(reactor nuclear). Véase REACTOR, NUCLEAR.
Componentes básicos de un reactor nuclear
Categoría: Ingeniería nuclear, reactores nucleares y generación de energía
Componentes principales de un reactor nuclear
Un reactor nuclear (Nuclear Reactor) es un sistema diseñado para mantener y controlar una reacción de fisión nuclear en cadena.
Los principales componentes de un reactor típico son:
- Combustible nuclear (Nuclear Fuel)
- Moderador (Moderator)
- Refrigerante (Coolant)
- Barras de control (Control Rods)
- Vasija de presión (Pressure Vessel)
- Generador de vapor (Steam Generator)
- Turbina (Turbine)
- Condensador (Condenser)
- Blindaje biológico (Biological Shield)
- Blindaje biológico. (Biological shielding)
- Barra de control. (Control rod)
- Moderador. (Moderator)
- Elemento combustible. (Fuel element)
- Revestimiento del combustible. (Fuel can / Cladding can)
- Combustible nuclear. (Nuclear fuel)
- Circulador del refrigerante. (Coolant circulator)
- Generador de vapor. (Steam generator)
- Vapor. (Steam)
- Turbina de vapor. (Steam turbine)
- Condensador. (Condenser)
- Agua de refrigeración. (Cooling water)
- Agua de alimentación. (Feed water)
- Bomba de agua de alimentación. (Feed water pump)
- Circuito de refrigeración del reactor. (Reactor cooling circuit)
- Núcleo del reactor. (Reactor core)
- Sistema de generación eléctrica. (Electrical power generation system)
- Intercambiador de calor. (Heat exchanger)
- Sistema de contención. (Containment system)
- Reactor de fisión nuclear. (Nuclear fission reactor)
Figura : componentes básicos de un reactor de fisión.
Combustible nuclear
El combustible nuclear (Nuclear Fuel) contiene materiales físiles como:
- $$
^{235}U
$$
- $$
^{239}Pu
$$
En muchos reactores el combustible se presenta en forma de pequeñas pastillas de óxido de uranio encapsuladas dentro de tubos metálicos.
El revestimiento metálico se denomina:
cladding (Fuel Cladding).
Moderador nuclear
El moderador (Moderator) reduce la velocidad de los neutrones rápidos para aumentar la probabilidad de fisión.
Los moderadores más utilizados son:
- Grafito (Graphite)
- Agua pesada (Heavy Water)
- Agua liviana (Light Water)
Refrigerante
El refrigerante (Coolant) extrae el calor generado en el núcleo del reactor.
Puede utilizarse:
- Dióxido de carbono (CO₂)
- Agua
- Metales líquidos
- Helio
Núcleo del reactor
El:
núcleo del reactor (Reactor Core)
es la región donde ocurre la reacción de fisión.
Contiene:
- Elementos combustibles
- Moderador
- Barras de control
Barras de control
Las barras de control (Control Rods) están fabricadas con materiales absorbentes de neutrones como:
- Boro (Boron)
- Cadmio (Cadmium)
Su función es regular la población neutrónica y controlar la reacción en cadena.
Factor de multiplicación neutrónica
El:
factor de multiplicación (Multiplication Factor)
se representa mediante:
$$
k
$$
Interpretación:
- $$
k > 1
$$
→ reactor supercrítico
- $$
k = 1
$$
→ reactor crítico y estable
- $$
k < 1
$$
→ reactor subcrítico
Vida media neutrónica
La:
vida neutrónica (Neutron Lifetime)
es el tiempo entre la creación de un neutrón y su absorción o interacción posterior.
En reactores térmicos típicos:
$$
0.0001 \ a \ 0.001\ s
$$
Neutrones prompt y delayed
Neutrones prompt
Los:
neutrones prompt (Prompt Neutrons)
son emitidos instantáneamente durante la fisión.
Neutrones delayed
Los:
neutrones retardados (Delayed Neutrons)
son emitidos posteriormente por productos de fisión radiactivos.
Aunque representan aproximadamente:
$$
0.7\%
$$
de los neutrones totales, son fundamentales para el control seguro del reactor.
Condición prompt critical
Si:
$$
k
$$
supera un valor crítico donde sólo los neutrones prompt mantienen la reacción, el reactor entra en condición:
prompt critical (Prompt Critical Condition).
Esta situación es extremadamente peligrosa y debe evitarse.
Generación de vapor y producción eléctrica
El calor extraído del reactor se utiliza para producir vapor.
El vapor impulsa:
- Turbinas de vapor (Steam Turbines)
- Generadores eléctricos (Electrical Generators)
Luego el vapor pasa al:
condensador (Condenser)
donde vuelve a transformarse en agua.
Blindaje biológico
El:
blindaje biológico (Biological Shield)
protege al personal y al entorno contra la radiación.
Generalmente consiste en gruesas estructuras de hormigón.
Edificio de contención
El:
edificio de contención (Containment Building)
es una estructura hermética diseñada para impedir la liberación de materiales radiactivos al exterior.
Tipos de reactores varios
- AGR (Advanced Gas-cooled Reactor)
- BWR (Boiling Water Reactor)
- PWR (Pressurized Water Reactor)
- CANDU (Canadian Deuterium Uranium Reactor)
- RBMK (Reaktor Bolshoy Moshchnosti Kanalny)
- Reactores rápidos de metal líquido
Términos técnicos destacados
- Reactor nuclear (Nuclear Reactor)
- Combustible nuclear (Nuclear Fuel)
- Moderador (Moderator)
- Refrigerante (Coolant)
- Barras de control (Control Rods)
- Factor de multiplicación (Multiplication Factor)
- Neutrón prompt (Prompt Neutron)
- Neutrón retardado (Delayed Neutron)
- Núcleo del reactor (Reactor Core)
- Blindaje biológico (Biological Shield)
- Edificio de contención (Containment Building)
- Generador de vapor (Steam Generator)
- Condensador (Condenser)
- Reactor crítico (Critical Reactor)
- Condición prompt critical (Prompt Critical Condition)
- Vida neutrónica (Neutron Lifetime)
- Reactor AGR (Advanced Gas-cooled Reactor)
- Reactor CANDU (CANDU Reactor)
- Reactor RBMK (RBMK Reactor)
- Reactor PWR (Pressurized Water Reactor)
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