyeu
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Reactores Experimentales
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La energía nuclear en Argentina
Proyecto Reactor CAREM
– CAREM : Central ARgentina de Elementos Modulares
– Reactor nuclear innovativo – integrado – de baja potencia (25 MW)
– Características :
• Integrado : núcleo – generadores de vapor – refrigerante en un solo recipiente de presión
• Uranio enriquecido (~ 3% U235) – agua liviana (H2O)
• Refrigerante circula por convección natural (sin ayuda de bombas)
• Sistemas de seguridad pasivos (no requieren intervención humana – leyes físicas)
• Autopresurizado (no requiere presurizador)
– Prototipo construido ~ 2020?
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La energía nuclear en Argentina
• Proyecto Reactor CAREM
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Diseño PWR tradicional Diseño PWR integrado - CAREM
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La energía nuclear en Argentina
• Formación de Recursos Humanos
– Instituto Balseiro (CNEA – Univ Nac Cuyo) – CAB
- Carreras de Grado - Carreras de Posgrado
- Lic. en Física - Maestría en Física / Física Médica
- Ing. Nuclear - Maestría en Ingeniería
- Ing. Mecánica - Doctorado en Física / Ingeniería
– Instituto Jorge Sábato (CNEA – Univ Nac San Martín) – CAC
- Carreras de Grado - Carreras de Posgrado
- Ing en Materiales - Maestría en Ciencia y Tecnología de los Mat.
- Doctorado en Ciencia y Tecnología (Mat / Fís)
– Instituto Dan Beninson (CNEA – Univ Nac San Martín) – CAE
- Carreras de Posgrado
- Especialización en Radioquímica
- Especialización en Reactores Nucleares
- Tecnicatura en Medicina Nuclear
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