Estudian en la UNAM sistemas híbridos para generar energía nuclear
•A partir de modelos físico-matemáticos son analizadas las reacciones conjuntas de fisión-fusión en reactores. A futuro, podrían aplicarse para generar energía limpia, aseguró Juan Luis François Lacouture, de la Facultad de Ingeniería
Entre 11 de la mañana y cuatro de la tarde, la sensación de calor nos invade. Aún con cielo nublado, los rayos solares irradian el territorio nacional. Esta energía es generada por el Sol, la mayor fuente de radiación electromagnética de nuestro sistema, debido a las reacciones de fusión termonuclear en su núcleo.
Actualmente, la generación de electricidad en centrales nucleares se sustenta en la fisión, proceso en el que un átomo grande es dividido en dos para crear gran cantidad de energía; no obstante, produce residuos clasificados como de alto nivel, una de las causas principales del rechazo por esta alternativa.
Diversos grupos de investigación en el mundo trabajan en líneas orientadas a utilizar los fundamentos nucleares, con la finalidad de desarrollar tecnología para la producción de electricidad.
En la UNAM, Juan Luis François Lacouture, de la Facultad de Ingeniería (FI) y Julio Herrera, del Instituto de Ciencias Nucleares (ICN), en colaboración con Martín Nieto, del Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada (CICATA), Querétaro, consolidan indagaciones en este rubro, para diseñar sistemas híbridos de fisión-fusión.
Mediante modelos físico-matemáticos, simulan la trayectoria de millones de neutrones en esas reacciones, a fin de aplicar este conocimiento en tecnología para producir energía limpia.
En el centro de los sistemas sucedería la fusión. Los neutrones de alta energía en una fuente compacta, se desplazarían hasta encontrar una “cobija” que rodea la fuente, y producirían las fisiones que liberan energía.
Así, el combustible gastado –que constituye actualmente los residuos de alta actividad nuclear- podría reutilizarse o desintegrarse en elementos más sencillos, con menor radiactividad; al conjuntar estas características, se reducirían los elementos radiotóxicos. El interés final de los trabajos es obtener la incineración de los desechos de alto nivel.
Con un diseño adecuado, estos dispositivos tendrían la capacidad de producir combustible durante miles de años y, a la vez, de disminuir residuos de alta radiactividad. Serían sostenibles por garantizar mejores condiciones futuras, y por ser un recurso prácticamente infinito. Desde el punto de vista de la sostenibilidad, constituyen uno de los conceptos más alentadores, aseguró François Lacouture.
Supercómputo
Hace siglos, los mayas predijeron con exactitud una serie de eventos astronómicos, como el tránsito de Venus. A la par, dominaron otras áreas del conocimiento, como el cálculo relacionado con el dominio del tiempo. El legado arquitectónico de Kan Balam, gobernante de Palenque, es ejemplo de ello.
En su honor, la Universidad Nacional nombró así a su poderosa supercomputadora, capaz de realizar, simultáneamente, 7.113 billones de operaciones matemáticas por segundo. Cuenta con mil 368 procesadores, memoria RAM de tres mil 016 gigabytes y un sistema de almacenamiento de 160 mil gigabytes. Es utilizada en investigaciones de química cuántica, ingeniería sísmica, geología, astrofísica y física de partículas, entre otras.
François Lacouture explicó que en los estudios del sistema híbrido se ha dispuesto de la capacidad de Kan Balam. El modelo físico-matemático, basado en el método de Monte Carlo, simula la trayectoria de los neutrones, y cuantifica las reacciones nucleares que tienen lugar en el sistema híbrido de fisión-fusión.
El azar juega un papel preponderante, como en el casino al que alude su nombre. Aleatoriamente, como en un juego de ruleta, define, por ejemplo, el ángulo con el que sale dispersado un neutrón después de un choque, su trayectoria y posible interacción con otros elementos, ejemplificó.
“Es como si hiciéramos un experimento en vivo. Por ejemplo, podemos calcular el número de neutrones generados en las reacciones de fisión en cadena y la energía que libera, con base en distribuciones de probabilidad. Así, como en un experimento, mientras más datos obtengamos, mejor será el resultado”.
Energía limpia
El ingeniero nuclear recordó que los reactores actuales de fisión producen combustible gastado de alta radiactividad. En algunos países, como Francia, se somete a un método de reprocesamiento, que separa los productos para su confinamiento, que pueden ser utilizados nuevamente como combustible, como el plutonio.
En un sistema híbrido, los desechos de la fisión de los reactores actuales serían transformados en elementos de menor radiactividad, lo que podría disminuir el volumen de los residuos que deben confinarse definitivamente, destacó.
Gracias a los neutrones de alta energía, provenientes de la fusión, podría incinerarse plutonio de alta radiactividad, o utilizarlo en la producción de nuevo combustible, según como se realice el diseño del sistema. Las simulaciones, de bajo costo, comparado con instalaciones experimentales, permiten una aproximación al funcionamiento de estos dispositivos.
El grupo de expertos trabaja en el perfeccionamiento del modelo físico-matemático, y en la interacción con grupos de investigación de otros países, enfocados en cuestiones experimentales. A futuro, el objetivo es validar los resultados obtenidos, finalizó.
Juan Luis François Lacouture, de la Facultad de Ingeniería de la UNAM.
29 de diciembre de 2012
•A partir de modelos físico-matemáticos son analizadas las reacciones conjuntas de fisión-fusión en reactores. A futuro, podrían aplicarse para generar energía limpia, aseguró Juan Luis François Lacouture, de la Facultad de Ingeniería
Entre 11 de la mañana y cuatro de la tarde, la sensación de calor nos invade. Aún con cielo nublado, los rayos solares irradian el territorio nacional. Esta energía es generada por el Sol, la mayor fuente de radiación electromagnética de nuestro sistema, debido a las reacciones de fusión termonuclear en su núcleo.
Actualmente, la generación de electricidad en centrales nucleares se sustenta en la fisión, proceso en el que un átomo grande es dividido en dos para crear gran cantidad de energía; no obstante, produce residuos clasificados como de alto nivel, una de las causas principales del rechazo por esta alternativa.
Diversos grupos de investigación en el mundo trabajan en líneas orientadas a utilizar los fundamentos nucleares, con la finalidad de desarrollar tecnología para la producción de electricidad.
En la UNAM, Juan Luis François Lacouture, de la Facultad de Ingeniería (FI) y Julio Herrera, del Instituto de Ciencias Nucleares (ICN), en colaboración con Martín Nieto, del Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada (CICATA), Querétaro, consolidan indagaciones en este rubro, para diseñar sistemas híbridos de fisión-fusión.
Mediante modelos físico-matemáticos, simulan la trayectoria de millones de neutrones en esas reacciones, a fin de aplicar este conocimiento en tecnología para producir energía limpia.
En el centro de los sistemas sucedería la fusión. Los neutrones de alta energía en una fuente compacta, se desplazarían hasta encontrar una “cobija” que rodea la fuente, y producirían las fisiones que liberan energía.
Así, el combustible gastado –que constituye actualmente los residuos de alta actividad nuclear- podría reutilizarse o desintegrarse en elementos más sencillos, con menor radiactividad; al conjuntar estas características, se reducirían los elementos radiotóxicos. El interés final de los trabajos es obtener la incineración de los desechos de alto nivel.
Con un diseño adecuado, estos dispositivos tendrían la capacidad de producir combustible durante miles de años y, a la vez, de disminuir residuos de alta radiactividad. Serían sostenibles por garantizar mejores condiciones futuras, y por ser un recurso prácticamente infinito. Desde el punto de vista de la sostenibilidad, constituyen uno de los conceptos más alentadores, aseguró François Lacouture.
Supercómputo
Hace siglos, los mayas predijeron con exactitud una serie de eventos astronómicos, como el tránsito de Venus. A la par, dominaron otras áreas del conocimiento, como el cálculo relacionado con el dominio del tiempo. El legado arquitectónico de Kan Balam, gobernante de Palenque, es ejemplo de ello.
En su honor, la Universidad Nacional nombró así a su poderosa supercomputadora, capaz de realizar, simultáneamente, 7.113 billones de operaciones matemáticas por segundo. Cuenta con mil 368 procesadores, memoria RAM de tres mil 016 gigabytes y un sistema de almacenamiento de 160 mil gigabytes. Es utilizada en investigaciones de química cuántica, ingeniería sísmica, geología, astrofísica y física de partículas, entre otras.
François Lacouture explicó que en los estudios del sistema híbrido se ha dispuesto de la capacidad de Kan Balam. El modelo físico-matemático, basado en el método de Monte Carlo, simula la trayectoria de los neutrones, y cuantifica las reacciones nucleares que tienen lugar en el sistema híbrido de fisión-fusión.
El azar juega un papel preponderante, como en el casino al que alude su nombre. Aleatoriamente, como en un juego de ruleta, define, por ejemplo, el ángulo con el que sale dispersado un neutrón después de un choque, su trayectoria y posible interacción con otros elementos, ejemplificó.
“Es como si hiciéramos un experimento en vivo. Por ejemplo, podemos calcular el número de neutrones generados en las reacciones de fisión en cadena y la energía que libera, con base en distribuciones de probabilidad. Así, como en un experimento, mientras más datos obtengamos, mejor será el resultado”.
Energía limpia
El ingeniero nuclear recordó que los reactores actuales de fisión producen combustible gastado de alta radiactividad. En algunos países, como Francia, se somete a un método de reprocesamiento, que separa los productos para su confinamiento, que pueden ser utilizados nuevamente como combustible, como el plutonio.
En un sistema híbrido, los desechos de la fisión de los reactores actuales serían transformados en elementos de menor radiactividad, lo que podría disminuir el volumen de los residuos que deben confinarse definitivamente, destacó.
Gracias a los neutrones de alta energía, provenientes de la fusión, podría incinerarse plutonio de alta radiactividad, o utilizarlo en la producción de nuevo combustible, según como se realice el diseño del sistema. Las simulaciones, de bajo costo, comparado con instalaciones experimentales, permiten una aproximación al funcionamiento de estos dispositivos.
El grupo de expertos trabaja en el perfeccionamiento del modelo físico-matemático, y en la interacción con grupos de investigación de otros países, enfocados en cuestiones experimentales. A futuro, el objetivo es validar los resultados obtenidos, finalizó.
Juan Luis François Lacouture, académico de la Facultad de Ingeniería de la UNAM.
22 de marzo de 2011
• Es necesario construir las plantas nucleares con nuevas normas, que aseguren el material radiactivo dentro del reactor y minimicen los daños ambientales y poblacionales, consideró Juan Luis François Lacouture, académico de la Facultad de Ingeniería de la UNAM
La situación de alarma por los reactores afectados de la central de Fukushima, no puede calificarse como desastre nuclear. A diferencia del accidente en Chernóbil, Ucrania, ocurrido en 1986, se han seguido los procedimientos de seguridad, afirmó Juan Luis François Lacouture, académico de la Facultad de Ingeniería (FI) de la UNAM.
Es necesario construir las plantas nucleares con nuevas normas, que aseguren el material radiactivo dentro del reactor y minimicen los daños ambientales y poblacionales, detalló.
Las instalaciones de la ciudad japonesa soportaron el sismo de nueve grados Richter registrado en la costa Pacífico de la región de Tohoku, pero el tsunami posterior complicó el funcionamiento de sus dispositivos. Fue necesario inyectarles agua de mar y ácido bórico, para buscar su estabilización, detalló.
En la ponencia En espera de la primavera en Fukushima, el experto en ingeniería nuclear refirió que el daño registrado en la central nuclear servirá para mejorar las condiciones de los 435 reactores en funcionamiento alrededor del orbe, que producen el 15 por ciento de la electricidad que se consume en el planeta.
¿Cómo funciona una planta nuclear?
En un reactor se produce el proceso de fisión, mediante el cual un neutrón choca con el núcleo de un átomo de uranio, que se rompe en dos y libera energía; esto produce también elementos radiactivos, los productos de fisión, en una secuencia continua, conocida como reacción de fisión en cadena sostenida.
Se origina a partir de pastillas cerámicas de dióxido de uranio enriquecido, con un centímetro de diámetro, apiladas en tubos, que forman ensambles de combustible. Se colocan en el núcleo del reactor, donde se provocan las fisiones, dentro de una gran vasija de presión con agua, explicó.
El líquido en el dispositivo pasa por la vasija. En este proceso, se produce vapor que alimentará la turbina, para la generación de electricidad; éste se traslada a los condensadores y regresa al reactor para cerrar el ciclo termodinámico, como el utilizado en las plantas termoeléctricas convencionales.
La instalación cuenta con barreras, para evitar el escape de radiactividad. La primera es la pastilla de combustible, fabricada para soportar altas temperaturas; enseguida, los tubos con aleación de circonio; la siguiente es la vasija; posteriormente, está la contención primaria, una estructura de concreto armado, de metro y medio de espesor, y por último, el edificio, del mismo material.
Seguridad en el reactor
La fisión es controlada con barras de metal que absorben los neutrones. En un accidente, se apaga el reactor, como ocurrió en la central de Fukushima. En este punto, se genera alrededor del siete por ciento de la potencia original del dispositivo, que produce calor debido al decaimiento radiactivo de los productos de fisión.
Para prevenir daños es necesario conservar refrigerados el reactor y las albercas donde se almacenan las barras de combustible usadas. En caso de no mantenerlos fríos, existe un riesgo mayor de fuga de elementos radiactivos a la atmósfera.
Japón
El universitario recordó que las unidades I y III de la central de Fukushima están en el nivel cuatro, de la Escala Internacional de Accidentes Nucleares, que refiere a un suceso de consecuencias locales.
Los reactores se apagaron en el terremoto del 11 de marzo y el tsunami posterior arrastró los sistemas de suministro de combustible de los generadores diésel de emergencia; sin embargo, el sistema de refrigeración del núcleo aislado siguió en funcionamiento por ocho horas más, hasta que se agotaron las baterías que lo activaban.
Después, el nivel de agua en el núcleo comenzó a disminuir, lo que generó más vapor. Al entrar en contacto con los tubos de circonio, produjo hidrógeno y se venteó hacia la contención secundaria para disminuir la presión.
En la contención secundaria, el hidrógeno reacciona con el aire y explota; la estructura se debilita en la parte superior por estas detonaciones, pero la base, de concreto armado, aún permanece sólida, precisó.
Como una medida de prevención, en un radio de 20 kilómetros, se desalojó a los pobladores para evitar daños. Se suministraron pastillas de yoduro de potasio, para impedir el deterioro de la tiroides por absorción de yodo radiactivo, sustancia que tiene una vida media de ocho días, detalló.
La contaminación nuclear en las grandes ciudades, como Tokio, no representa un peligro. El nivel de radiación es menor en 600 veces a la dosis recibida en la obtención de una radiografía médica.
Los mayores accidentes nucleares en la historia han sido: Chernóbil, Ucrania, en 1986, de nivel siete; Mayak, Rusia, en 1957, de nivel seis; Windscale, Inglaterra, en 1957, de nivel cinco, y Three Mile Island, en Estados Unidos, en 1979, también de nivel cinco.
Créditos: UNAM-DGCS-169-2011/unam.mx
Investigaciones universitarias, cultura, ciencia, noticias y contenidos de interés. Puebla, México.
