Ciencia y Tecnología Nuclear

¿ Cómo se controla una central nuclear ?

El primer elemento utilizado en los reactores nucleares para el control de la reactividad, a través del control del flujo neutrónico, está constituido por las barras de control. Las barras de control están formadas por una aleación de Ag, In y Cd que tiene gran poder de absorción de neutrones.

Los elementos de combustibles tienen una configuración generalmente, en el caso de los reactores de agua a presión, de 17 x 17 varillas de combustible. Al unos elementos combustibles tiene barra de control y una de las varillas de combustible se sustituye por esta barra, de unos 4 m de longitud, constituida por la aleación indicada anteriormente. Varias varillas de control se agrupan en torno a un eje en una configuración conocida como “araña”. Esta araña está controlada por un sistema que la mueve verticalmente, introduciéndo o sacando las barras del reactor. Estos mecanismos están basados en la utilización del campo magnético producido por una bobina, de forma que la desenergización de estas bobinas libera la barra, que se introduce en el núcleo absorbiendo el flujo neutrónico.

Mecanismo de posicionamiento de una barra de control

Las barras de control se agrupan, para el mejor control, en bancos de forma que todas las barras de un banco se suelen muever al unísono, como una unidad. Las barras de un banco se hallan simétricamente dispuestas en el núcleo para no crear distorsión radial de flujo durante su movimiento.

Se define el margen de parada como la cantidad instantánea de reactividad por la cual el reactor se haría subcrítico desde su condición presente suponiendo que todos los bancos se insertan completamente excepto el de mayor antirreactividad que se supone permanece totalmente extraído. Mediante el margen de parada se asegura que: a) el reactor puede hacerse subcrítico desde todas las condiciones operativas, b) los transitorios de reactividad son controlables dentro de límites aceptables y c) el reactor se mantedrá suficientemente subcrítico para evitar la criticidad accidental en la condición de parada.

Ejemplo de una barra de control

Otro elemento utilizado en el control del reactor es un aditivo que se añade al circuito de agua (”veneno soluble”): el boro, ya que es absorbente de neutrones. En los reactores nucleares el boro se utiliza como elemento de control a largo plazo, es decir, que su concentración se va disminuyendo a lo largo del ciclo a medida que se va agotando la reactividad del núcleo, a medida que aumenta el quemado del combustible. Además del boro, se suelen colocar otros absorbentes sólidos de neutrones para contrarestar el efecto del gasto del combustible (disminuye la reactividad) a lo largo del tiempo, como gadolinio, hafnio, etc.

Tuberías del primario (por donde circula el boro)

Por otra parte, se puede decir, que las centrales se controlan ellas solas: la reactividad es consecuencia de las propiedades nucleares y físicas, es decir, de las secciones eficaces macroscópicas de los materiales que integran el reactor nuclear. Por lo tanto, cualquier fenómeno que suponga una modificación de éstas se traducirá en una variación de la reactividad. Más concretamente, la sección eficaz de absorción de un núcleo depende de la energía relativa entre el neutrón incidente y el núcleo. El efecto de la temperatura del combustible sobre la reactividad de un reactor tiene su origen en la vibración de los núcleos del medio en que se mueven los neutrones alrededor de su posición de reposo. Esta vibración (es decir, la energía del núcleo) aumenta con la temperatura, y el resultado es que el rango de energías del neutrón incidente para el que se produce la absorción en los núcleos del medio (en los picos de las secciones eficaces de absorción denominados resonancias) es más amplio, con lo que la absorción neutrónica aumenta. Este fenómeno se denomina ensanchamiento Doppler de las resonancias, por similitud con los cambios de longitud de onda que se observan cuando una fuente luminosa monocromática está en movimiento.

El funcionamiento de una central se basa en el equilibrio estable

Por lo tanto un aumento de temperatura del combustible conduce a una mayor absorción neutrónica en el mismo, con lo que el aumento de temperatura provoca un descenso del número de fisiones, es decir, que se produce un efecto estabilizador de la potencia…muy interesante para el control del reactor.

Para probar vuestra habilidad e ir aprendiendo, poco a poco, a manejar una central nuclear sólo tenéis que hacer clik aquí.

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