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Subject's code : 28806108
En este bloque al ser de ciencia, se hablará de fenómenos sin hacer mención alguna a si tendrán o no utilización práctica. Será un bloque temático de ciencia muy básica, el tratamiento de los fenómenos será fundamentalmente descriptivo, se introducirán los conceptos básicos de la ciencia/física nuclear, y aprovecharemos para recalcar como estos quedan fuera del campo de la física clásica.
Los dos fenómenos tratados en este bloque han sido seleccionados por haber dado lugar al desarrollo de aplicaciones tecnológicas: radiactividad y radiación, por una parte, y de reacciones nucleares por otra.
Tema 1. Estructura de la materia y formas de energía.
1.1 Introducción: materia y energía. 1.2 Materia 1.3 La energía: concepto y propiedades. 1.4 Formas de energía: cinética, potencial, térmica, química y nuclear 1.5 Radiación electromagnética. 1.6 Introducción a la mecánica relativista: equivalencia masa-energía y leyes de conservación.
1.6.1 Dinámica de una partícula material. 1.6.2 Unidades de masa y energía: equivalencia entre ellas. 1.6.3 Dinámica de una partícula sin masa. 1.6.4 Sistema aislado de partículas: leyes de conservación en colisiones y desintegraciones. 1.6.5 Energía de enlace de un sistema.
Tema 2. La naturaleza atómica y nuclear de la materia.
2.1 Composición de átomos y núcleos: propiedades generales. 2.2 Los elementos químicos y los isótopos. 2.3 Peso atómico, mol y densidad atómica. 2.4 Energía del átomo y del núcleo: estados excitados y radiación. 2.5 Energía de enlace del núcleo y del átomo. 2.6 Fuerzas en la naturaleza y fuerzas entre nucleones.
Tema 3. Radiactividad y reacciones nucleares.
3.1 Estabilidad nuclear y desintegración radiactiva.
3.1.1 Procesos de desintegración radiactiva. 3.1.2 Ley fundamental de la desintegración radiactiva: cálculos de radiactividad. 3.1.3 Radiactividad natural y artificial.
3.2 Reacciones nucleares
3.2.1 Introducción. 3.2.2 Cinemática de una reacción nuclear. 3.2.3 Sección eficaz microscópica. Tasas de reacción 3.2.4 Sección eficaz macroscópica y recorrido libre medio 3.2.5 Variación de la sección eficaz con la energía. Modelo del núcleo compuesto
Tema 4. Interacción de la radiación con la materia.
4.1 Partículas cargadas.
4.1.1 Mecanismos de interacción: magnitudes caracterizadoras de la pérdida de energía y la penetración en la materia 4.1.2 Interacción de las partículas alfa con la materia. 4.1.3 Interacción de las partículas beta con la materia. 4.1.4 Fragmentos de la reacción de fisión.
4.2 Interacción de los rayos X y gamma con la materia.
4.2.1 Modos de interacción 4.2.2 Algunas implicaciones prácticas asociadas a la fenomenología de los procesos. 4.2.3 Atenuación y absorción de la radiación electromagnética. 4.2.4 Deposición de energía.
4.3 Interacción de los neutrones
4.3.1 Reacciones nucleares con neutrones 4.3.2 Clasificación de reacciones y secciones eficaces. 4.3.3 Tasas de reacción con un flujo de neutrones polienergético.
Tema 5. Fisión nuclear.
5.1 Fisión espontánea y fisión inducida 5.2 Nucleidos fisionables por neutrones. 5.3 Secciones eficaces de fisión inducida por neutrones 5.4 Productos emitidos durante las distintas fases del proceso de fisión inducida por neutrones
5.4.1 Productos de fisión 5.4.2 Neutrones de fisión: inmediatos y diferidos.
5.5 Energía liberada en la fisión: energía total y energía útil.
Tema 6. Fusión nuclear.
6.1 Introducción: La fusión nuclear 6.2 Principios de la fusión nuclear
6.2.1. Reacción de fusión nuclear 6.2.2. Balance energético 6.2.3. Temperatura de ignición 6.2.4. Criterio de Lawson
Bloque dedicado al estudio de la producción de energía eléctrica a partir de la reacción de fisión nuclear, empezando por definir los diversos parámetros nucleares en los que se basa la ingeniería nuclear para la producción de energía eléctrica, para estudiar a continuación la tipología de las centrales nucleares y sus magnitudes básicas y terminar este bloque con el estudio del ciclo del combustible nuclear.
Tema 7. Concepto de reactor nuclear de fisión. Fisión en cadena autosostenida con neutrones.
7.1 Concepto de ciclo neutrónico 7.2 Concepto de criticidad. 7.3 Factor de multiplicación de un medio infinito 7.4 Reactor finito: k efectiva 7.5 Evolución temporal de la población neutrónica 7.6 Potencia del reactor
7.6.1 Potencia neutrónica 7.6.2 Quemado. Consumo de combustible. 7.6.3 Potencia residual
Tema 8. Central nuclear: conversión de la energía nuclear en energía eléctrica.
8.1 Introducción 8.2 Tipología de reactores
8.2.1 Reactores de agua a presión 8.2.2 Reactores de agua en ebullición 8.2.3 Reactores de grafito-gas 8.2.4 Reactores de agua pesada 8.2.5 Reactores rápidos 8.2.6 Reactores híbridos
8.3 Magnitudes básicas de los reactores nucleares
8.3.1 Criticidad y quemado 8.3.2 Autoestabilidad del reactor 8.3.3 Conversión y reproducción en el combustible nuclear
8.4 Sistemas de seguridad
8.4.1 Sistemas relativos a la radiactividad 8.4.2 Sistemas de protección del reactor contra la reactividad
Tema 9. El ciclo de combustible nuclear. Fases pre y post-reactor.
9.1 Introducción
9.2 Descripción básica del ciclo del combustible
a) Materias primas y concentrados b) Conversión c) Enriquecimiento d) Reconversión e) Fabricación f) Quemado en el reactor g) Almacenamiento de combustible irradiado h) Reelaboración Reactores de agua a presión i) Refabricación j) Gestión de residuos
9.3 Alternativas al ciclo del combustible
a) Materias primas b) Reactores c) Otras alternativas
9.4 Diseño del reactor y diseño de ciclos
a) Especificaciones nominales del reactor b) Distribución de potencia y factores asociados c) Cociente mínimo de flujo calorífico d) No fusión del combustible e) Coeficientes de reactividad f) Quemado g) Otros criterios
Se inicia en este bloque un repaso por las principales aplicaciones no energéticas de las radiaciones ionizantes en medicina e industria. Las aplicaciones energéticas, con mucho las más importantes hoy en día, han sido ya tratadas extensamente en el bloque 2 de este mismo texto. El enfoque que se ha pretendido dar a esta sección tiene el objetivo de que el estudiante consiga una cultura general sobre la diversidad de posibilidades prácticas que plantean las radiaciones ionizantes. Esta cultura sobre el tema puede aportar dos beneficios fundamentales:
Tema 10. Aceleradores de partículas.
10.1 Introducción 10.2 Fundamentos de la aceleración de partículas 10.3 Esquemas prácticos de aceleración de partículas 10.4 Grandes aceleradores de investigación
Tema 11. Aplicaciones médicas de los radionucleidos y radiaciones ionizantes.
11.1 Introducción 11.2 Efectos biológicos de las radiaciones ionizantes 11.3 Aplicaciones médicas de diagnóstico 11.4 Aplicaciones médicas de terapia
Tema 12. Producción de radionucleidos y aplicaciones de los mismos y de las radiaciones ionizantes en la industria.
12.1 Introducción. 12.2 Producción de isótopos radiactivos 12.3 Esterilización 12.4 Ensayos no destructivos 12.5 Generación de energía 12.6 Otras aplicaciones industriales de las radiaciones ionizantes
Tema 13. Sistemas de detección y medida de la radiación.
13.1 Introducción 13.2 Detectores de ionización gaseosa 13.3 Detectores de semiconductor 13.4 Detectores de centelleo y termoluminiscencia.
Este bloque habla de los temas relacionados con los riesgos debidos al uso civil de los procesos nucleares. Primero se trata de introducir la Protección Radiológica, disciplina que se ocupa de la medida de las dosis de radiación y del establecimiento de los límites correspondientes. Posteriormente la Seguridad Nuclear, centrada concretamente en las Centrales Nucleares, se presenta como la materia que estudia las condiciones que han de cumplir este tipo de instalaciones para considerarse seguras. Dentro de este contexto de la Seguridad Nuclear es de vital importancia el papel que juega el factor humano y organizacional, y por ello se da especial relevancia a lo que llamamos la Cultura de Seguridad Nuclear. La gestión de residuos radiactivos también forma parte de las consecuencias medioambientales del uso pacífico de la energía nuclear. Finalmente, se introduce el concepto de proliferación de armas nucleares y las medidas en relación con su prevención.
Tema 14. Protección Radiológica.
14.1 Introducción 14.2 Fuentes naturales y artificiales de radiaciones y radiactividad 14.3 Unidades de dosis de radiación 14.4 El objetivo y los principios básicos de la protección radiológica. El establecimiento de los límites de dosis 14.5 El cálculo de la dosis 14.6 Exposición interna 14.7 Medios físicos para la protección frente a las radiaciones ionizantes 14.8 El estudio del impacto radiológico 14.9 Los nuevos estándares de protección radiológica 14.10 Protección contra radiaciones no ionizantes 14.11 Resumen y conclusiones
Tema 15. Seguridad de instalaciones nucleares y radiactivas.
15.1 Introducción 15.2 La "defensa en profundidad" como principio de seguridad nuclear 15.3 La seguridad en el diseño 15.4 La calidad de la construcción 15.5 La explotación segura 15.6 La seguridad de las otras instalaciones nucleares 15.7 La garantía de la seguridad 15.8 La Escala Internacional de Eventos Nucleares 15.9 El accidente de Three Mile Island. Lecciones aprendidas 15.10 El accidente de Chernobyl 15.11 El accidente de Fukushima Daiichi
Tema 16. La Cultura de Seguridad Nuclear
16.1 Introducción (UNIT 1: Introduction) 16.2 Características diferenciadoras de la energía nuclear (UNIT 2: Nuclear energy differentiating characteristics) 16.3 Filosofía básica de la Seguridad Nuclear (UNIT 3: Basic philosophy) 16.4 ¿Cómo afecta mi trabajo a la seguridad? (UNIT 4: How my work affects safety?) 16.5 Evolución del concepto de Defensa en profundidad (UNIT 5: Defense-in-depth concept evolution) 16.6 El reciclaje del Uranio y Plutonio de origen militar en centrales eléctricas 16.7 Resumen y conclusiones
Tema 17. Gestión de residuos radiactivos.
17.1 Introducción 17.2 Origen de los residuos radiactivos 17.3 Clasificación de los residuos radiactivos 17.4 La generación de residuos radiactivos en el ciclo del combustible nuclear 17.5 El transporte de los residuos radiactivos 17.6 Gestión de los residuos de media y baja actividad (RMBA) 17.7 Gestión de residuos de alta actividad. El combustible gastado 17.8 El desmantelamiento de las centrales nucleares. El caso de la C.N. de Vandellós I
Tema 18. Diferenciación entre los usos civiles y militares de los procesos nucleares. La no proliferación y las salvaguardias.
18.1 Diferenciación entre los usos civiles y militares de los procesos nucleares 18.2 Explosivos nucleares 18.3 La cooperación internacional en materia de proliferación 18.4 El Tratado de No Proliferación (NPT) y las salvaguardias 18.5 Materiales fisibles y su uso militar 18.6 El reciclaje del Uranio y Plutonio de origen militar en centrales eléctricas 18.7 Resumen y conclusiones
El quinto y último bloque se centra en el estudio de las posibilidades futuras de la energía nuclear para el abastecimiento energético, pero primeramente se introducen unas nociones más generales sobre los aspectos económicos, estratégicos y medioambientales de la opción nuclear en el marco de la planificación energética. La atención se centra en hablar de reactores avanzados de fisión, de tercera y cuarta generación, sistemas transmutadores y reactores de fusión.
Tema 19. La energía nuclear en la planificación energética: aspectos económicos, medioambientales y estratégicos.
19.1 Introducción 19.2 Aspecto económico
19.2.1 Costes internos o directos 19.2.2 Costes externos o externalidades
19.3 Aspecto estratégico 19.4 Aspecto medioambiental
19.4.1 Protección radiológica 19.4.2 Seguridad nuclear 19.4.3 Gestión de residuos radiactivos
19.5 Conclusiones
Tema 20. Reactores avanzados de fisión nuclear: objetivos de la tercera y cuarta generación de centrales nucleares.
20.1 Introducción 20.2 Reactores de tercera generación
20.2.1 Plan estratégico 20.2.2 Conceptos de reactores avanzados 20.2.3 El reactor EPR 20.2.4 El reactor AP600 20.2.5 El reactor GT-MHR
20.3 Reactores de cuarta generación
20.3.1 El reactor de agua supercrítico (SCWR) 20.3.2 El reactor de muy alta temperatura (VHTR) 20.3.3 El reactor rápido refrigerado al sodio (SFR) 20.3.4 El reactor rápido refrigerado por gas (GFR) 20.3.5 El reactor rápido refrigerado por plomo (LFR) 20.3.6 El reactor de sales fundidos (MSR)
Tema 21. Sistemas transmutadores de residuos nucleares.
21.1 Introducción 21.2 El papel de la transmutación en la gestión de residuos
21.2.1 Residuos de vida larga del combustible irradiado 21.2.2 La transmutación dentro del ciclo de combustible
21.3 Principios de la transmutación
21.3.1 Reacciones de transmutación
21.4 Sistemas transmutadores
21.4.1 La reacción de espalación 21.4.2 Reactores subcríticos asistidos por acelerador
Tema 22. Aprovechamiento de la reacción de fusión nuclear para la producción de energía eléctrica. Conceptos de reactores de fusión
22.1 El ciclo de combustible de fusión
22.1.1 Reacciones de fusión 22.1.2 Combustible 22.1.3 Recursos energéticos
22.2 Fusión por confinamiento magnético (FCM)
22.2.1 Confinamiento del plasma 22.2.2 Calentamiento del plasma 22.2.3 Reactor de fusión por confinamiento magnético
22.3 Fusión por confinamiento inercial (FCI)
22.3.1 Principales fases del proceso de fusión en confinamiento inercial 22.3.2 Método de irradiación 22.3.3 Cápsula de combustible
