Ejemplos de barras de control
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Las barras de control se utilizan en los reactores nucleares para controlar el ritmo de fisión del combustible nuclear (uranio o plutonio). Su composición incluye elementos químicos como el boro, el cadmio, la plata, el hafnio o el indio, capaces de absorber muchos neutrones sin desintegrarse. Estos elementos tienen diferentes secciones transversales de captura de neutrones para neutrones de distintas energías. Los reactores de agua en ebullición (BWR), los reactores de agua a presión (PWR) y los reactores de agua pesada (HWR) funcionan con neutrones térmicos, mientras que los reactores reproductores funcionan con neutrones rápidos. Cada diseño de reactor puede utilizar diferentes materiales para las barras de control en función del espectro energético de sus neutrones. Las barras de control se han utilizado en motores de aviones nucleares como el Proyecto Plutón como método de control.
Las barras de control se insertan en el núcleo de un reactor nuclear y se ajustan para controlar el ritmo de la reacción nuclear en cadena y, por tanto, la potencia térmica del reactor, el ritmo de producción de vapor y la potencia eléctrica de la central.
¿Tienen barras de control las centrales nucleares?
Dentro de la vasija del reactor, las barras de combustible están sumergidas en agua, que actúa como refrigerante y moderador. El moderador ayuda a ralentizar los neutrones producidos por la fisión para mantener la reacción en cadena. Las barras de control pueden introducirse en el núcleo del reactor para reducir la velocidad de reacción o retirarse para aumentarla.
¿Cuántas barras hay en una central nuclear?
A continuación, las barras de combustible se agrupan para formar un elemento combustible. Según el tipo de reactor, cada elemento tiene entre 179 y 264 barras de combustible. Un núcleo de reactor típico contiene entre 121 y 193 elementos combustibles.
Tipos de reactores nucleares
Las barras de control se utilizan en los reactores nucleares para controlar el ritmo de fisión del combustible nuclear (uranio o plutonio). Su composición incluye elementos químicos como el boro, el cadmio, la plata, el hafnio o el indio, capaces de absorber muchos neutrones sin fisionarse. Estos elementos tienen diferentes secciones transversales de captura de neutrones para neutrones de distintas energías. Los reactores de agua en ebullición (BWR), los reactores de agua a presión (PWR) y los reactores de agua pesada (HWR) funcionan con neutrones térmicos, mientras que los reactores reproductores funcionan con neutrones rápidos. Cada diseño de reactor puede utilizar diferentes materiales para las barras de control en función del espectro energético de sus neutrones.
Las barras de control se insertan en el núcleo de un reactor nuclear y se ajustan para controlar la velocidad de la reacción nuclear en cadena y, con ello, la potencia térmica del reactor, la velocidad de producción de vapor y la potencia eléctrica de la central.
El número de barras de control insertadas y la distancia a la que se insertan influyen mucho en la reactividad del reactor. Cuando la reactividad (como factor efectivo de multiplicación de neutrones) es superior a 1, la velocidad de la reacción nuclear en cadena aumenta exponencialmente con el tiempo. Cuando la reactividad es inferior a 1, la velocidad de la reacción disminuye exponencialmente con el tiempo. Cuando todas las barras de control están completamente insertadas, mantienen la reactividad apenas por encima de 0, lo que ralentiza rápidamente un reactor en marcha hasta detenerlo y lo mantiene parado (en parada). Si todas las barras de control están completamente retiradas, la reactividad es significativamente superior a 1, y el reactor funciona rápidamente cada vez más caliente, hasta que algún otro factor ralentiza la velocidad de reacción. Para mantener una potencia constante es necesario que el factor medio de multiplicación de neutrones a largo plazo se mantenga próximo a 1.
Cómo funcionan los reactores nucleares
En general, las centrales nucleares funcionan de forma muy parecida a cualquier central eléctrica ordinaria. Se consume combustible para producir calor, que se aprovecha para hervir agua. El vapor del agua hirviendo hace girar una turbina y se genera electricidad. La diferencia entre una central nuclear y una central “convencional” de combustibles fósiles es la fuente de energía utilizada para hervir el agua. El uso de la energía nuclear presenta considerables ventajas sobre las fuentes convencionales: en este tipo de centrales, el abastecimiento de combustible sólo es necesario una vez cada muchos años, y no se emiten contaminantes al medio ambiente. En cambio, existe un riesgo considerable de contaminación radiactiva en caso de avería de la central. En este artículo repasaré el proceso general de generación de electricidad en los reactores nucleares, haciendo hincapié en los riesgos inherentes. Por último, trataré de explicar los sucesos que condujeron a los grandes fallos en las centrales nucleares japonesas tras la catástrofe del tsunami de marzo de 2011.
¿Qué hacen las barras de control en un reactor nuclear?
Este modelo 3D representa un reactor de agua a presión (PWR) utilizado en la mayoría de las centrales nucleares del mundo. Los PWR son un tipo de reactor de agua ligera (LWR), ya que utilizan agua normal como refrigerante y para la moderación neutrónica. El reactor de una central nuclear es la fuente de calor inicial de la central. El calor se genera en el reactor mediante una reacción nuclear de fisión en cadena, este calor pasa a continuación a un circuito de refrigerante primario y luego a un circuito de refrigerante secundario. El circuito de refrigerante secundario se calienta hasta que hierve y produce vapor, este vapor se entrega a una turbina de vapor, que hace girar el rotor de la turbina. Por último, el rotor de un generador acoplado directamente al rotor de la turbina de vapor también gira, lo que induce corriente eléctrica en el estator del generador, y la energía eléctrica puede enviarse a los consumidores a través de un transformador eléctrico.
El refrigerante primario se calienta en el reactor. El refrigerante calentado por el reactor se denomina “caliente”. El circuito del refrigerante primario caliente se denomina “tramo caliente”. El tramo caliente es la parte del circuito de refrigerante que se extiende desde la salida del refrigerante primario del reactor hasta la entrada del generador de vapor de un solo paso (OTSG). Este reactor tiene dos tramos calientes y, por tanto, dos boquillas de descarga de refrigerante primario.