Central nuclear de Isar, Alemania

Piscina de combustible nuclear gastado

Turbina de una central nuclear

Refrigerante del reactor nuclear

Refrigerante del reactor nuclear

Un refrigerante en un reactor nuclear es una sustancia líquida o gaseosa que pasa a través el núcleo del reactor y elimina el calor de la reacción de fisión nuclear.

En los reactores de potencia de doble circuito, el refrigerante del reactor entra al generador de vapor, que produce vapor que impulsa las turbinas , y en los reactores de un solo circuito el refrigerante (vapor o gas) puede servir como fluido de trabajo del ciclo de la turbina. En investigación (por ejemplo, ciencia de materiales) y reactores especiales (por ejemplo, en reactores para la acumulación de isótopos radiactivos) el refrigerante solo enfría el reactor, el calor resultante no se utiliza.

Se imponen los siguientes requisitos a los refrigerantes de calor:

  • Absorción débil de neutrones (en reactores térmicos) o debilitamiento de ellos (en reactores rápidos).
  • Resistencia química en condiciones de intensa exposición a la radiación.
  • Baja corrosividad con respecto a los materiales estructurales con los cuales el refrigerante está en contacto.
  • Alto coeficiente de transferencia de calor.
  • Alto calor específico.
  • Baja presión de trabajo a altas temperaturas.

Los reactores de neutrones térmicos utilizan agua (normal y pesada ), vapor de agua, líquidos orgánicos, dióxido de carbono como refrigerante. En reactores nucleares rápidos: metales líquidos (principalmente sodio ) y también gases (por ejemplo, vapor de agua, helio). A menudo, el líquido sirve como refrigerante, que también es un moderador .

Características de los refrigerantes

Agua ligera

Uno de los portadores de calor más comunes es el agua. El agua natural contiene una pequeña cantidad de agua pesada (0.017%), varias impurezas y gases disueltos. La presencia de impurezas y gases hace que el agua sea químicamente activa con los metales. Por lo tanto, antes de usarlo como portador de calor, el agua se purifica de las impurezas por destilación y se desairea, es decir, los gases se eliminan del agua.

En el primer circuito circula agua radiactiva. La principal fuente de radioactividad del agua son las impurezas, cuya apariencia en el agua se debe a la corrosión de los nodos del circuito primario y la contaminación tecnológica por sustancias fisionables en la superficie externa de los elementos combustibles. La concentración de impurezas radiactivas en el agua se reduce por filtración.

Las desventajas del agua como refrigerante son el bajo punto de ebullición (100°C a una presión de 1 atm) y la absorción de los neutrones térmicos. El primer inconveniente se elimina al aumentar la presión en el circuito primario. La absorción de neutrones térmicos por el agua se compensa con el uso de combustible nuclear basado en uranio enriquecido .

Agua pesada

El agua pesada en sus propiedades químicas y térmicas es poco diferente del agua ordinaria. Prácticamente no absorbe los neutrones, lo que permite utilizar uranio natural como combustible nuclear en reactores nucleares con un moderador de agua pesada.

Sin embargo, el agua pesada todavía se usa poco en la construcción del reactor debido a su alto costo.

Metales líquidos

De los líquidos refrigerantes metálicos, el sodio es el más desarrollado. Este refrigerante es químicamente activo con la mayoría de los metales a una temperatura relativamente baja, y esta actividad de sodio se debe a la mezcla de óxidos de sodio. Por lo tanto, el sodio se limpia completamente de los óxidos, después de lo cual no reacciona con muchos metales ( Mo , Zr , acero inoxidable , etc.) a 600–900 ° C.

Líquidos orgánicos

De los líquidos orgánicos probados, algunos de los polifenilos, incluidos el difenilo y el  trifenilo, resultaron ser los más estables en condiciones de temperaturas elevadas y exposición a la radiación. Sin embargo, a pesar de las ventajas, estos refrigerantes resultaron ser demasiado inestables a la irradiación de neutrones, por lo que dichos reactores no se utilizaron industrialmente.

Gas

El principal refrigerante del gas es el dióxido de carbono. Es económico, caracterizado por una mayor densidad y capacidad de calor volumétrico en comparación con otros gases. El efecto corrosivo del dióxido de carbono en los metales depende del contenido de oxígeno.

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Última revisión: 27 de diciembre de 2018

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