Reactor nuclear
Un reactor nuclear és un dispositiu en a on es produïx una reacció nuclear en cadena de forma controlada. Es pot utilisar per a l'obtenció d'energia en les centrals nuclears, que poden dispondre d'un o varis reactors; per a la producció de materials fisionables, com el plutoni o atres isòtops d'us en medicina i atres indústries; per a ser usats en armament nuclear; en la propulsió nuclear de bucs, submarins o de satèlits artificials o per a l'investigació. Actualment solament produïxen energia de forma comercial els reactors nuclears de fissió, encara que existixen reactors nuclears de fusió experimentals.
La potència d'un reactor de fissió nuclear varia segons el seu tamany i funció designada des de l'orde del kW tèrmics fins a l'orde del gigavatio tèrmic. Segons la seua aplicació, esta potència tèrmica generada pot dissipar-se o amprar-se per a la generació de potència elèctrica. Per al seu correcte funcionament, necessiten d'un cabal constant d'aigua freda que permeta la seua adequada refrigeració. Per este motiu, de manera similar a les centrals tèrmiques convencionals, deuen ser instalats en zones propenques a l'aigua, generalment rius o el mar.
Els reactors nuclears no emeten gasos d'efecte hivernàcul ni uns atres contaminants atmosfèrics durant el seu funcionament: les torres de refrigeració únicament lliberen vapor d'aigua produït en la refrigeració del reactor. No obstant, sí produïxen residus radiactius, incloent isòtops en vides miges de l'orde de decenes de mils d'anys, periodo en el que deuen ser almagasenats en condicions de seguritat fins que els seus nivells de radiactivitat siguen suficientment baixos o s'opte pel seu almagasenament definitiu en un almagasenament geològic profunt.
El primer prototip de reactor nuclear va ser construït per Enrico Fermi.
El reactor nuclear natural de Oklo, ubicat en Gabon, és un eixemple de reactor nuclear natural.
És un jaciment d'urani en el que varen ocórrer reaccions nuclears de fissió en cadena sostingudes en el temps per periodos de mils d'anys.[1]
Components principals
[editar | editar còdic]Un reactor nuclear de fissió consta de les següents parts essencials:
- Combustible: Isòtop fisible (divisible) o fèrtil (convertible en fisionable per activació neutrónica): Urani-235, Urani-238, plutoni-236}, Tori-235, o mescles d'estos (MOX, Mescla d'òxits d'urani i plutoni).[2] El combustible habitual en les centrals refrigerades per aigua llaugera és el diòxit d'urani enriquit, en el que al voltant del 3 % dels núcleus d'urani són de U-235 i el restant de U-238. La proporció de U-235 en l'urani natural és només de 0,72 %, per lo que és necessari sometre-ho a un procés d'enriquiment en este nucleido.
- Moderador: Aigua, aigua pesada, grafit, sodi metàlic: Complixen en la funció de frenar la velocitat dels neutrons produïts per la fissió, per a que tinguen l'oportunitat d'interactuar en atres àtoms fisionables i mantindre la reacció. Com a regla general, a menor velocitat del neutró, major provabilitat de fisionar en atres núcleus del combustible en els reactors que usen urani 235 com a combustible.
- Refrigerante: Aigua, aigua pesada, anhídrit carbónico, heli, sodi metàlic: Conduïx la calor generada fins a un bescanviador de calor, o be directament a la turbina generadora d'energia elèctrica o propulsió.
- Reflector: Aigua, aigua pesada, grafit, urani: reduïx l'escape de neutrons i aumenta l'eficiència del reactor.
- Blindage: Formigó, plom, acer, aigua: Evita la fuga de radiació gamma i neutrons ràpits.
- Material de control: Cadmi o bor: fa que la reacció en cadena es pare. Són molt bons absorbents de neutrons. Generalment s'usen en forma d'agranes o ben dissolt en el refrigerante.
- Elements de Seguritat: Totes les centrals nuclears de fissió, consten des de 2007 de múltiples sistemes, actius (responen a senyals elèctriques), o passius (actuen de forma natural, per gravetat, per eixemple). La contenció de formigó que rodeja als reactors és la principal d'elles. Eviten que es produïxquen accidents, o que, en cas de produir-se, no hi haja una lliberació de radiactivitat a l'exterior del reactor.
Tipos de reactors nuclears de fissió
[editar | editar còdic]Les centrals de fissió es caracterisen fonamentalment segons el tipo de reactor nuclear que tenen instalat i es dividixen en dos grans grups: per un costat els reactors tèrmics i per un atre els ràpits. La diferència principal entre estos dos tipos de reactors és que els primers presenten moderador nuclear i els últims no. Els reactors tèrmics (els més utilisats en l'actualitat) necessiten per al seu correcte funcionament que els neutrons emesos en la fissió, de molt alta energia, siguen frenats per una substància a la que es diu moderador, la funció del qual és precisament eixa. Els reactors ràpits (de molt alta importància en la generació III+ i IV) no obstant no precisen d'este material ya que treballen directament en els neutrons d'elevada energia sense una prèvia moderació.
Existixen varis tipos bàsics en el 2012:[3]
- LWR - Light Water Reactors (Reactors d'aigua llaugera): utilisen com refrigerante i moderador l'aigua. Com a combustible urani enriquit. Els més utilisats són els PWR (Pressure Water Reactor o reactors d'aigua a pressió) i els BWR (Boiling Water Reactor o reactors d'aigua en ebullició): 264 PWR i 94 BWR en funcionament en el 2007.
- CANDU - Canada Deuterium Uranium (Canadà deuteri urani): Utilisen com a moderador i refrigerante aigua pesada (composta per dos àtoms de deuteri i un d'oxigen). Com a combustible utilisen urani natural: 43 en funcionament en el 2007.
- FBR - Fast Breeder Reactors (reactors ràpits realimentados): utilisen neutrons ràpits en lloc de tèrmics per a la consecució de la fissió. Com a combustible utilisa plutoni i com refrigerante sodi líquit. Este reactor no necessita moderador: 4 operatius en 2007. Solament un en operació.
- AGR - Advanced Gas-cooled Reactor (reactor refrigerat per gas alvançat): usa urani com a combustible. Com refrigerante utilisa CO2 i com moderador grafit: 18 en funcionament en 2007.
- RBMK - Reactor Bolshoy Moshchnosty Kanalny (reactor de canals d'alta potència): Utilisa grafit com a moderador i aigua com refrigerante. Urani enriquit com a combustible. Pot recarregar-se en marcha. Té un coeficient de reactivitat positiu. El reactor de Chernóbil era d'este tipo. Existien 12 en funcionament en 2007.
- FBNR Reactor de Llit Fix, un reactor de llit fix és un reactor modular de 4 generació, en el qual la cambra de combustible es troba separat de la cambra de reacció
- ADS - Accelerator Driven System (sistema assistit per accelerador): utilisa una massa subcrítica de tori, en la que es produïx la fissió solament per l'introducció, per mig d'acceleradors de partícules de neutrons, en el reactor. Es troben en fase d'experimentació, i es preveu que una de les seues funcions fonamentals seria l'eliminació dels residus nuclears produïts en atres reactors de fissió.
Segons el tipo de moderador
[editar | editar còdic]Els reactors tèrmics es classifiquen segons el tipo de moderador que utilisen, aixina tenim:
- Reactors moderats per aigua llaugera
- PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor) Reactors moderats per aigua pesada
- CANDU (Canadian Natural Deuterium Uranium)
- Reactors moderats en grafit
- Reactors tradicionals (generalment refrigerats per gas)
- Reactors alvançats
Per una atra part tenim els reactors ràpits, tots ells alvançats, coneguts com FBR (en inglés: fast breeder reactors):
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Reactors nuclears de fa 2000 millons d'anys i les constants de l'univers
- ↑ «Mixed Oxide (MOX) Fuel - World Nuclear Association». world-nuclear.org. Consultat el 2025-08-19.
- ↑ «Número de reactors de cada tipo en el món (en anglés)». Archivat des d'el original, el 12 de febrer de 2013. Consultat el 20 de decembre de 2007.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Reactor nuclear» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.