Refrigerante del reactor nuclear - Nuclear reactor coolant

Refrigerantes de reactores nucleares
Refrigerante Punto de fusion Punto de ebullición
Agua pesada a 154 bar 345 ° C
NaK eutéctico -11 ° C 785 ° C
Sodio 97,72 ° C 883 ° C
FLiNaK 454 ° C 1570 ° C
FLIBE 459 ° C 1430 ° C
Dirigir 327,46 ° C 1749 ° C
Eutéctico de plomo-bismuto 123,5 ° C 1670 ° C

El refrigerante de un reactor nuclear es un refrigerante de un reactor nuclear que se utiliza para eliminar el calor del núcleo del reactor nuclear y transferirlo a los generadores eléctricos y al medio ambiente . Con frecuencia, se usa una cadena de dos bucles de refrigerante porque el bucle de refrigerante primario adquiere radioactividad a corto plazo del reactor.

Agua

Casi todas las centrales nucleares que funcionan actualmente son reactores de agua ligera que utilizan agua corriente a alta presión como refrigerante y moderador de neutrones . Aproximadamente 1/3 son reactores de agua hirviendo donde el refrigerante primario sufre una transición de fase a vapor dentro del reactor. Aproximadamente 2/3 son reactores de agua a presión a una presión aún mayor. Los reactores actuales permanecen por debajo del punto crítico en torno a 374 ° C y 218 bar donde desaparece la distinción entre líquido y gas, lo que limita la eficiencia térmica , pero el reactor de agua supercrítica propuesto operaría por encima de este punto.

Los reactores de agua pesada utilizan óxido de deuterio que tiene propiedades idénticas al agua ordinaria, pero captura de neutrones mucho menor , lo que permite una moderación más completa.

Desventajas

Fuga de tritio

A medida que los átomos de hidrógeno en los refrigerantes de agua son bombardeados con neutrones, algunos absorben un neutrón para convertirse en deuterio, y luego otros se convierten en tritio radiactivo. El agua contaminada con tritio a veces se filtra al agua subterránea por accidente o por aprobación oficial.

Explosión de hidrógeno durante un apagón

Las barras de combustible crean altas temperaturas que hierven el agua y luego convierten el agua en vapor. Durante un desastre, cuando ocurre un corte de energía y los generadores de energía diesel que brindan energía de emergencia a la bomba de agua se dañan por un tsunami o un terremoto, si no se bombea agua dulce para enfriar las barras de combustible, las barras de combustible continúan calentándose . Una vez que las barras de combustible alcancen más de 1200 grados Celsius, los tubos de circonio que contienen el combustible nuclear interactuarán con el vapor y separarán el hidrógeno del agua. Luego, ese hidrógeno puede liberarse del núcleo del reactor y del recipiente de contención. Si ese hidrógeno se acumula en cantidades suficientes, concentraciones de 4 por ciento o más en el aire, entonces ese hidrógeno puede explotar, como aparentemente ha ocurrido en los reactores No 1, 3, 4 de Fukushima Daiichi, pero el reactor No 2 abrió su respiradero para dejar salir. gas hidrógeno radiactivo, disminuyendo la presión del hidrógeno, pero contaminó el medio ambiente, por lo que el reactor No. 2 no explotó.

Agua borada

El agua boratada se utiliza como refrigerante durante el funcionamiento normal de los reactores de agua a presión (PWR), así como en los sistemas de enfriamiento de núcleo de emergencia (ECCS) de los PWR y los reactores de agua hirviendo (BWR).

Ventajas

El boro , a menudo en forma de ácido bórico o borato de sodio, se combina con agua, un recurso barato y abundante, donde actúa como refrigerante para eliminar el calor del núcleo del reactor y transferir el calor a un circuito secundario. Parte del circuito secundario es el generador de vapor que se utiliza para hacer girar turbinas y generar electricidad. El agua boratada también proporciona los beneficios adicionales de actuar como un veneno de neutrones debido a su gran sección transversal de absorción de neutrones, donde absorbe el exceso de neutrones para ayudar a controlar la velocidad de fisión del reactor. Por tanto, la reactividad del reactor nuclear se puede ajustar fácilmente cambiando la concentración de boro en el refrigerante. Es decir, cuando se aumenta la concentración de boro (boración) al disolver más ácido bórico en el refrigerante, la reactividad del reactor disminuye. Por el contrario, cuando se reduce la concentración de boro (dilución) añadiendo más agua, aumenta la reactividad del reactor.

Desventajas

Aproximadamente el 90% del tritio en los refrigerantes PWR se produce por reacciones de boro-10 con neutrones. Dado que el tritio en sí es un isótopo radiactivo de hidrógeno, el refrigerante se contamina con isótopos radiactivos y debe evitarse que se filtre al medio ambiente. Además, este efecto debe tenerse en cuenta para ciclos más largos de funcionamiento del reactor nuclear y, por lo tanto, requiere una mayor concentración inicial de boro en el refrigerante.

Metal fundido

Los reactores rápidos tienen una alta densidad de potencia y no necesitan, y deben evitar, la moderación de neutrones. La mayoría han sido reactores refrigerados por metal líquido que utilizan sodio fundido . También se han propuesto y utilizado ocasionalmente plomo, plomo-bismuto eutéctico y otros metales . Se utilizó mercurio en el primer reactor rápido .

Sal fundida

Las sales fundidas comparten con los metales la ventaja de una baja presión de vapor incluso a altas temperaturas y son menos reactivas químicamente que el sodio . Las sales que contienen elementos ligeros como FLiBe también pueden proporcionar moderación. En el experimento del reactor de sales fundidas , incluso sirvió como disolvente para transportar el combustible nuclear.

Gas

Ver también: reactor refrigerado por gas

También se han utilizado gases como refrigerante. El helio es extremadamente inerte tanto químicamente como con respecto a las reacciones nucleares, pero tiene una baja capacidad calorífica .

Hidrocarburos

Los reactores orgánicamente moderados y refrigerados fueron un concepto temprano estudiado, utilizando hidrocarburos como refrigerante. No tuvieron éxito.

Referencias

enlaces externos