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Componentes o Partes del Núcleo de un Reactor Nuclear

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Componentes o Partes del Núcleo de un Reactor NuclearEl núcleo es la parte del reactor donde se produce y se mantiene la reacción nuclear en cadena. Su objetivo es calentar el agua del circuito primario. Se diseña para operar de forma segura y controlada, de modo que se maximice la cantidad de energía extraída del combustible.

Cada componente del núcleo del reactor juega un papel importante en la generación de calor.

Un reactor nuclear de fisión consta de las siguientes partes esenciales:

Combustible

El combustible de un reactor nuclear es un material fisionable en cantidades tales que se alcance la masa crítica, y colocado de tal forma que sea posible extraer rápidamente el calor que se produce en su interior debido a la reacción nuclear en cadena.

Los combustibles empleados en las centrales nucleares están en forma sólida, aunque varían desde el dióxido de uranio cerámico ligeramente enriquecido, uranio en tubos de aleación de magnesio hasta dióxido de uranio enriquecido o natural en tubos de aleación de zirconio, todo depende del tipo de reactor.

En general, un elemento de combustible está constituido por una disposición cuadrangular de las varillas del combustible, aunque debe mencionarse la disposición hexagonal del reactor ruso de agua a presión VVER.

Sujetando los tubos guía a las rejillas de soporte de combustible se consigue que los centros de las varillas de combustible y los tubos guía estén a la misma distancia. Todos los elementos de combustible tienen el mismo diseño mecánico. Algunos contienen haces de barras de control y otros contienen venenos consumibles o fuentes neutrónicas.

Para asegurar la calidad de los elementos de combustible, se realizan numerosas inspecciones y ensayos tanto de las materias primas como del producto final.

Datos Adicionales del Combustible: Isótopo fisionable (divisible) o fértil (convertible en fisionable por activación neutrónica): Uranio-235, Uranio-238, plutonio-239, Torio-232, o mezclas de estos (MOX, Mezcla de óxidos de uranio y plutonio). El combustible habitual en las centrales refrigeradas por agua ligera es el dióxido de uranio enriquecido, en el que alrededor del 3% de los núcleos de uranio son de U-235 y el resto de U-238. La proporción de U-235 en el uranio natural es sólo de 0.72%, por lo que es necesario someterlo a un proceso de enriquecimiento en este nucleido.

 

Barras de control

Los haces de barras de control proporcionan un medio rápido para el control de la reacción nuclear, permitiendo efectuar cambios rápidos de potencia del reactor y su parada eventual en caso de emergencia. Están fabricadas con materiales absorbentes de neutrones (carburo de boro o aleaciones de plata, indio y cadmio, entre otros) y suelen tener las mismas dimensiones que los elementos de combustible. La reactividad del núcleo aumenta o disminuye subiendo o bajando las barras de control, es decir, modificando la presencia de material absorbente de neutrones contenido en ellas en el núcleo.

Para que un reactor funcione durante un periodo de tiempo tiene que tener un exceso de reactividad, que es máximo con el combustible fresco y va disminuyendo con la vida del mismo hasta que se anula, momento en el que se hace la recarga del combustible.

En funcionamiento normal, un reactor nuclear tiene las barras de control total o parcialmente extraídas del núcleo, pero el diseño de las centrales nucleares es tal que ante un fallo en un sistema de seguridad o de control del reactor, siempre actúa en el sentido de seguridad de reactor introduciéndose totalmente todas las barras de control en el núcleo y llevando el reactor a parada segura en pocos segundos.

Datos Adicionales: Material de control. Cadmio o boro: hace que la reacción en cadena se pare. Son muy buenos absorbentes de neutrones. Generalmente se usan en forma de barras (de acero borado por ejemplo) o bien disuelto en el refrigerante.

 

Moderador

Los neutrones producidos en la fisión tienen una elevada energía en forma de velocidad.

Conviene disminuir su velocidad de modo que aumente la probabilidad de que fisionen otros átomos y no se detenga la reacción en cadena. Esto se consigue mediante choques elásticos de los neutrones con los núcleos del moderador.

Entre los moderadores más utilizados están el agua ligera, el agua pesada y el grafito.

Datos Adicionales del Moderador (nuclear). Agua, agua pesada, grafito, sodio metálico: Cumplen con la función de frenar la velocidad de los neutrones producidos por la fisión, para que tengan la oportunidad de interactuar con otros átomos fisionables y mantener la reacción. Como regla general, a menor velocidad del neutrón, mayor probabilidad de fisionar con otros núcleos del combustible en los reactores que usan uranio 235 como combustible.

 

Refrigerante

La mayor parte de la energía desprendida por fisión es en forma de calor. A fin de poder emplear éste, por el interior del reactor debe pasar un refrigerante que absorba y transporte dicho calor. El refrigerante debe ser anticorrosivo, tener una gran capacidad calorífica y no debe absorber neutrones. Los refrigerantes más usuales son gases, como el anhídrido carbónico y el helio, y líquidos como el agua ligera y el agua pesada. Incluso hay algunos compuestos orgánicos y metales líquidos como el sodio, que también se empleen para este fin.

Datos Adicionales del Refrigerante. Agua, agua pesada, anhídrido carbónico, helio, sodio metálico: Conduce el calor generado hasta un intercambiador de calor, o bien directamente a la turbina generadora de energía eléctrica o propulsión.

 

Reflector

Es una reacción nuclear en cadena, un cierto número de neutrones tiende a escapar de la región donde ésta se produce. Esta fuga neutrónica puede minimizarse con la existencia de un medio reflector, aumentando así la eficiencia del reactor. El medio reflector que rodea al núcleo debe tener una baja sección eficaz de captura para no reducir el número de neutrones y que se reflejen el mayor número posible de ellos.

La elección del material depende del tipo de reactor. Si tenemos un reactor térmico, el reflector puede ser el moderador, pero si tenemos un reactor rápido el material del reflector debe tener una masa atómica grande para que los neutrones se reflejen en el núcleo con su velocidad original (dispersión inelástica).

Datos Adicionales del Reflector. Agua, agua pesada, grafito, uranio: reduce el escape de neutrones y aumenta la eficiencia del reactor.

 

Blindaje

Cuando el reactor esté en operación, se genera gran cantidad de radiación. Es necesaria una protección para aislar a los trabajadores de la instalación de las radiaciones ocasionadas por los productos de fisión. Por ello, se coloca un blindaje biológico alrededor del reactor para interceptar estas emisiones.

Los materiales más usados para construir este blindaje son el hormigón, el agua y el plomo.

Datos Adiconales del Blindaje. Hormigón, plomo, acero, agua: Evita la fuga de radiación gamma y neutrones rápidos.

 

Elementos de Seguridad. Todas las centrales nucleares de fisión, constan en el 2007 de múltiples sistemas, activos (responden a señales eléctricas), o pasivos (actúan de forma natural, por gravedad, por ejemplo). La contención de hormigón que rodea a los reactores es la principal de ellas. Evitan que se produzcan accidentes, o que, en caso de producirse, haya una liberación de radiactividad al exterior del reactor.

 

A continuación la Lista de Piezas o Partes del reactor nuclear de una central ABWR de agua en ebullición diseñada por General Electric-Hitachi, mostrado en el grafico.

1. Vessel Flange and Closure Head
2. Vent and Head Spray
3. Steam Outlet Flow Restrictor
4. RPV Stabilizer
5. Feedwater Nozzle
6. Forged Shell Rings
7. Vessel Support Skirt
8. Vessel Bottom Head
9. RIP Penetrations
10. Thermal Insulation
11. Core Shroud
12. Core Plate
13. Top Guide
14. Fuel Supports
15. Control Rod Drive Housings
16. Control Rod Guide Tubes
17. In Core Housing
18. In-Core Instrument Guide Tubes and Stabilizers
19. Feedwater Sparger
20. High Pressure Core Flooder (HPCF) Sparger
21. HPCF Coupling
22. Low Pressure Flooder (LPFL)
23. Shutdown Cooling Outlet
24. Steam Separators
25. Steam Dryer
26. Reactor Internal Pumps (RIP)
27. RIP Motor Casing
28. Core and RIP Differential Pressure Line
29. Fine Motion Control Rod Drives
30. Fuel Assemblies
31. Control Rods
32. Local Power Range Monitor

1. Unión atornillada de la pared de la vasija con la tapa.
2. Válvula de seguridad.
3. Salida de vapor de agua hacia la turbina.
4. Amortiguador para movimientos sísmicos.
5. Entrada de agua a la caldera.
6. Contenedor de acero forjado.
7. Brida de sujección del reactor.
8. Fondo de la vasija del reactor.
9. Alojamiento de las bombas internas del reactor (RIP).
10. Aislamiento térmico.
11. Pared interna del nucleo del reactor.
12. Placa de soporte del nucleo.
13. Guías superiores.
14. Soporte de las barras de combustible.
15. Alojamiento de las barras de accionamiento.
16. Tubos guía de las barras de control.
17. Anclaje en el fondo del nucleo.
18. Guías de las barras de control.
19. Tubos de la caldera.
20. Distribuidor del agua a alta presión (HPCF).
21. Entrada del agua a alta presión (HPCF).
22. Entrada de agua a baja presión (LPFL).
23. Salida del agua de refrigeración de emergencia.
24. Vaporizadores.
25. Separadores de vapor.
26. Bombas internas del reactor (RIP).
27. Motor de las bombas internas (RIP).
28. Tubo de equilibrado de presión entre el nucleo y las bombas RIP.
29. Accionamiento de las barras de control.
30. Barras de combustible.
31. Barras de control.
32. Sensor de temperatura.

 

Fuente: Introduccón a los Reactores Nucleares del Foro de la Industria Nuclear Española, General Electric Power, Wikipedia 

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Actualizado ( Jueves, 17 de Marzo de 2011 16:59 )  

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