1 de agosto de 2018

Transcripción

1 ENERGÍA NUCLEAR Y DEFENSA 1 de agosto de 2018 o.azpitarte@gmail.com

2 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 2

3 Conceptos básicos de física nuclear Reacciones químicas Combinación o redistribución de átomos para formar nuevas moléculas Hay intercambio de electrones Reacciónes nucleares 2 H 2 + O 2 2 H 2 O (exotérmicas o endotérmicas) Combustión Explosiones convencionales Combinación o redistribución de nucleones (protones o neutrones) para formar nuevos átomos He 4 2 N 14 7 F 18 9 O H E 3

4 Conceptos básicos de física nuclear Reacción nuclear de fisión fragmento de fisión (radiactivo) neutrón uranio 235 físil segundos núcleo compuesto fragmento de fisión (radiactivo) energía 2 o 3 neutrones 4

5 Conceptos básicos de física nuclear Reacción de fisión en cadena energía 5

6 Conceptos básicos de física nuclear Reacción nuclear de fusión 6

7 Conceptos básicos de física nuclear De dónde proviene la energía nuclear E = m c 2 Energía = masa (velocidad de la luz) 2 7

8 Conceptos básicos de física nuclear Materiales físiles pueden fisionar: U , U92, Pu94 Materiales fértiles dan lugar a materiales físiles: U n Pu94 Th n U92 Uranio natural 99.3 % U % U 235 Masa crítica mínima cantidad de material físil que puede sostener reacción de fisión en cadena Mc ~ 10 kg 8

9 Conceptos básicos de física nuclear Obtención de material físil U 235 Uso bélico : 90 % U % U 238 Uso pacífico : hasta 20 % U % U 238 Métodos físicos Difusión gaseosa Ultracentrifugación Pu 239 Método químico : reprocesamiento de combustible nuclear quemado 9

10 Usos de la energía nuclear Usos bélicos Cabezas nucleares de fisión : U 235 (Hiroshima) o Pu 239 (Nagasaki) Cabezas nucleares de fusión: H 2 (Deuterio) y H 3 (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 10

11 Usos bélicos de la energía nuclear Cabeza nuclear de fisión Ensamble cañón (gun-triggered) bala de 235U esfera subcrítica de 235U con fuente de neutrones en su interior explosivo convencional 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

12 Usos Técnicas bélicos de la ensamblado energía nuclear Cabeza nuclear de fisión - Ensamble implosión esfera hueca de 239Pu fuente de neutrones de polonio-berilio reflector de 235U explosivo convencional Fat Man, 20kt, bomba arrojada sobre Nagasaki, 1945

13 Usos bélicos de la energía nuclear Cabeza nuclear de fusión bomba de fisión dispositivo iniciador fisión del 239Pu genera neutrones que reaccionan con el litio produciendo tritio blindaje de 238U eje de 239Pu rayos x comprimen el deuteriuro de litio reacciones de fusión deuteriuro de litio

14 Fallout - dispersión de residuos hacia estratósfera Pulso electromagnético Bola de fuego ascendente Radiación instantánea Blast Onda de choque Onda térmica Onda de succión Fallout - dispersión de residuos local Test Stokes - USA

15 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 (Co 60 ) 15

16 Usos pacíficos de la energía nuclear Reactores nucleares de fisión 2 Tipos: Uranio enriquecido al 4% de U H 2 O Uranio natural, 0.7% de U D 2 O 16

17 Usos pacíficos de la energía nuclear Reactores nucleares de fusión ? 17

18 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) 18

19 La energía nuclear en el mundo 19

20 La energía nuclear en el mundo El Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA IAEA) Fundado en 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) 20

21 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 21

22 La energía nuclear en Argentina Reactores argentinos de potencia (U natural + D 2 O) 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 22

23 La energía nuclear en Argentina ATUCHA I y II 23

24 La energía nuclear en Argentina EMBALSE 24

25 La energía nuclear en Argentina Reactores Experimentales RA0 : Univ. Nac. Córdoba RA1 : Ctro. At. Constituyentes RA3 : Ctro. At. Ezeiza RA4 : Univ. Nac. Rosario RA6 : Ctro. At. Bariloche RA8 : Complejo Téc. Pilcaniyeu 25

26 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% U 235 ) agua liviana (H 2 O) 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? 26

27 La energía nuclear en Argentina Proyecto Reactor CAREM Diseño PWR tradicional Diseño PWR integrado - CAREM 27

28 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 28

29 01 de agosto de 2018 URL CEPTM Secretaría