Tipus de reactors nuclears

Tipus de reactors nuclears

Els reactors nuclears es poden classificar seguint diferents criteris. Un dels criteris és el propòsit pel qual es van a utilitzar. En aquest sentit distingim els tipus de reactors nuclears utilitzats per a fins civils, per a fins militars o per a fins d'investigació.

Els reactors nuclears civils es utilitzen l'energia nuclear per generar energia per a electricitat; els reactors militars creen materials que poden usar-se en armes nuclears com la bomba atòmica; i els reactors nuclears d'investigació que s'utilitzen per desenvolupar armes o tecnologia de producció d'energia, per a fins de desenvolupament, per a experimentació de física nuclear i per produir radioisòtops per a medicina i investigació. Alguns reactors tenen un doble propòsit, ja que s'utilitzen per a la producció d'energia civil i materials militars.

Els reactors nuclears d'investigació utilitzen els neutrons generats durant les reaccions de fissió nuclear per produir radioisòtops que van a ser utilitzats en altres aplicacions de l'energia nuclear com pot ser la medicina nuclear o bé per realitzar estudis en materials.

Classificació dels tipus de reactors nuclears per característiques tècniques.

Existeixen altres classificacions dels tipus de reactor nuclear depenent del criteri utilitzat. Entre els criteris més habituals es troben:

Segons el combustible nuclear utilitzat trobem els reactors nuclears d'urani natural i els reactors nuclears d'urani enriquit. El combustible nuclear d'urani natural conté la mateixa proporció d'urani que es troba en la naturalesa, mentre que en el combustible d'urani enriquit aquesta proporció s'augmenta artificialment. Altres reactors utilitzen òxids mixtes d'urani i plutoni.

Segons la velocitat dels neutrons, és a dir, de la seva energia cinètica, produïdes en les reaccions nuclears de fissió: es distingeixen els reactors ràpids i els reactors tèrmics.

Segons el moderador utilitzat poden ser reactors nuclears d'aigua pesada, d'aigua lleugera o de grafit.

Segons el material utilitzat com a refrigerant: els materials més habituals són un gas (heli o anhídrid carbònic) o aigua (lleugera o pesada). Algunes vegades aquests materials, alhora, també actuen com a moderador de neutrons. També es pot utilitzar vapor d'aigua, sals foses, aire, o metalls líquids com a refrigerant.

També es poden distingir els reactors nuclears pel tipus de reacció nuclear. L'energia nuclear es pot obtenir de dues formes: mitjançant reaccions de fissió nuclear o mitjançant reaccions de fusió nuclear. De totes maneres, actualment, la totalitat dels reactors nuclears en producció són reactors nuclears de fissió. El reactor de fusió nuclear, es troba en fase de desenvolupament. En aquesta línia hi ha el projecte ITER que és un reactor nuclear de fusió a França amb propòsits de recerca i desenvolupament d'aquest tipus de tecnologia de l'energia nuclear.

Reactors nuclears de potència

Els reactors nuclears de potència es basen en l'aprofitament de l'energia tèrmica que es genera en les reaccions de fissió nuclear. L'aplicació principal i més coneguda d'aquest tipus de reactors és la generació d'electricitat a les centrals nuclears. No obstant això, aquests reactors també s'utilitzen per a la dessalinització d'aigua de mar, calefacció, o bé per a sistemes de propulsió.

Les diferències entre els diferents tipus de centrals nuclears de potència es basen en la manera de funcionar del reactor nuclear que utilitzen per produir energia elèctrica.

Totes les centrals nuclears de potència utilitzen un o diversos reactors nuclears per generar calor. Aquesta calor en forma d'energia tèrmica s'utilitza per generar vapor mitjançant uns determinats processos termodinàmics i finalment accionar una turbina. La característica que diferencia una central nuclear d'una altra es basa en la manera de funcionar el reactor nuclear. De les diferents formes de funcionar dels reactors tenim una nova classificació dels tipus de reactors nuclears.

Reactor d'aigua a pressió (PWR)

Reactor nuclear d'aigua a pressió.  Tipus de reactor.

El reactor d'aigua a pressió (conegut per les sigles en anglès PWR) és el reactor nuclear més utilitzat en el món al costat del reactor d'aigua en ebullició (BWR). Aquest reactor s'ha desenvolupat principalment als Estats Units, RF Alemanya, França i Japó.

El combustible nuclear utilitzat és l'urani enriquit en forma d'òxid.

El moderador i el refrigerant utilitzat pot ser aigua o grafit.

L'energia tèrmica generada pel nucli del reactor és transportada mitjançant l'aigua de refrigeració que circula a gran pressió fins a un intercanviador de calor. El reactor nuclear es basa en el principi que l'aigua sotmesa a grans pressions pot evaporar sense arribar al punt d'ebullició, és a dir, a temperatures majors de 100 ° C. En l'intercanviador el vapor es refreda i es condensa, i torna al reactor en estat líquid.

En l'intercanvi hi ha un traspàs termodinàmic de calor a un circuit secundari d'aigua. L'aigua del circuit secundari es converteix en vapor a alta pressió a conseqüència de la quantitat d' energia calorífica rebuda a l'intercanviador. El vapor s'introdueix en una turbina per convertir aquesta energia en energia mecànica i poder accionar un generador elèctric.

Reactor d'aigua en ebullició (BWR)

El reactor d'aigua en ebullició (conegut per les sigles en anglès BWR), també s'utilitza amb freqüència. Tecnològicament ha estat desenvolupat principalment, als Estats Units, Suècia i la RF Alemanya.

En aquest tipus de reactor nuclear, l'aigua s'utilitza com a refrigerant i moderador.

El combustible nuclear utilitzat és urani enriquit en forma d'òxid ja que facilita la generació de fissions nuclears.

L'energia tèrmica generada per les reaccions de fissió nuclear en cadena s'utilitza per fer bullir l'aigua. El vapor produït s'introdueix en una turbina que acciona un generador elèctric. El vapor que surt de la turbina passa per un condensador, on és transformat novament en aigua líquida. Posteriorment torna al reactor nuclear impulsada per una bomba adequada.

Reactor d'urani natural, gas i grafit (GCR)

El reactor d urani natural, gas i grafit és un tipus de reactor nuclear que utilitza urani natural en forma de metall com a combustible nuclear. El combustible s'introdueix en tubs d'un aliatge de magnesi anomenat Magnox.

El moderador de neutrons utilitzat és el grafit. La nevera tèrmic és gas, concretament anhídrid carbònic.

La tecnologia d'aquest tipus de reactor nuclear, ha estat desenvolupada principalment a França i Regne Unit.

Reactor avançat de gas (AGR)

El reactor avançat de gas (AGR) ha estat desenvolupat al Regne Unit a partir del reactor nuclear d'urani natural-grafit-gas.

Les principals novetats són que el combustible nuclear, en forma d'òxid d'urani enriquit, està introduït en tubs d'acer inoxidable i que vas, de formigó pretesat, conté els intercanviadors de calor al seu interior.

Reactor refrigerat per gas a temperatura elevada (HTGCR)

El reactor nuclear refrigerat per gas a temperatura elevada és una nova evolució dels reactors nuclears refrigerats per gas. Aquest tipus de reactor nuclear està desenvolupat en RF Alemanya, Regne Unit i Estats Units.

Les diferències pel que fa al reactor nuclear avançat de gas (AGR) són principalment tres:

  • se substitueix l'heli per l'anhídrid carbònic com a refrigerant,
  • s'utilitza combustible ceràmic en comptes de combustible metàl·lic
  • les temperatures del gas amb el qual treballa són molt més elevades.

Reactor nuclear d'aigua pesada (HWR)

El reactor nuclear d'aigua pesada és un tipus de reactor nuclear desenvolupat principalment al Canadà.

El combustible utilitzat per a l'obtenció d'energia nuclear és l'urani natural, en forma d'òxid, que s'introdueix en tubs de zirconi aliat.

La principal característica del reactor d'aigua pesada és l'ús d'aigua pesada com a moderador i refrigerant.

En el seu disseny més habitual, els tubs del combustible nuclear s'introdueixen en un vas que conté el moderador. El refrigerant es manté a pressió per mantenir el seu estat líquid. El vapor es produeix en uns canviadors de calor pels quals circula l'aigua lleugera.

Reactor reproductor ràpid (FBR)

Hi ha diversos dissenys de reactors FBR, sent el rus i el francès els que es troben més avançats.

La principal característica dels reactors ràpids és que no utilitzen moderador de neutrons i que, per tant, la majoria de les fissions nuclears es produeixen per neutrons ràpids.

El nucli d'aquest tipus de reactor nuclear consta d'una zona fissionable, envoltada d'una zona fèrtil en què l'urani natural es transforma en plutoni. També pot utilitzar-se el cicle urani 233-tori.

El refrigerant és sodi líquid, el vapor es produeix en intercanviadors de calor. El seu nom de "reproductor" es deu al fet que a la zona fèrtil es produeix major quantitat de material fissionable que la que consumeix el reactor en el seu funcionament, és a dir més combustible nou que el que es gasta.

valoración: 3.3 - votos 9

Referències

CCHEN - Tipos de Reactores Nucleares

Última revisió: 14 de febrer de 2019