¿Qué son los reactores de agua ligera y los reactores de agua pesada?
El reactor de neutrones térmicos es un reactor que realiza fisión nuclear. En la actualidad, los reactores de neutrones térmicos que se han puesto en práctica incluyen reactores de agua ligera y reactores de agua pesada.
La mayoría de ellos son reactores de agua ligera.
En los reactores de agua ligera, el agua se utiliza tanto para la desaceleración (como el grafito, que desempeña la función de controlar la velocidad de reacción) como para el enfriamiento. Los reactores de agua ligera se pueden dividir en tipo de agua a presión y tipo de agua en ebullición. La mayoría de las centrales nucleares utilizan actualmente el tipo de agua a presión.
Los reactores de agua a presión se utilizaron originalmente para propulsar submarinos nucleares. Su agua de refrigeración se divide en dos partes: el sistema primario y el sistema secundario:
El agua de refrigeración en el sistema primario se mantiene a una alta presión de unas 160 atmósferas, por lo que puede permanecer en estado líquido. cuando se calienta a aproximadamente 325°C. Para absorber neutrones en la fisión nuclear, se añade un poco de boro al agua para ajustar la velocidad de la reacción nuclear. El agua de refrigeración primaria contacta directamente con la parte de fisión nuclear, eliminando el calor generado por ella, y realiza el intercambio de calor a través del generador de vapor, de modo que el agua de refrigeración secundaria se calienta hasta ebullición.
El agua de refrigeración secundaria se calienta a 275 °C a 60 presión atmosférica y se convierte en vapor que se utiliza para impulsar la turbina para la generación de energía.
Los reactores de agua a presión utilizan como combustible nuclear uranio-235 de baja concentración proporcionado por las plantas de enriquecimiento de uranio.
El uranio-235 es un isótopo radiactivo del uranio y el único combustible nuclear de fisión que existe en la naturaleza. Los neutrones producidos durante la fisión son absorbidos por el uranio-238 en la barra de combustible o forman el uranio. 235 fisión, o escape de la barra de combustible.
Si los neutrones se mueven demasiado rápido, la posibilidad de fisión del uranio-235 se reduce, por lo que se utilizan (agua ligera o agua pesada) y grafito como materiales de desaceleración y se colocan alrededor de las barras de combustible para hacer que los neutrones se ralenticen. Para facilitar la fisión del uranio-235, la energía de los neutrones desacelerados se convierte finalmente en energía térmica. Para enviarla al exterior, se utiliza un material refrigerante (normalmente agua).
Al mismo tiempo, se coloca en el núcleo una barra de control que contiene materiales absorbentes de neutrones, como el boro. Cuando se inserta en el combustible, el número de neutrones producidos no alcanza el valor crítico y se fisiona. no puede continuar. Cuando se levanta la barra de control, aumenta el número de neutrones y, mediante una reacción en cadena, la fisión del uranio puede continuar. Este neutrón ralentizado se llama neutrón térmico, y un reactor nuclear que utiliza neutrones térmicos para fisionar uranio-235 se llama reactor de neutrones térmicos.
El reactor de agua pesada del reactor de neutrones térmicos recibe su nombre porque el refrigerante que utiliza es agua pesada (D20). En comparación con el reactor de agua ligera de la central nuclear, tiene las siguientes cinco características:
En primer lugar, debido a que el agua pesada tiene buenas propiedades moderadoras, absorbe menos neutrones y puede utilizar uranio natural como combustible, el desarrollo de plantas de energía nuclear con reactores de agua pesada no requiere el establecimiento de costosas plantas de separación de isótopos de uranio o plantas de enriquecimiento de uranio. .
En segundo lugar, la tasa de conversión del reactor de agua pesada es relativamente alta, alrededor del 80%, y puede utilizar el uranio natural de manera más efectiva.
En tercer lugar, el combustible del reactor de agua pesada se quema más a fondo y el contenido de uranio-235 es inferior a la concentración habitual de relaves, alrededor del 0,25%. Pueden almacenarse y extraerse temporalmente cuando se utiliza el reactor rápido. lo necesita. El plutonio que contiene no tiene que procesarse rápidamente, lo que simplifica enormemente el ciclo del combustible y, por tanto, reduce los costes.
En cuarto lugar, entre los diversos reactores de neutrones térmicos, los reactores de agua pesada requieren muy poco uranio natural y, al mismo tiempo, la carga inicial requerida y el reabastecimiento anual de combustible también son los más pequeños.
En quinto lugar, los reactores de agua pesada son muy adaptables al combustible. Pueden utilizar uranio natural o uranio enriquecido como combustible, así como uranio-233, uranio-235 o plutonio-239 y cualquier combinación de los mismos. Es fácil colaborar en materia de materiales fisibles y cambiar de un ciclo de combustible a otro.
Además, una parte del plutonio producido en un reactor de agua pesada sufre fisión en el reactor para liberar energía, mientras que la otra parte está contenida en el combustible. La cantidad neta de plutonio producido es de 1,4 a 1,8 veces mayor. que el de un reactor de agua ligera. De esta manera, el desarrollo de centrales eléctricas con reactores de agua pesada puede acumular más plutonio para el desarrollo de centrales eléctricas con reactores reproductores de neutrones rápidos.