Hispanopedia WikiEl refrigerante de un reactor nuclear es un fluido refrigerante que se utiliza para extraer el calor del núcleo del reactor y transferirlo a los generadores eléctricos y al medio ambiente . Generalmente, se utiliza una cadena de dos circuitos de refrigeración, ya que el circuito primario absorbe la radiactividad del reactor a corto plazo .
Agua
Casi todas las centrales nucleares en funcionamiento actualmente son reactores de agua ligera que utilizan agua ordinaria a alta presión como refrigerante y moderador de neutrones . Alrededor de un tercio son reactores de agua en ebullición, donde el refrigerante primario experimenta una transición de fase a vapor dentro del reactor. Aproximadamente dos tercios son reactores de agua presurizada a presiones aún mayores. Los reactores actuales se mantienen por debajo del punto crítico, a unos 374 °C y 218 bar , donde desaparece la distinción entre líquido y gas, lo que limita la eficiencia térmica ; sin embargo, el reactor de agua supercrítica propuesto operaría por encima de este punto.
Los reactores de agua pesada utilizan óxido de deuterio, que tiene propiedades idénticas a las del agua ordinaria, pero con una captura de neutrones mucho menor , lo que permite una moderación más completa.
Desventajas
Fuga de tritio
Cuando los átomos de hidrógeno en los refrigerantes de agua son bombardeados con neutrones, algunos absorben un neutrón para convertirse en deuterio , y otros se convierten en tritio radiactivo . El agua contaminada con tritio a veces se filtra a las aguas subterráneas por accidente o con autorización oficial. [ 1 ]
explosión de hidrógeno
Las barras de combustible generan altas temperaturas que convierten el agua en vapor. Durante un apagón, los generadores diésel que suministran energía de emergencia a las bombas de agua pueden resultar dañados por un tsunami, un terremoto o ambos. Si no se bombea agua dulce para enfriar las barras de combustible, estas continúan calentándose. Una vez que las barras de combustible superan los 1200 °C, los tubos de circonio que contienen el combustible nuclear interactúan con el vapor y separan el hidrógeno de las moléculas de agua. Este hidrógeno puede filtrarse por fisuras en el núcleo del reactor y el recipiente de contención. Si el hidrógeno se acumula en cantidades suficientes (concentraciones del 4 % o más en el aire), puede explotar, como aparentemente ocurrió en los reactores n.° 1, 3 y 4 de Fukushima Daiichi .
Se evitó tal explosión en el reactor n.° 2 , que abrió su válvula para liberar hidrógeno, disminuyendo la presión mediante la liberación de gas hidrógeno radiactivo. [ 2 ]
agua borada
El agua borada se utiliza como refrigerante durante el funcionamiento normal de los reactores de agua a presión (PWR), así como en los sistemas de refrigeración de emergencia del núcleo (ECCS) de los reactores de agua a presión y de los reactores de agua en ebullición (BWR). [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
Ventajas
El boro , a menudo en forma de ácido bórico o borato de sodio, se combina con agua —un recurso barato y abundante— donde actúa como refrigerante para extraer el calor del núcleo del reactor y transferirlo a un circuito secundario. [ 6 ] Parte del circuito secundario es el generador de vapor que se utiliza para hacer girar las turbinas y generar electricidad. El agua borada también ofrece el beneficio adicional de actuar como veneno de neutrones debido a su gran sección transversal de absorción de neutrones, donde absorbe el exceso de neutrones para ayudar a controlar la tasa de fisión del reactor. Por lo tanto, la reactividad del reactor nuclear se puede ajustar fácilmente cambiando la concentración de boro en el refrigerante. Es decir, cuando se aumenta la concentración de boro (boración) disolviendo más ácido bórico en el refrigerante, la reactividad del reactor disminuye. Por el contrario, cuando se disminuye la concentración de boro (dilución) añadiendo más agua, la reactividad del reactor aumenta. [ 7 ]
Desventajas
Aproximadamente el 90 % del tritio en los refrigerantes de los reactores de agua a presión (PWR) se produce por reacciones del boro-10 con neutrones. Dado que el tritio es un isótopo radiactivo del hidrógeno, el refrigerante se contamina con isótopos radiactivos y debe evitarse su fuga al medio ambiente. Además, este efecto debe tenerse en cuenta para ciclos de operación más largos del reactor nuclear, lo que requiere una mayor concentración inicial de boro en el refrigerante. [ 7 ]
metal fundido
Los reactores rápidos tienen una alta densidad de potencia y no necesitan, y deben evitar, la moderación de neutrones. La mayoría han sido reactores refrigerados por metal líquido que utilizan sodio fundido . También se han propuesto y utilizado ocasionalmente plomo, eutéctico de plomo-bismuto y otros metales . El mercurio se utilizó en el primer reactor rápido .
Sal fundida
Las sales fundidas comparten con los metales la ventaja de una baja presión de vapor incluso a altas temperaturas, y son menos reactivas químicamente que el sodio . Las sales que contienen elementos ligeros como el FLiBe también pueden contribuir a la moderación. En el experimento del reactor de sales fundidas, incluso sirvió como disolvente para el combustible nuclear.
Gas
Los gases también se han utilizado como refrigerantes. El helio es extremadamente inerte tanto químicamente como con respecto a las reacciones nucleares, pero tiene una baja capacidad calorífica .
hidrocarburos
Los reactores refrigerados y moderados orgánicamente fueron un concepto estudiado inicialmente, utilizando hidrocarburos como refrigerante. No tuvieron éxito.
Referencias
- ↑ "como resultado de liberaciones rutinarias y aprobadas; de Google (por qué fuga de tritio) resultado 2" .
- ↑ "Fusiones parciales provocaron explosiones de hidrógeno en la central nuclear de Fukushima; de google (explosión de hidrógeno en Fukushima) resultado 1" . Scientific American .
- ↑ "Sistemas de reactores de agua a presión" (PDF) . Centro de Capacitación Técnica de la USNRC . Consultado el 12 de marzo de 2019 .
- ↑ Aaltonen1, Hanninen2, P.1, H.2. "Química del agua y comportamiento de los materiales en PWR y BWR" (PDF) . VTT Manufacturing Technology . Consultado el 12 de marzo de 2019 .
{{cite web}}: CS1 maint: nombres múltiples: lista de autores ( enlace ) CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace ) - ↑ Buongiorno, Jacopo. "Seguridad nuclear" (PDF) . MIT OpenCourseWare . Consultado el 12 de marzo de 2019 .
- ↑ "Agua borada" (PDF) . Columbus Chemical Industries . Consultado el 12 de marzo de 2019 .
- 1 2 Monterrosa, Anthony (5 de mayo de 2012). "Uso y control del boro en PWR y FHR" (PDF) . Departamento de Ingeniería Nuclear, Universidad de California, Berkeley . Recuperado el 12 de marzo de 2019 .
- El sodio como refrigerante para reactores rápidos, Thomas Fanning, ANL. Compara favorablemente el sodio con el plomo y el helio.
Enlaces externos
Contenido multimedia relacionado con los refrigerantes de reactores nucleares en Wikimedia Commons.
- Refrigerantes de reactores nucleares