Reactors nuclears

Reactor nuclear

Un reactor nuclear és una instal·lació capaç d'iniciar, mantenir i controlar les reaccions de fissió en cadena, amb els mitjans adequats per extreure la calor generada.

Un reactor nuclear consta de diversos elements, que tenen cadascun un paper important en la generació de la calor. Aquests elements són:

• El combustible, format per un material fisionable, generalment un compost d'urani, en el qual tenen lloc les reaccions de fissió, i per tant, és la font de generació de la calor.
• El moderador, que fa disminuir la velocitat dels neutrons ràpids, portant-los a neutrons lents o tèrmics. Aquest element no existeix en els reactors anomenats ràpids. S'empren com a materials moderadors l'aigua, el grafit i l'aigua pesada.
• El refrigerant, que extreu la calor generada pel combustible del reactor. Generalment s'usen refrigerants líquids, com l'aigua lleugera i l'aigua pesada, o gasos com l'anhídrid carbònic i l'heli.
• El reflector, que permet reduir l'escapament de neutrons de la zona del combustible, i per tant disposar de més neutrons per a la reacció en cadena. Els materials usats com reflectors són l'aigua, el grafit i l'aigua pesada.
• Els elements de control, que actuen com a absorbents de neutrons, permeten controlar en tot moment la població de neutrons, i per tant, la reactivitat del reactor, fent que sigui crític durant el seu funcionament, i subcrític durant les parades. Els elements de control tenen formes de barres, encara que també poden trobar-se diluït en el refrigerant.
• El blindatge, que evita la fuita de radiació gamma i de neutrons del reactor. Els materials usats com blindatge són el formigó, l'aigua i el plom.

Tipus de reactors

Els reactors nuclears es classifiquen, d'acord amb la velocitat dels neutrons que produeixen les reaccions de fissió, en: reactors ràpids i reactors tèrmics.

Al seu torn, els reactors tèrmics es classifiquen, d'acord amb el tipus de moderadore empleat, a: reactors d'aigua lleugera, reactors d'aigua pesada i reactors de grafit. Amb cada un d'aquests reactors està associat generalment el tipus de combustible usat, així com el refrigerant emprat

Els reactors més empleats en les centrals nucleoelèctrica són:

• Reactor d'aigua a pressió (PWR), que empra aigua lleugera com a moderador i refrigerant, òxid d'urani enriquit com a combustible. El refrigerant circula a una pressió tal que l'aigua no arriba a la ebullició, i extreu la calor del reactor, que després porta a un intercanviador de calor, on es genera el vapor que alimenta la turbina.
• Reactor d'aigua en ebullició (BWR), que empra elements similars a l'anterior, però ara el refrigerant, en treballar a menor pressió, arriba a la temperatura d'ebullició al passar pel nucli del reactor, i part del líquid es transforma en vapor, el qual una vegada separat d'aquell i reduït el seu contingut d'humitat, es condueix cap a la turbina sense necessitat d'utilitzar el generador de vapor.
• Reactor d'aigua pesada (HWR), que empra aigua pesada com a moderador. Existeixen versions en què el refrigerant és aigua pesada a pressió, o aigua pesada en ebullició. Pot emprar urani natural o ligeramnte enriquit com a combustible.
• Reactor de grafit-gas. Aquest tipus de reactors usen grafit com a moderador i CO2 com a refrigerant. Mentre que els primers reactors d'aquest tipus van emprar urani natural en forma metàl.lica, els actuals anomenats avançats de gas (AGR) utilitzen òxid d'urani enriquit, i els anomenats reactors d'alta temperatura (HTGR), usen heli com a refrigerant.
• Reactor d'aigua en ebullició (RBMK), moderat per grafit, desenvolupat a la Unió Soviètica, que consisteix en un reactor moderat per grafit, amb urani enriquit, i refrigerat per aigua en ebullició. Aquest tipus de reactors no s'han emprat a Europa occidental.

Reactor Ràpid

En aquest tipus de reactors no existeix l'element moderador per als neutrons i per tant el flux de neutrons cau a la zona dels neutrons ràpids. En aquests reactors el combustible de la zona central, format per un òxid d'urani o d'urani i plutoni, s'envolta d'una zona d'òxid d'urani molt empobrit, amb un contingut d'O-235 menor o igual al de l'urani natural.

Amb aquesta disposició, i si es fa servir un refrigerant que no produeixi la moderació de neutrons (normalment es fa servir sodi), es pot aconseguir que a la capa d'O-238 que envolta el combustible es generi més plutoni que el que es consumeix. D'aquesta manera, al mateix temps que s'està generant energia tèrmica, s'està produint combustible en forma de Pu-239, que pot usar-se en qualsevol tipus de reactor, tant ràpid com tèrmic.

A aquest tipus de reactors també se'ls coneix per reactors reproductors, i la seva importància és enorme, ja que permeten obtenir un millor aprofitament dels recursos existents d'urani.

En aquest moment hi ha molt pocs països que tinguin centrals nucleoelèctrica amb aquest tipus de reactors.

En primer lloc, França amb el Superphenix de 1200 MW funcionant en Crys-Malville, és la central existent.

El segueix l'antiga Unió Soviètica amb un projecte de diverses centrals amb reactors de 600 MW, i finalment Japó amb una central de 300 MW.