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

Tipos de reactores nucleares

Tipos de reactores nucleares

Los reactores nucleares se pueden clasificar siguiendo diferentes criterios. Uno de los criterios es el propósito por el cual se van a utilizar. En este sentido distinguimos los tipos de reactores nucleares utilizados para fines civiles, para fines militares o para fines de investigación.

Los reactores nucleares civiles se utilizan la energía nuclear para generar energía para electricidad; los reactores militares crean materiales que pueden usarse en armas nucleares como la bomba atómica; y los reactores nucleares de investigación que se utilizan para desarrollar armas o tecnología de producción de energía, para fines de desarrollo, para experimentación de física nuclear y para producir radioisótopos para medicina e investigación. Algunos reactores tienen un doble propósito, ya que se utilizan para la producción de energía civil y materiales militares.

Los reactores nucleares de investigación 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 como puede ser la medicina nuclear o bien para realizar estudios en materiales.

Clasificación de los tipos de reactores nucleares por características técnicas.

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, es decir, de su energía cinética, 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 utilizado 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 de neutrones. También se puede utilizar vapor de agua, sales fundidas, aire, o metales líquidos como refrigerante.

También se pueden distinguir los reactores nucleares por el tipo de reacción nuclear. La energía nuclear se puede obtener de dos formas: mediante reacciones de fisión nuclear o mediante reacciones de fusión nuclear. De todos modos, actualmente, la totalidad de los reactores nucleares en producción son reactores nucleares de fisión. El reactor de fusión nuclear, se encuentra en fase de desarrollo. En esta línea existe el proyecto ITER que es un reactor nuclear de fusión en Francia con propósitos de investigación y desarrollo de este tipo de tecnología de la energía nuclear.

Reactores nucleares de potencia

Los reactores nucleares de potencia se basan en el aprovechamiento de la energía térmica que se genera en las reacciones de fisión nuclear. La aplicación principal y más conocida de este tipo de reactores es la generación de electricidad en las centrales nucleares. Sin embargo, estos reactores también se utilizan para la desalinización de agua de mar, calefacción, o bien para sistemas de propulsión.

Las diferencias entre los diferentes tipos de centrales nucleares de potencia se basan en la forma de funcionar del reactor nuclear que utilizan para producir energía eléctrica.

Todas las centrales nucleares de potencia utilizan un o varios reactores nucleares para generar calor. Este calor en forma de energía térmica se utiliza para generar vapor mediante unos determinados procesos termodinámicos i finalmente accionar una turbina. La característica que diferencia una central nuclear de otra se basa en la forma de funcionar el reactor nuclear. De las diferentes formas de funcionar de los reactores tenemos una nueva clasificación de los tipos de reactores nucleares.

Reactor de agua a presión (PWR)

Reactor nuclear de agua a presión. Tipo de reactor.

El reactor de agua a presión (conocido por sus siglas en inglés PWR) es el reactor nuclear más utilizado en el mundo junto al reactor de agua en ebullición (BWR). Este reactor se ha desarrollado principalmente en Estados Unidos, R.F. Alemania, Francia y Japón.

El combustible nuclear utilizado es el uranio enriquecido en forma de óxido.

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

La energía térmica 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 nuclear 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 intercambiador el vapor se enfría y se condensa, y vuelve al reactor en estado líquido.

En el intercambio hay un traspaso termodinámico de calor a un circuito secundario de agua. El agua del circuito secundario se convierte en vapor a alta presión a consecuencia de la cantidad de energía calorífica recibida en el intercambiador. El vapor se introduce en una turbina para convertir esta energía en energía mecánica y poder accionar un generador eléctrico.

Reactor de agua en ebullición (BWR)

El reactor de agua en ebullición (conocido por las siglas en inglés BWR), también se utiliza con frecuencia. Tecnológicamente ha sido desarrollado principalmente, en Estados Unidos, Suecia y la R.F. Alemana.

En este tipo de reactor nuclear, el agua se utiliza como refrigerante y moderador.

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

La energía térmica generada por las reacciones de fisión nuclear 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 nuclear impulsada por una bomba adecuada.

Reactor de uranio natural, gas y grafito (GCR)

El reactor d uranio natural, gas y grafito es un tipo de reactor nuclear que utiliza uranio natural en forma de metal como combustible nuclear. El combustible se introduce en tubos de una aleación de magnesio llamado magnox.

El moderador de neutrones utilizado es el grafito. El refrigerador térmico es gas, concretamente anhídrido carbónico.

La tecnología de este tipo de reactor nuclear, ha sido desarrollada principalmente en Francia y Reino Unido.

Reactor avanzado de gas (AGR)

El 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 pretensado, contiene los intercambiadores de calor en su interior.

Reactor refrigerado por gas a temperatura elevada (HTGCR)

El reactor nuclear refrigerado por gas a temperatura elevada es una nueva evolución de los reactores nucleares refrigerados por gas. Este tipo de reactor nuclear está desarrollado en R.F. Alemana, Reino Unido y Estados Unidos.

Las diferencias con respecto al reactor nuclear avanzado de gas (AGR) son principalmente tres:

  • se sustituye el helio por el anhídrido carbónico como refrigerante,
  • se utiliza combustible cerámico en vez de combustible metálico
  • las temperaturas del gas con el que trabaja son mucho más elevadas.

Reactor nuclear de agua pesada (HWR)

El reactor nuclear de agua pesada es un tipo de reactor nuclear desarrollado principalmente en Canadá.

El combustible utilizado para la obtención de energía nuclear es el uranio natural, en forma de óxido, que se introduce en tubos de circonio aleado.

La principal característica del reactor de agua pesada 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 de reactores FBR, siendo el ruso y el francés los que se encuentran más avanzados.

La principal característica de los reactores rápidos es que no utilizan moderador de neutrones y que, por tanto, la mayoría de las fisiones nucleares se producen por neutrones rápidos.

El núcleo de este tipo de reactor nuclear 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: 14 de febrero de 2019