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Nombre: Camila Miranda.
Curso: 4hc
Materia: Química.
¿QUE ES UN REACTOR NUCLEAR?
Un reactor nuclear es una instalación capaz de
iniciar, controlar y mantener las reacciones
nucleares (generalmente de fisión) en cadena
que se produzcan en el núcleo de esta
instalación.
La composición del reactor nuclear está
formada por el combustible, el refrigerante, los
elementos de control, los materiales
estructurales y, en el caso de que se trate de un
reactor nuclear térmico, el moderador.
LOS REACTORES NUCLEARES SE PUEDEN
CLASIFICAR COMO REACTORES TÉRMICOS Y
REACTORES RÁPIDOS:
Los reactores térmicos son aquellos que
funcionan retrasando (moderando) los
neutrones más rápidos o incrementando la
proporción de átomos fisibles. Para ralentizar
estos neutrones, llamados neutrones lentos, se
necesita un moderador que puede ser agua
ligera, agua pesada o grafito.
Los reactores rápidos son los que no necesitan
moderar la velocidad de los electrones y utilizan
neutrones rápidos.
COMO CONSTRUIR UN REACTOR NUCLEAR:
Para construir un reactor nuclear es necesario
disponer de combustible suficiente, que
llamamos masa crítica. Tener suficiente masa
crítica significa disponer de suficiente material
fisible en óptimas condiciones para mantener
una reacción en cadena.
La disposición de absorbentes de neutrones y
de las barras de control permite controlar la
reacción en cadena y la parada y puesta en
funcionamiento del reactor nuclear.
COMPONENTES DEL NÚCLEO DEL REACTOR
NUCLEAR:
Combustible nuclear.
Barras de control.
Moderador.
Refrigerante.
Reflector.
Blindaje.
COMBUSTIBLE NUCLEAR:
El combustible nuclear es un material con
capacidad de fisionarse lo suficiente como para
llegar a la masa crítica, es decir, para mantener
una reacción nuclear en cadena. Se coloca de
manera que se pueda extraer rápidamente el calor
que produce esta reacción nuclear encadenada.
En las centrales nucleares se utiliza combustible
sólido. Los combustibles nucleares varían
dependiendo del tipo de reactor pero generalmente
se utilizan derivados del uranio.
BARRAS DE CONTROL:
Los haces de barras de control proporcionan un
medio rápido para controlar la reacción nuclear.
Permiten realizar 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.
MODERADOR:
Los neutrones resultantes de una reacción de fisión
tienen una elevada energía cinética (adquieren
mucha velocidad). Cuanto más alta sea su
velocidad es menos probable que fisionen otros
átomos de modo que conviene reducir esta
velocidad para incentivar nuevas reacciones en
cadena. Esto se consigue mediante choques
elásticos de los neutrones con los núcleos del
elemento que hace de moderador.
Entre los moderadores más utilizados están el
agua ligera, el agua pesada y el grafito.
REFRIGERANTE:
Para poder aprovechar la energía calorífica que desprenden las reacciones nucleares de fisión se utiliza un refrigerante. La función del refrigerante es absorver dicho calor y transportarlo. El refrigerante debe ser anticorrosivo, con 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 utilicen para esta función.
REFLECTOR:
En una reacción nuclear en cadena, un cierto
número de neutrones tiende a escapar de la región
donde ésta se produce. Esta fuga de neutrones
puede minimizarse con la existencia de un medio
reflector que les vuelva a dirigir dentro de la región
de reacción. De esta forma se consigue aumentar
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.
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.
REACCIONES NUCLEARES:
Las reacciones nucleares son transformaciones en el núcleo de los átomos. Son análogas, aunque muy diferentes, a las reacciones químicas, y liberan muchísima más energía.
La fisión nuclear se da cuando el núcleo del átomo se divide en dos. La fusión nuclear en cambio, sucede cuando dos núcleos se unen. En este proceso, por el desequilibrio que se produce, se emiten grandes cantidades de energía.
electricidad de las centrales nucleares.
REACTORES NUCLEARES DE POTENCIA:
Este tipo de reactores son los que se usan para
generar energía, aunque también se pueden utilizar
para otros fines. En ellos el algo que se busca
obtener es el calor que se produce a partir de la
fisión nuclear.
Ese calor generado, hace hervir agua generando
vapor que mueve turbinas conectadas a
generadores eléctricos, que son, en realidad,
quienes generan la electricidad de las centrales
nucleares.
TIPOS DE REACTORES NUCLEARES:
La clasificación de los tipos de reactor nuclear
se puede realizar de distinta forma dependiendo
del criterio que se utiliza. Entre los criterios más
habituales se encuentran:
Según el combustible utilizado.
Según la velocidad de los neutrones.
Según el moderador utilizado.
Según el material usado como refrigerante.
SEGÚN EL COMBUSTIBLE UTILIZADO:
Encontramos los reactores nucleares de uranio
natural y los reactores nucleares de uranio
enriquecido. El combustible de uranio natural
contiene la misma proporción de uranio que se
encuentra en la naturaleza, mientras que en el
combustible de uranio enriquecido esta
proporción se aumenta artificialmente. Otros
reactores utilizan óxidos mixtos de Uranio y
Plutonio.
SEGÚN LA VELOCIDAD DE NEUTRONES:
Producidas en las reacciones nucleares de
fisión: reactores se distinguen los reactores
rápidos y los reactores térmicos.
SEGÚN EL MODERADOR UTILIZADO:
Pueden ser reactores nucleares de agua pesada,
agua ligera o de grafito.
SEGÚN EL MATERIAL USADO COMO
REFRIGERANTE:
Los materiales más habituales son un gas (helio o
anhídrido carbónico) o agua (ligera o pesada).
Algunas veces estos materiales, a la vez, también
actúan como moderador. También se puede utilizar
vapor de agua, sales fundidas, aire, o metales
líquidos como refrigerante.
TIPOS DE REACTORES NUCLEARES EN
OPERACIÓN:
Reactor de agua a presión (PWR):
El reactor de agua a presión es el reactor nuclear más utilizado en el mundo. Se ha desarrollado principalmente en Estados Unidos, R.F. Alemania, Francia y Japón.
Este reactor nuclear utiliza uranio enriquecido en forma de óxido como combustible.
El moderador y el refrigerante utilizado es el agua.
La energía generada por el núcleo del reactor es transportada mediante el agua de refrigeración que circula a gran presión hasta un intercambiador de calor, donde se genera el vapor que accionará las turbinas.
REACTOR DE AGUA EN EBULLICIÓN (BWR):
El reactor de agua en ebullición, también se utiliza
con frecuencia. Tecnológicamente ha sido
desarrollado principalmente, en Estados Unidos,
Suecia y la R.F. Alemana.
En este reactor, el agua se utiliza como refrigerante
y moderador.
El combustible es uranio enriquecido en forma de
óxido.
REACTOR DE URANIO NATURAL, GAS Y GRAFITO
(GCR):
Este tipo de reactor nuclear utiliza uranio natural en
forma de metal como combustible. El combustible
se introduce en tubos de una aleación de magnesio
llamado magnox.
El moderador utilizado es el grafito y el refrigerador
es gas, anhídrido carbónico.
La tecnología de este tipo de reactor nuclear, ha
sido desarrollada principalmente en Francia y
Reino Unido.
REACTOR AVANZADO DE GAS (AGR):
Ha sido desarrollado en el Reino Unido a partir del
reactor nuclear de uranio natural-grafito-gas.
Las principales novedades son que el combustible
nuclear, en forma de óxido de uranio enriquecido,
está introducido en tubos de acero inoxidable y que
la vasija, de hormigón pre-tensado, contiene los
cambiadores de calor en su interior.
REACTOR REFRIGERADO POR GAS A
TEMPERATURA ELEVADA (HTGCR):
Este reactor nuclear es una nueva evolución de los
reactores nucleares refrigerados por gas.
Desarrollado en R.F. Alemana, Reino Unido y
Estados Unidos.
Las diferencias con el anterior son principalmente
tres: se sustituye el helio por el anhídrido carbónico
como refrigerante, se utiliza combustible cerámico
en vez de combustible metálico y las temperaturas
del gas con el que trabaja son mucho más
elevadas.
REACTOR DE AGUA PESADA (HWR):
Este tipo de reactor nuclear ha sido desarrollado principalmente en Canadá.
El combustible utilizado es el uranio natural, en forma de óxido, que se introduce en tubos de circonio aleado.
Su principal característica es el uso de agua pesada como moderador y refrigerante.
En su diseño más habitual, los tubos del combustible se introducen en una vasija que contiene el moderador. El refrigerante se mantiene a presión para mantener su estado líquido. El vapor se produce en unos cambiadores de calor por los que circula el agua ligera.
REACTOR REPRODUCTOR RÁPIDO (FBR):
Hay varios diseños, siendo el ruso y el francés los que se encuentran más avanzados.
La principal característica de los reactores rápidos es que no utilizan moderador y que, por tanto, la mayoría de las fisiones se producen por neutrones rápidos.
El núcleo del reactor consta de una zona fisionable, rodeada de una zona fértil en la que el uranio natural se transforma en plutonio. También puede utilizarse el ciclo uranio 233-torio.
El refrigerante es sodio líquido, el vapor se produce en intercambiadores de calor. Su nombre de “reproductor” se debe a que en la zona fértil se produce mayor cantidad de material fisionable que la que consume el reactor en su funcionamiento, es decir más combustible nuevo que el que se gasta.
TIPOS DE REACTORES:
Existen dos tipos de reactores:
Los Reactores de Investigación: Utilizan los
neutrones generados en la fisión para producir
radioisótopos o bien para realizar diversos estudios
en materiales.
Los Reactores de Potencia: Estos reactores utilizan
el calor generado en la fisión para producir energía
eléctrica, desalinización de agua de mar,
calefacción, o bien para sistemas de propulsión.
