Les barres de control de les centrals nuclears són els elements que permeten regular la potència del reactor. És un element essencial en la seguretat del reactor. Sense elles, la potència del nucli del reactor augmentaria sense control.
Les reaccions nuclears que es produeixen dins d'un reactor de fissió es produeixen en cadena. És a dir, cada vegada que un àtom impacta amb un neutró es divideix i emet un o dos neutrons més. Els neutrons alliberats poden impactar contra altres àtoms, de manera que cada vegada es produirien més reaccions per unitat de temps.
Les barres de control són uns tubs cilíndrics fabricats amb un material que absorbeix neutrons. Aquest material pot ser carbur de bor o aliatges de plata, indi i cadmi.
Les dimensions de les barres de control són les mateixes que les de les varetes de combustible nuclear.
Per a què serveixen les barres de control en un reactor nuclear?
Les barres de control dels reactors nuclears permeten controlar la freqüència de les reaccions nuclears. L'absorció de neutrons impedeix que aquests puguin fisionar més elements combustibles.
L'efectivitat depèn de la proporció de les barres que estiguin en contacte amb la zona de reacció. Com més endins estigui d'el nucli del reactor més neutrons absorbirà i, per tant, menys reaccions es produiran.
Com es regula la potència d'un reactor nuclear?
Les barres de control són un dels mecanismes per regular l'estat d'un reactor nuclear. Sovint, les barres són l'element més important en una parada ràpida del reactor (l'anomenada parada d'emergència o SCRAM).
En els reactors d'aigua a pressió, les barres pengen al reactor i poden funcionar com un sistema de seguretat. Es mantenen pujades amb un electroimant i en el cas d'una pèrdua imprevista de potència de control, cauen automàticament en el reactor. D'aquesta manera, la reacció de fissió nuclear en cadena s'atura.
En altres tipus de reactors, com el reactor d'aigua en ebullició, les varetes sobresurten del fons cap a l'interior del reactor. Per activar-se, han de ser empeses activament cap al nucli del reactor.
En realitat, el procés de control del reactor és més complicat: el curs de la reacció també depèn de la temperatura i la refrigeració del reactor i de la presència de certs deixalles del procés de fissió (que de vegades absorbeixen molts neutrons).
Quan les barres de control entren completament (per exemple durant una parada d'emergència) la reacció en cadena nuclear s'aturarà gairebé immediatament. Llavors es diu que el reactor es torna subcrític. No obstant això, el material radioactiu continua emetent calor durant algun temps, que ha de continuar dissipant. En cas contrari, pot produir-se un col·lapse.
En l'ús de l'energia nuclear, les barres de control resulten un element importantíssim de seguretat per poder aturar el reactor nuclear en cas d'alarma.
Quina relació tenen les barres de control amb els accidents nuclears?
Un dels grans problemes de l'energia nuclear és la possibilitat dels accidents nuclears. Alguns accidents s'han atribuït a la mala gestió o la falla de la barra de control, inclòs l'accident nuclear de Txernòbil.
Sovint s'han utilitzat absorbents de neutrons per a la gestió d'accidents de criticitat. En aquests absorbents s'utilitzen solucions aquoses de metalls físsils. En diversos d'aquests accidents, s'ha afegit a sistema bòrax (borat de sodi) o un compost de cadmi. El cadmi es pot afegir com a metall a solucions d'àcid nítric de material fissionable; la corrosió del cadmi en l'àcid generarà nitrat de cadmi in situ.
En els reactors nuclears refrigerats amb diòxid de carboni, si les barres de control no aconsegueixen aturar la reacció en cadena, és possible injectar gas nitrogen en el circuit primari. El nitrogen té una major capacitat d'absorció de neutrons en comparació amb l'oxigen o el carboni.
A mesura que augmenta l'energia cinètica dels neutrons, disminueix la secció transversal de neutrons de la majoria dels isòtops. El bor és un bon material per blindar-se contra els neutrons. És una altra forma per reduir l'activació de material prop del nucli del reactor.
