How do nuclear power plants work? - M. V. Ramana and Sajan Saini

¿Cómo funcionan las centrales nucleares? - M. V. Ramana y Sajan Saini

Traductor: Lidia Cámara de la Fuente Revisor: Sebastian Betti

On a December afternoon in Chicago during the middle of World War II,

En una tarde de diciembre en Chicago en la mitad de la II Guerra Mundial,

scientists cracked open the nucleus at the center of the uranium atom

unos científicos descubrieron el núcleo en el centro del átomo de uranio

and turned nuclear mass into energy over and over again.

y convirtieron la masa nuclear en energía, una y otra vez.

They did this by creating for the first time

Hicieron esto creando por primera vez

a chain reaction inside a new engineering marvel:

una reacción en cadena dentro de una nueva maravilla de la ingeniería:

the nuclear reactor.

El reactor nuclear.

Since then, the ability to mine great amounts of energy from uranium nuclei

Desde entonces, la capacidad de extraer grandes cantidades de energía

a partir de núcleos de uranio ha llevado a algunos a considerar la energía nuclear

has led some to bill nuclear power

as a plentiful utopian source of electricity.

como una abundante fuente utópica de electricidad.

A modern nuclear reactor generates enough electricity from one kilogram of fuel

Un reactor nuclear moderno genera suficiente electricidad

to power an average American household for nearly 34 years.

con 1 kg de combustible

para una casa estadounidense promedio durante casi 34 años.

But rather than dominate the global electricity market,

Pero en lugar de dominar el mercado mundial de la electricidad,

nuclear power has declined from an all-time high of 18% in 1996

la energía nuclear ha disminuido de un máximo histórico de 18 % en 1996

to 11% today.

al 11 % en la actualidad.

And it's expected to drop further in the coming decades.

Y se espera que disminuya aún más en las próximas décadas.

What happened to the great promise of this technology?

¿Qué pasó con la gran promesa de esta tecnología?

It turns out nuclear power faces many hurdles,

Resulta que la energía nuclear enfrenta muchos obstáculos,

including high construction costs

incluyendo altos costos de construcción

and public opposition.

y la oposición pública.

And behind these problems lie a series of unique engineering challenges.

Y tras estos problemas hay una serie de desafíos de ingeniería únicos.

Nuclear power relies on the fission of uranium nuclei

La energía nuclear se basa en la fisión de núcleos de uranio

and a controlled chain reaction

y en una reacción en cadena controlada

that reproduces this splitting in many more nuclei.

que reproduce esta división en muchos más núcleos.

The atomic nucleus is densely packed with protons and neutrons

El núcleo atómico está densamente poblado de protones y neutrones

bound by a powerful nuclear force.

sujetos a una poderosa fuerza nuclear.

Most uranium atoms have a total of 238 protons and neutrons,

La mayoría de los átomos de uranio tienen un total de 238 protones y neutrones,

but roughly one in every 140 lacks three neutrons,

pero aproximadamente 1 de cada 140 carece de tres neutrones,

and this lighter isotope is less tightly bound.

y este isótopo ligero está menos estrechamente sujeto.

Compared to its more abundant cousin,

Comparado con su primo más abundante,

a strike by a neutron easily splits the U-235 nuclei

el impacto de un neutrón divide fácilmente los núcleos U-235

into lighter, radioactive elements called fission products,

en elementos radiactivos más ligeros llamados productos de fisión,

in addition to two to three neutrons,

además de dos a tres neutrones,

gamma rays,

rayos gamma,

and a few neutrinos.

y algunos neutrinos.

During fission, some nuclear mass transforms into energy.

Durante la fisión, algo de masa nuclear se transforma en energía.

A fraction of the newfound energy powers the fast-moving neutrons,

Una fracción de la nueva energía activa el movimiento rápido de los neutrones,

and if some of them strike uranium nuclei,

y si algunos de ellos ataca núcleos de uranio,

fission results in a second larger generation of neutrons.

la fisión da lugar a una segunda generación más grande de neutrones.

If this second generation of neutrons strike more uranium nuclei,

Si esta segunda generación de neutrones impacta más núcleos de uranio,

more fission results in an even larger third generation, and so on.

habrá más fisión en una aún ya mayor tercera generación, y así sucesivamente.

Pero dentro de un reactor nuclear,

But inside a nuclear reactor,

this spiraling chain reaction is tamed using control rods

esta espiral de reacción en cadena se controla usando varillas de control

made of elements that capture excess neutrons and keep their number in check.

hechas de elementos que captan el exceso de neutrones

manteniendo su número bajo control con una reacción en cadena controlada,

With a controlled chain reaction,

a reactor draws power steadily and stably for years.

Un reactor atrae energía de manera estable durante años.

The neutron-led chain reaction is a potent process driving nuclear power,

La reacción en cadena de los neutrones es un potente proceso

que impulsa la energía nuclear,

but there's a catch that can result

pero hay un problema de captura que puede surgir

in unique demands on the production of its fuel.

en la producción de su combustible.

It turns out, most of the neutrons emitted from fission have too much kinetic energy

La mayoría de los neutrones emitidos por fisión tienen demasiada energía cinética

to be captured by uranium nuclei.

para poder ser capturados por los núcleos de uranio.

The fission rate is too low and the chain reaction fizzles out.

La tasa de fisión es demasiado baja y la reacción en cadena se desvanece.

The first nuclear reactor built in Chicago used graphite as a moderator

El primer reactor nuclear construido en Chicago usó grafito como moderador

to scatter and slow down neutrons just enough

para dispersar y ralentizar los neutrones lo suficiente

to increase their capture by uranium and raise the rate of fission.

para aumentar su captura por uranio y aumentar la tasa de fisión.

Modern reactors commonly use purified water as a moderator,

Los reactores modernos usan agua purificada como moderador,

but the scattered neutrons are still a little too fast.

pero los neutrones dispersos todavía son demasiado rápidos.

To compensate and keep up the chain reaction,

para compensar y mantener la reacción en cadena.

the concentration of U-235 is enriched

La concentración de U-235 se enriquece

to four to seven times its natural abundance.

a cuatro o siete veces su abundancia natural.

Today, enrichment is often done by passing a gaseous uranium compound

Hoy el enriquecimiento se hace a menudo pasando un compuesto de uranio gaseoso

through centrifuges

a través de centrifugadoras

to separate lighter U-235 from heavier U-238.

para separar el U-235 más ligero del U-238 más pesado.

Pero el mismo proceso puede continuar para enriquecer en gran medida el U-235

But the same process can be continued to highly enrich U-235

up to 130 times its natural abundance

hasta 130 veces su abundancia natural

and create an explosive chain reaction in a bomb.

y crear una reacción en cadena explosiva en una bomba.

Methods like centrifuge processing must be carefully regulated

Métodos como procesamiento centrífugo debe ser cuidadosamente regulado

to limit the spread of bomb-grade fuel.

para limitar la propagación de combustible de grado de bomba.

Remember, only a fraction of the released fission energy

Recuerda, solo una fracción de la energía de fisión liberada

goes into speeding up neutrons.

va a acelerar los neutrones.

Most of the nuclear power goes into the kinetic energy of the fission products.

La mayor parte de la energía nuclear

entra en la energía cinética de los productos de fisión.

Those are captured inside the reactor as heat by a coolant,

Estos son capturados dentro del reactor como calor por un refrigerante,

generalmente agua purificada.

usually purified water.

This heat is eventually used to drive an electric turbine generator by steam

Este calor se usa al final

para impulsar un generador eléctrico con turbina de vapor

just outside the reactor.

justo fuera del reactor.

Water flow is critical not only to create electricity,

El flujo de agua es fundamental no solo para crear electricidad,

but also to guard against the most dreaded type of reactor accident,

sino también para protegerse contra el más temido tipo de accidente del reactor,

the meltdown.

la fusión.

If water flow stops because a pipe carrying it breaks,

Si el flujo de agua se detiene porque un tubo que lo lleva se rompe,

or the pumps that push it fail,

o las bombas que lo impulsan fallan,

the uranium heats up very quickly and melts.

el uranio se calienta muy rápidamente y se derrite.

Durante una crisis nuclear,

During a nuclear meltdown,

radioactive vapors escape into the reactor,

los vapores radiactivos escapan del reactor,

and if the reactor fails to hold them,

y si el reactor no las atrapa,

a steel and concrete containment building is the last line of defense.

un edificio de contención de acero y hormigón es la última línea de defensa.

Pero si la presión del gas radiactivo es demasiado alta,

But if the radioactive gas pressure is too high,

containment fails and the gasses escape into the air,

la contención falla y los gases escapan al aire,

spreading as far and wide as the wind blows.

quedando a merced del viento.

The radioactive fission products in these vapors

Los productos de fisión radiactiva en estos vapores

eventually decay into stable elements.

al final se descomponen en elementos estables.

While some decay in a few seconds,

Mientras que algunos se descomponen en unos pocos segundos,

others take hundreds of thousands of years.

otros necesitan cientos de miles de años.

El desafío más grande para un reactor nuclear

The greatest challenge for a nuclear reactor

is to safely contain these products

es contener con seguridad estos productos

and keep them from harming humans or the environment.

y evitar que lesionen a los humanos o el medio ambiente.

Containment doesn't stop mattering once the fuel is used up.

La contención no deja de importar una vez que el combustible se agota.

In fact, it becomes an even greater storage problem.

De hecho, se convierte en un problema de almacenamiento aún mayor.

Cada uno o dos años,

Every one to two years,

some spent fuel is removed from reactors

algunos combustibles gastados se eliminan de los reactores

and stored in pools of water that cool the waste

y son almacenados en piscinas de agua que enfrían los residuos

and block its radioactive emissions.

y bloquean sus emisiones radiactivas.

The irradiated fuel is a mix of uranium that failed to fission,

El combustible irradiado es una mezcla de uranio que falló en la fisión,

fission products,

productos de fisión,

and plutonium, a radioactive material not found in nature.

y de plutonio, un material radiactivo que no se da en la naturaleza.

This mix must be isolated from the environment

Esta mezcla debe aislarse del medioambiente

until it has all safely decayed.

hasta que todo se haya descompuesto.

Muchos países proponen almacenamiento en túneles profundos en lugares subterráneos,

Many countries propose deep time storage in tunnels drilled far underground,

pero hasta ahora no se ha construido ninguno,

but none have been built,

and there's great uncertainty about their long-term security.

y hay una gran incertidumbre sobre su seguridad a largo plazo.

How can a nation that has existed for only a few hundred years

¿Cómo puede una nación que existe hace solo unos cientos de años

plan to guard plutonium through its radioactive half-life

pensar en conservar el plutonio que tiene una sobrevida radioactiva

of 24,000 years?

de 24 000 años?

Today, many nuclear power plants sit on their waste, instead,

Hoy muchas centrales nucleares se asientan sobre sus residuos,

storing them indefinitely on site.

almacenándolos indefinidamente en el sitio.

Apart from radioactivity, there's an even greater danger with spent fuel.

Aparte de la radiactividad hay un peligro aún mayor con el combustible gastado.

Plutonium can sustain a chain reaction

El plutonio puede sostener una reacción en cadena

and can be mined from the waste to make bombs.

y se pueden extraer de los residuos para hacer bombas.

Almacenar el combustible gastado

Storing spent fuel is thus not only a safety risk for the environment,

no es solo un riesgo de seguridad para el medioambiente,

but also a security risk for nations.

sino también un riesgo de seguridad para las naciones.

¿Quiénes deberían ser los guardianes para protegerlo?

Who should be the watchmen to guard it?

Visionary scientists from the early years of the nuclear age

Científicos visionarios de los primeros años de la era nuclear

pioneered how to reliably tap the tremendous amount of energy

vieron la forma de aprovechar la tremenda cantidad de energía

inside an atom -

dentro de un átomo

as an explosive bomb

como bomba explosiva

and as a controlled power source with incredible potential.

y como una fuente de energía controlada con un potencial increíble.

Pero sus sucesores han aprendido humildemente

But their successors have learned humbling insights

about the technology's not-so-utopian industrial limits.

los límites industriales de una tecnología no tan utópica.

Mining the subatomic realm makes for complex, expensive, and risky engineering.

Extraer del reino subatómico

es una ingeniería compleja, costosa y arriesgada.