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... TIPOS DE REACTORES NUCLEARES ...
... cómo se clasifican los distintos tipos
de reactores nucleares de las centrales operativas....
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Tipos de reactores nucleares

Distinguimos dos tipos de reactores nucleares:

  • Reactores nucleares de investigación. Este tipo de reactores utilizan los neutrones generados durante las reacciones de fisión nuclear para producir radioisótopos que van a ser utilizados en otras aplicaciones de la energía nuclear o bien para realizar estudios en materiales.
  • Reactores nucleares de potencia. Estos reactores se basan en el aprovechamiento de la energía térmica que se genera en las reacciones de fisión. La aplicación principal y más conocida de este tipo de reactores es la generación de energía eléctrica en las centrales nucleares. Sin embargo, también se utilizan para la desalinización de agua de mar, calefacción, o bien para sistemas de propulsión.

Existen otras clasificaciones de los tipos de reactor nuclear dependiendo del criterio utilizado. Entre los criterios más habituales se encuentran:

  • Según el combustible nuclear utilizado encontramos los reactores nucleares de uranio natural y los reactores nucleares de uranio enriquecido. El combustible nuclear 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 los neutrones producidas en las reacciones nucleares de fisión: se distinguen los reactores rápidos y los reactores térmicos.
  • Según el moderador utilizado pueden ser reactores nucleares de agua pesada, de 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.

Las diferencias entre los diferentes tipos de centrales nucleares de potencia se basan en el tipo de reactor nuclear que utilizan para producir energía eléctrica. La forma en que se genera electricidad a partir del vapor generado es similar en todas las centrales nucleares.

Tipos de reactores nucleares de potencia

Los dos principales reactores nucleares de potencia utilizados son el reactor de agua a presión y el reactor de agua en ebullición. Sin embargo existen otros tipos que también vamos a describir.

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 nuclear.

El moderador y el refrigerante utilizado puede ser agua o grafito.

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. El reactor se basa en el principio de que el agua sometida a grandes presiones puede evaporarse sin llegar al punto de ebullición, es decir, a temperaturas mayores de 100 °C. En el intercanviador el vapor se enfría y se condensa, y vuelve al reactor en estado líquido. En el intercambio hay traspaso de calor a un circuito secundario de agua. El agua del circuito secundario, producto del calor, produce vapor, que se introduce en una turbina que acciona un generador eléctrico.

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 nuclear es uranio enriquecido en forma de óxido ya que facilita la generación de fisiones nucleares.

La energía térmica generada por la reacciones en cadena se utiliza para hacer hervir el agua. El vapor producido se introduce en una turbina que acciona un generador eléctrico. El vapor que sale de la turbina pasa por un condensador, donde es transformado nuevamente en agua líquida. Posteriormente vuelve al reactor al ser impulsada por un bomba adecuada.

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 nuclear 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.

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Referencias

CCHEN - Tipos de Reactores Nucleares

Última revisión: 18 de septiembre de 2015

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