Las barras de control de las centrales nucleares son los elementos que permiten regular la potencia del reactor. Es un elemento esencial en la seguridad del reactor. Sin ellas, la potencia del núcleo del reactor aumentaría sin control.
Las reacciones nucleares que se producen dentro de un reactor de fisión se producen en cadena. Es decir, cada vez que un átomo impacta con un neutrón se divide y emite uno o dos neutrones más. Los neutrones liberados pueden impactar contra otros átomos, de modo que cada vez se producirían más reacciones por unidad de tiempo.
Las barras de control son unos tubos cilíndricos fabricados con un material que absorbe neutrones. Este material puede ser carburo de boro o aleaciones de plata, indio y cadmio.
Las dimensiones de las barras de control son las mismas que las de las varillas del combustible nuclear.
¿Para qué sirven las barras de control en un reactor nuclear?
Las barras de control de los reactores nucleares permiten controlar la frecuencia de las reacciones nucleares. La absorción de neutrones impide que estos puedan fisionar más elementos combustibles.
La efectividad depende de la proporción de las barras que estén en contacto con la zona de reacción. Cuanto más adentro esté del núcleo del reactor más neutrones absorberá y, por lo tanto, menos reacciones se producirán.
¿Cómo se regula la potencia de un reactor nuclear?
Las barras de control son uno de los mecanismos para regular el estado de un reactor nuclear. A menudo, las barras son el elemento más importante en una parada rápida del reactor (la llamada parada de emergencia o scram ).
En los reactores de agua a presión, las barras cuelgan en el reactor y pueden funcionar como un sistema de seguridad. Se mantienen subidas con un electroimán y en el caso de una pérdida imprevista de potencia de control, caen automáticamente en el reactor. De este modo, la reacción de fisión nuclear en cadena se detiene.
En otros tipos de reactores, como el reactor de agua en ebullición, las varillas sobresalen del fondo hacia el interior del reactor. Para activarse, deben ser empujadas activamente hacia el núcleo del reactor.
En realidad, el proceso de control del reactor es más complicado: el curso de la reacción también depende de la temperatura y la refrigeración del reactor y de la presencia de ciertos desechos del proceso de fisión (que a veces absorben muchos neutrones).
Cuando las barras de control entran completamente (por ejemplo durante una parada de emergencia) la reacción en cadena nuclear se detendrá casi de inmediato. Entonces se dice que el reactor se vuelve subcrítico. Sin embargo, el material radiactivo continúa emitiendo calor durante algún tiempo, que debe continuar disipándose. De lo contrario, puede producirse un colapso .
En el uso de la energía nuclear, las barras de control resultan un elemento importantísimo de seguridad para poder parar el reactor nuclear en caso de alarma.
¿Qué relación tienen las barras de control con los accidentes nucleares?
Uno de los grandes problemas de la energía nuclear es la posibilidad de los accidentes nucleares. Algunos accidentes se han atribuido a la mala gestión o la falla de la barra de control, incluido el accidente nuclear de Chernobyl.
A menudo se han utilizado absorbentes de neutrones para la gestión de accidentes de criticidad. En estos absorbentes se utilizan soluciones acuosas de metales fisibles. En varios de estos accidentes, se ha agregado al sistema bórax ( borato de sodio ) o un compuesto de cadmio. El cadmio se puede añadir como metal a soluciones de ácido nítrico de material fisionable; la corrosión del cadmio en el ácido generará nitrato de cadmio in situ.
En los reactores nucleares refrigerados con dióxido de carbono, si las barras de control no consiguen parar la reacción en cadena, es posible inyectar gas nitrógeno en el circuito primario. El nitrógeno tiene una mayor capacidad de absorción de neutrones en comparación con el oxígeno o el carbono.
A medida que aumenta la energía cinética de los neutrones, disminuye la sección transversal de neutrones de la mayoría de los isótopos. El boro es un buen material para blindarse contra los neutrones. Es otra forma para reducir la activación de material cerca del núcleo del reactor.