Refrigerante | Punto de fusion | Punto de ebullición |
---|---|---|
Agua pesada a 154 bar | 345 ° C | |
NaK eutéctico | -11 ° C | 785 ° C |
Sodio | 97,72 ° C | 883 ° C |
FLiNaK | 454 ° C | 1570 ° C |
FLIBE | 459 ° C | 1430 ° C |
Dirigir | 327,46 ° C | 1749 ° C |
Eutéctico de plomo-bismuto | 123,5 ° C | 1670 ° C |
El refrigerante de un reactor nuclear es un refrigerante de un reactor nuclear que se utiliza para eliminar el calor del núcleo del reactor nuclear y transferirlo a los generadores eléctricos y al medio ambiente . Con frecuencia, se usa una cadena de dos bucles de refrigerante porque el bucle de refrigerante primario adquiere radiactividad a corto plazo del reactor.
Agua
Casi todas las centrales nucleares que funcionan actualmente son reactores de agua ligera que utilizan agua corriente a alta presión como refrigerante y moderador de neutrones . Aproximadamente 1/3 son reactores de agua hirviendo donde el refrigerante primario experimenta una transición de fase a vapor dentro del reactor. Aproximadamente 2/3 son reactores de agua a presión a una presión aún mayor. Los reactores actuales permanecen por debajo del punto crítico en torno a 374 ° C y 218 bar donde desaparece la distinción entre líquido y gas, lo que limita la eficiencia térmica , pero el reactor de agua supercrítica propuesto operaría por encima de este punto.
Los reactores de agua pesada utilizan óxido de deuterio , que tiene propiedades idénticas al agua corriente, pero captura de neutrones mucho menor , lo que permite una moderación más completa.
Desventajas
Fuga de tritio
A medida que los átomos de hidrógeno en los refrigerantes de agua son bombardeados con neutrones, algunos absorben un neutrón para convertirse en deuterio, y luego otros se convierten en tritio radiactivo. El agua contaminada con tritio a veces se filtra al agua subterránea por accidente o por aprobación oficial. [1]
Explosión de hidrógeno durante un corte de energía
Las barras de combustible crean altas temperaturas que hierven el agua y luego convierten el agua en vapor. Durante un desastre, cuando ocurre un corte de energía y los generadores de energía diesel que brindan energía de emergencia a la bomba de agua se dañan por un tsunami o un terremoto, si no se bombea agua dulce para enfriar las barras de combustible, las barras de combustible continúan calentándose. . Una vez que las barras de combustible alcanzan más de 1200 grados Celsius, los tubos de circonio que contienen el combustible nuclear interactuarán con el vapor y separarán el hidrógeno del agua. Luego, ese hidrógeno puede liberarse del núcleo del reactor y del recipiente de contención. Si ese hidrógeno se acumula en cantidades suficientes, concentraciones de 4 por ciento o más en el aire, entonces ese hidrógeno puede explotar, como aparentemente ha ocurrido en los reactores N ° 1, 3, 4 de Fukushima Daiichi, pero el reactor N ° 2 abrió su respiradero para dejar salir. gas hidrógeno radiactivo, disminuyendo la presión del hidrógeno, pero contaminó el medio ambiente, por lo que el reactor No. 2 no explotó. [2]
Agua borada
El agua boratada se utiliza como refrigerante durante el funcionamiento normal de los reactores de agua a presión (PWR), así como en los sistemas de enfriamiento de núcleo de emergencia (ECCS) tanto de los PWR como de los reactores de agua hirviendo (BWR). [3] [4] [5]
Ventajas
El boro , a menudo en forma de ácido bórico o borato de sodio, se combina con agua, un recurso abundante y barato, donde actúa como refrigerante para eliminar el calor del núcleo del reactor y transferir el calor a un circuito secundario. [6] Parte del circuito secundario es el generador de vapor que se utiliza para hacer girar turbinas y generar electricidad. El agua boratada también proporciona los beneficios adicionales de actuar como un veneno de neutrones debido a su gran sección transversal de absorción de neutrones, donde absorbe el exceso de neutrones para ayudar a controlar la velocidad de fisión del reactor. Por tanto, la reactividad del reactor nuclear se puede ajustar fácilmente cambiando la concentración de boro en el refrigerante. Es decir, cuando se aumenta la concentración de boro (boración) al disolver más ácido bórico en el refrigerante, la reactividad del reactor disminuye. Por el contrario, cuando se reduce la concentración de boro (dilución) añadiendo más agua, aumenta la reactividad del reactor. [7]
Desventajas
Aproximadamente el 90% del tritio en los refrigerantes PWR se produce por reacciones de boro-10 con neutrones. Dado que el tritio en sí mismo es un isótopo radiactivo del hidrógeno, el refrigerante se contamina con isótopos radiactivos y debe evitarse que se filtre al medio ambiente. Además, este efecto debe tenerse en cuenta para ciclos más largos de operación del reactor nuclear y, por lo tanto, requiere una mayor concentración inicial de boro en el refrigerante. [7]
Metal fundido
Los reactores rápidos tienen una alta densidad de potencia y no necesitan, y deben evitar, la moderación de neutrones. La mayoría han sido reactores refrigerados por metal líquido que utilizan sodio fundido . También se han propuesto y utilizado ocasionalmente plomo, plomo-bismuto eutéctico y otros metales . Se utilizó mercurio en el primer reactor rápido .
Sal fundida
Las sales fundidas comparten con los metales la ventaja de una baja presión de vapor incluso a altas temperaturas y son menos reactivas químicamente que el sodio . Las sales que contienen elementos ligeros como FLiBe también pueden proporcionar moderación. En el Experimento del reactor de sales fundidas , incluso sirvió como disolvente para transportar el combustible nuclear.
Gas
También se han utilizado gases como refrigerante. El helio es extremadamente inerte tanto químicamente como con respecto a las reacciones nucleares, pero tiene una baja capacidad calorífica .
Hidrocarburos
Los reactores orgánicamente moderados y refrigerados fueron un concepto temprano estudiado, utilizando hidrocarburos como refrigerante. No tuvieron éxito.
Referencias
- ^ "como resultado de versiones aprobadas de rutina; de google (por qué fuga de tritio) resultado 2" .
- ^ "Derretimientos parciales conducidos a explosiones de hidrógeno en la planta de energía nuclear de Fukushima; de google (explosión de hidrógeno de Fukushima) resultado 1" .
- ^ "Sistemas de reactores de agua a presión" (PDF) . Centro de formación técnica de la USNRC . Consultado el 12 de marzo de 2019 .
- ^ Aaltonen1, Hanninen2, P.1, H.2. "Química del agua y comportamiento de materiales en PWR y BWR" (PDF) . Tecnología de fabricación VTT . Consultado el 12 de marzo de 2019 .
- ^ Buongiorno, Jacopo. "Seguridad nuclear" (PDF) . MIT OpenCourseWare . Consultado el 12 de marzo de 2019 .
- ^ "Agua borada" (PDF) . Industrias Químicas de Columbus . Consultado el 12 de marzo de 2019 .
- ^ a b Monterrosa, Anthony (5 de mayo de 2012). "Uso y control de boro en PWR y FHR" (PDF) . Departamento de Ingeniería Nuclear, Universidad de California, Berkeley . Consultado el 12 de marzo de 2019 .
- El sodio como refrigerante de reactor rápido, Thomas Fanning, ANL Compara el sodio favorablemente con el plomo y el helio.
enlaces externos
- Medios relacionados con refrigerantes de reactores nucleares en Wikimedia Commons