Menu

Què és un reactor nuclear?

Un reactor nuclear és una instal·lació capaç de convertir l'energia nuclear en energia tèrmica. Els reactors tenen la capacitat d'iniciar, controlar i mantenir les reaccions nuclears en cadena que es produeixin en el nucli d'aquesta instal·lació.

Què és un reactor nuclear?

En una central nuclear comú, els reactors nuclears s'utilitzen per a la producció d'energia tèrmica i generar vapor d'aigua. Amb el vapor d'aigua s'acciona unes turbines amb què s'obté energia elèctrica.

Per construir un reactor nuclear és necessari disposar de combustible nuclear suficient, que anomenem massa crítica. Tenir suficient massa crítica significa disposar de suficient material fissible en òptimes condicions per mantenir una reacció de fissió nuclear en cadena.

La disposició d'absorbents de neutrons i de les barres de control permet controlar la reacció en cadena i la parada i posada en funcionament del reactor nuclear.

Al nucli del reactor es produeix i manté la reacció nuclear en cadena amb l'objectiu d'escalfar l'aigua que s'utilitzarà per accionar les turbines de la central.

Quines són les parts d'un reactor nuclear?

Un reactor nuclear està format pels següents components:

Nucli del reactor nuclear

Està constituït per les barres de combustible. El nucli del reactor posseeix una forma geomètrica característica. El nucli està refrigerat per un fluid, generalment aigua.

En alguns reactors nuclears el nucli es situa a l'interior d'una piscina amb aigua, a uns 10 a 12 metres de profunditat, o bé a l'interior d'un vas de pressió construïda en acer.

Barres de combustible nuclear

Què és un reactor nuclear?

Són el lloc físic on es confina el combustible nuclear. Algunes barres de combustible contenen l'urani barrejat en alumini sota la forma de làmines planes. Aquestes làmines estan separades per una certa distància que permet la circulació de fluid dissipador de calor.

Les làmines es situen en una mena de caixa que els serveix de suport.

Combustible nuclear

El combustible nuclear és un material amb capacitat de fisionarse prou com per arribar a la massa crítica. És a dir, per mantenir una reacció nuclear en cadena. Es col·loca de manera que es pugui extreure ràpidament l'energia tèrmica que produeix aquesta reacció nuclear.

Què és un reactor nuclear?A les centrals nuclears s'utilitza combustible nuclear sòlid. Els combustibles nuclears varien depenent del tipus de reactor però generalment s'utilitzen derivats de l'urani.

L'urani natural s'extreu de les mines d'urani però no és prou radioactiu per usar-lo directament en un reactor. L'urani natural se sotmet a un procés d'enriquiment per obtenir isòtops més inestables per augmentar el coeficient de reactivitat.

Perquè un reactor nuclear funcioni durant un període de temps ha de tenir un excés de reactivitat, que és màxim amb el combustible fresc i va disminuint amb la vida de la mateixa fins que s'anul·la. En aquest moment es realitza la recàrrega de combustible nuclear.

Barres de control

Els feixos de barres de control proporcionen un mitjà ràpid per controlar les reaccions en cadena. Aquestes barres permeten fer canvis ràpids de potència del reactor i la seva parada eventual en cas d'emergència.

Les barres de control estan fabricades amb materials absorbents de neutrons i solen tenir les mateixes dimensions que els elements de combustible.

El coeficient de reactivitat el nucli augmenta o disminueix pujant o baixant les barres de control. Al pujar o baixar-les, es modifica la presència de material absorbent de neutrons contingut en elles en el nucli.

Què és un reactor nuclear?

En funcionament normal, un reactor nuclear té les barres de control total o parcialment extretes del nucli.

El disseny de les centrals nuclears és tal que davant una fallada en un sistema de seguretat o de control del reactor, sempre actua en el sentit de seguretat màxima introduint totalment totes les barres de control al nucli del reactor.

Aquesta acció porta a el reactor nuclear a parada segura en pocs segons.

Moderador nuclear

Els neutrons resultants d'una reacció de fissió nuclear tenen una elevada energia cinètica. Com més alta sigui la seva velocitat és menys probable que fisionen altres àtoms de manera que convé reduir aquesta velocitat per incentivar noves reaccions en cadena.

La funció del moderador és la de reduir l'energia cinètica dels neutrons mitjançant xocs elàstics dels neutrons amb els nuclis del propi moderador.

Entre els moderadors més utilitzats estan l'aigua lleugera, l'aigua pesada i el grafit.

Refrigerant

Per poder aprofitar l'energia tèrmica que desprenen les reaccions fissió nuclear s'utilitza un refrigerant. La funció del refrigerant és absorbir aquesta energia tèrmica i transportar-la.

El refrigerant ha de ser anticorrosiu, amb una gran capacitat calorífica i no ha d'absorbir neutrons.

Els refrigerants més usuals són:

  • Gasos com el diòxid de carboni i l'heli

  • Líquids com l'aigua lleugera i l'aigua pesada.

  • Fins i tot hi ha alguns compostos orgànics i metalls líquids com el sodi, que també s'utilitzen per a aquesta funció.

Reflector de neutrons

En una reacció nuclear en cadena, una certa nombre de neutrons tendeix a escapar de la regió on aquesta es produeix. Aquesta fugida de neutrons pot minimitzar amb l'existència d'un mitjà reflector que els torni a dirigir dins de la regió de reacció.

El medi reflector que envolta el nucli ha de tenir una baixa secció eficaç de captura per no reduir el nombre de neutrons i que es reflecteixin el major nombre possible d'ells.

Blindatge del reactor

Quan el reactor estigui en operació, es genera una gran quantitat de radiació. El blindatge s'utilitza per protegir i aïllar els treballadors de la instal·lació de la radioactivitat ocasionada pels productes de fissió.

Per això, es col·loca un blindatge biològic al voltant del reactor per interceptar aquestes emissions radioactives.

Els materials més usats per construir aquest blindatge són el formigó, l'aigua i el plom.

Referències

Autor:

Data de publicació: 18 de juliol de 2012
Última revisió: 31 de gener de 2021