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Reactor de Pruebas Avanzado
Reactor nuclear de investigación del laboratorio Nacional de Idaho

¿Qué es un reactor nuclear?

Un reactor nuclear es una instalación capaz de convertir la energía nuclear en energía térmica. Los reactores tienen la capacidad de iniciar, controlar y mantener las reacciones nucleares en cadena que se produzcan en el núcleo de esta instalación.

¿Qué es un reactor nuclear?

En una central nuclear común, los reactores nucleares se utilizan para la producción de energía térmica y generar vapor de agua. Con el vapor de agua se acciona unas turbinas con las que se obtiene energía eléctrica.

Para construir un reactor nuclear es necesario disponer de combustible nuclear suficiente, que llamamos masa crítica. Tener suficiente masa crítica significa disponer de suficiente material fisible en óptimas condiciones para mantener una reacción de fisión nuclear 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.

En el núcleo del reactor se produce y mantiene la reacción nuclear en cadena con el objetivo de calentar el agua que se utilizará para accionar las turbinas de la central.

¿Cuáles son las partes de un reactor nuclear?

Un reactor nuclear está formado por los siguientes componentes:

Núcleo del reactor nuclear

Está constituido por las barras de combustible. El núcleo del reactor posee una forma geométrica  característica. El núcleo está refrigerado por un fluido, generalmente agua.

En algunos reactores nucleares el núcleo se ubica en el interior de una piscina con agua, a unos 10 a 12 metros de profundidad, o bien al interior de una vasija de presión construida en acero.

Barras de combustible nuclear

¿Qué es un reactor nuclear?

Son el lugar físico donde se confina el combustible nuclear. Algunas barras de combustible contienen el uranio mezclado en aluminio bajo la forma de láminas planas. Estas láminas están separadas por una cierta distancia que permite la circulación de fluido disipador de calor.

Las láminas se ubican en una especie de caja que les sirve de soporte.

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 la energía térmica que produce esta reacción nuclear.

¿Qué es un reactor nuclear?En las centrales nucleares se utiliza combustible nuclear sólido. Los combustibles nucleares varían dependiendo del tipo de reactor pero generalmente se utilizan derivados del uranio o plutonio.

El uranio natural se extrae de las minas de uranio pero no es suficientemente radioactivo para utilizarlo directamente en un reactor. El uranio natural se somete a un proceso de enriquecimiento para obtener isótopos más inestables para aumentar el coeficiente de reactividad.

Para que un reactor nuclear funcione durante un periodo de tiempo tiene que tener un exceso de reactividad, que es máximo con el combustible fresco y va disminuyendo con la vida del mismo hasta que se anula. En este momento se realiza la recarga del combustible nuclear.

Barras de control

Los haces de barras de control proporcionan un medio rápido para controlar las reacciones en cadena. Estas barras permiten realizar cambios rápidos de potencia del reactor y su parada eventual en caso de emergencia.

Las barras de control están fabricadas con materiales absorbentes de neutrones y suelen tener las mismas dimensiones que los elementos de combustible.

El coeficiente de reactividad del núcleo aumenta o disminuye subiendo o bajando las barras de control. Al subirlas o bajarlas, se modifica la presencia de material absorbente de neutrones contenido en ellas en el núcleo.

¿Qué es un reactor nuclear?

En funcionamiento normal, un reactor nuclear tiene las barras de control total o parcialmente extraídas del núcleo.

El diseño de las centrales nucleares es tal que ante un fallo en un sistema de seguridad o de control del reactor, siempre actúa en el sentido de seguridad máxima introduciéndose totalmente todas las barras de control en el núcleo del reactor.

Esta acción lleva al reactor nuclear a parada segura en pocos segundos.

Moderador nuclear

Los neutrones resultantes de una reacción de fisión nuclear tienen una elevada energía cinética. 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.

La función del moderador es la de reducir la energía cinética de los neutrones mediante choques elásticos de los neutrones con los núcleos del propio moderador.

Entre los moderadores más utilizados están el agua ligera, el agua pesada y el grafito.

Refrigerante del reactor

Para poder aprovechar la energía térmica que desprenden las reacciones fisión nuclear se utiliza un refrigerante. La función del refrigerante es absorber dicha energía térmica y transportarla.

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

  • Líquidos como el agua ligera y el agua pesada.

  • Incluso hay algunos compuestos orgánicos y metales líquidos como el sodio, que también se utilizan para esta función.

Reflector de neutrones

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.

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 del reactor nuclear

Cuando el reactor esté en operación, se genera una gran cantidad de radiación. El blindaje se utiliza para proteger y aislar a los trabajadores de la instalación de la radioactividad ocasionada por los productos de fisión.

Por ello, se coloca un blindaje biológico alrededor del reactor para interceptar estas emisiones radioactivas.

Los materiales más usados para construir este blindaje son el hormigón, el agua y el plomo.

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Fecha publicación: 18 de julio de 2012
Última revisión: 31 de enero de 2021