Tipus de reactors nuclears

Distingim dos tipus de reactors nuclears:

  • Reactors nuclears de investigació. Aquest tipus de reactors utilitzen els neutrons generats durant les reaccions de fissió nuclear per produir radioisòtops que s'utilitzaran més tard en altres aplicacions de l'energia nuclear o bé per realitzar estudis en materials.
  • Reactors nuclears de potència. Aquests reactors es basen en l'aprofitament de l'energia tèrmica que es genera en les reaccions de fissió. L'aplicació principal i més coneguda d'aquest tipus de reactors és la generació d'energia elèctrica a les centrals nuclears. Tot i així, també s'utilitzen per a la dessalinització d'aigua de mar, calefacció, o bé per a sistemes de propulsió.

Existeixen altres classificacions 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 a 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 energía 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 usat com a refrigerant: els materials més habituals són un gas (heli o anhídrid carbònic) o aigua (lleugera o pesada). Algunes vegades aquests materials, també actuen com a moderador. També es pot utilitzar vapor d'aigua, sals foses, aire, o metalls líquids com a refrigerant.

Les diferències entre els diferents tipus de centrals nuclears de potència es basen en el tipus de reactor nuclear que s'utilitzen per produir energia elèctrica. La forma en què es genera electricitat a partir del vapor generat és similar en totes les centrals nuclears.

Tipus de reactors nuclears de potència

Els dos principals reactors nuclears de potència utilitzats són el reactor d'aigua a pressió i el reactor d'aigua en ebullició. No obstant això existeixen altres tipus que també descriurem.

Reactor d'aigua a pressió (PWR)

El reactor d'aigua a pressió és el reactor nuclear més utilitzat al món. S'ha desenvolupat principalment als Estats Units, RF Alemanya, França i Japó.

Aquest reactor nuclear utilitza urani enriquit en forma d'òxid com a combustible nuclear.

El moderador i el refrigerant utilitzats poden ser aigua o grafit.

L'energia 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 es basa en el principi que l'aigua sotmesa a grans pressions pot evaporar-se 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 traspàs de calor a un circuit secundari d'aigua. L'aigua del circuit secundari, producte de la calor, produeix vapor, que s'introdueix en una turbina que acciona un generador elèctric.

Reactor d'aigua en ebullició (BWR)

El reactor d'aigua en ebullició, també s'utilitza amb freqüència. Tecnològicament ha estat desenvolupat principalment, als Estats Units, Suècia i la RF Alemanya.

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

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

L'energia tèrmica generada per la reaccions 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 després de ser impulsada per un bomba adequada.

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

Aquest tipus de reactor nuclear 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 utilitzat és el grafit i el refrigerador és gas, anhídrid carbònic.

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

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 el vas, de formigó pre-tensat, conté els canviadors de calor al seu interior.

Reactor refrigerat per gas a temperatura elevada (HTGCR)

Aquest reactor nuclear és una evolució dels reactors nuclears refrigerats per gas. Desenvolupat a la R.F. Alemanya, al Regne Unit i als Estats Units.

Les diferències amb l'anterior 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 d'aigua pesada (HWR)

Aquest tipus de reactor nuclear ha estat desenvolupat principalment al Canadà.

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

La seva principal característica 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 que circula l'aigua lleugera.

Reactor reproductor ràpid (FBR)

D'aquest tipus n'hi ha diversos dissenys, sent el rus i el francès els que es troben més avançats.

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

El nucli del reactor consta d'una zona fissionable, envoltada d'una zona fèrtil en la cual 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 físsil que la que consumeix el reactor en el seu funcionament, és a dir més combustible nou que el que es gasta.

valoración: 3.1 - votos 8

Referències

CCHEN - Tipos de Reactores Nucleares

Última revisió: 18 de setembre de 2015