Largarse

Parada de emergencia de un reactor nuclear

Este artículo trata sobre reactores nucleares. Para otros usos, vea Scram (desambiguación) .

Botón SCRAM en el Experimental Breeder Reactor I en Idaho, EE. UU. A veces, el interruptor tendrá una tapa abatible para evitar un funcionamiento involuntario.

Un scram o SCRAM , es una parada de emergencia de un reactor nuclear efectuada al terminar inmediatamente la reacción de fisión . También es el nombre que se le da al interruptor de corte operado manualmente que inicia el apagado. En las operaciones de reactores comerciales, este tipo de parada a menudo se denomina "SCRAM" en los reactores de agua hirviendo (BWR), un " viaje del reactor " en los reactores de agua a presión (PWR) y EPIS en un reactor CANDU . ^[1] En muchos casos, un SCRAM es parte del procedimiento de apagado de rutina, que sirve para probar el sistema de apagado de emergencia.

La etimología del término es un tema de debate. El historiador de la Comisión Reguladora Nuclear de los Estados Unidos , Tom Wellock, señala que scram es una jerga en inglés que significa irse rápida y urgentemente, y cita esto como la base original y probablemente más precisa para el uso de scram en el contexto técnico. ^[2] Una explicación alternativa persistente postula que scram es un acrónimo de "Safety Control Rod Ax Man", que supuestamente fue acuñado por Enrico Fermi cuando se construyó el primer reactor nuclear del mundo debajo del asiento para espectadores en el Stagg Field de la Universidad de Chicago.. Ese reactor tenía una barra de control real atada a una cuerda, con un hombre con un hacha junto a ella. También podría significar " mecanismo de activación de las barras de control de seguridad " o " mecanismo accionador de la barra de control de seguridad ". ^{[3] [4]} Ambos son probablemente sinónimos del uso original no técnico.

El nombre ruso, AZ-5 ( АЗ-5 , en cirílico ), es una abreviatura de Аварийная Защита 5-й категории ( Avariynaya Zashchita 5-y kategorii ), que se traduce como "Protección de emergencia de la quinta categoría" en inglés. ^[5]

Mecanismos

En cualquier reactor, un SCRAM se logra insertando grandes cantidades de masa de reactividad negativa en medio del material fisible, para terminar inmediatamente la reacción de fisión.

En los reactores de agua ligera , esto se logra insertando barras de control que absorben neutrones en el núcleo, aunque el mecanismo por el cual se insertan las barras depende del tipo de reactor. En los PWR, las barras de control se sostienen sobre el núcleo de un reactor mediante motores eléctricos contra su propio peso y un poderoso resorte. Un SCRAM está diseñado para liberar las barras de control de esos motores y permite que su peso y el resorte los impulsen hacia el núcleo del reactor, deteniendo rápidamente la reacción nuclear al absorber los neutrones liberados. Otro diseño utiliza electroimanes para mantener las barras suspendidas, con cualquier corte a la corriente eléctrica resultando en una inserción inmediata y automática de la barra de control.

En los BWR, las barras de control se insertan desde debajo de la vasija del reactor. En este caso, una unidad de control hidráulico con un tanque de almacenamiento presurizado proporciona la fuerza para insertar rápidamente las barras de control ante cualquier interrupción de la corriente eléctrica. Tanto en el PWR como en el BWR hay sistemas secundarios (y a menudo incluso sistemas terciarios) que insertarán barras de control en caso de que la inserción rápida primaria no se active rápida y completamente.

En los reactores CANDU, esto se logra inyectando un veneno de neutrones en el núcleo del reactor a través del EPIS o Sistema de Inyección de Veneno de Emergencia.

Botón SCRAM en la sala de control del NS Savannah

Los absorbentes de neutrones líquidos (venenos de neutrones) también se utilizan en sistemas de apagado rápido para reactores de agua ligera. Después de un SCRAM, si el reactor (o secciones del mismo) no están por debajo del margen de apagado (es decir, podrían volver a un estado crítico debido a la inserción de reactividad positiva por enfriamiento, descomposición del veneno u otras condiciones no controladas), los operadores pueden inyectar soluciones que contienen neutrones venenosos directamente en el refrigerante del reactor. Las soluciones de veneno de neutrones son soluciones a base de agua que contienen sustancias químicas que absorben neutrones , como el bórax doméstico común , el poliborato de sodio , el ácido bórico o el nitrato de gadolinio., provocando una disminución en la multiplicación de neutrones y, por lo tanto, apagando el reactor sin el uso de las barras de control. En el PWR, estas soluciones absorbentes de neutrones se almacenan en tanques presurizados (llamados acumuladores) que están conectados al sistema de refrigeración primario a través de válvulas; se mantiene un nivel variable de absorbente de neutrones dentro del refrigerante primario en todo momento, y se aumenta utilizando los acumuladores en caso de que todas las varillas de control no se inserten, lo que rápidamente llevará el reactor por debajo del margen de parada. En el BWR, los absorbentes de neutrones solubles se encuentran dentro del Sistema de control de líquidos en espera (SLCS), que utiliza bombas de inyección redundantes que funcionan con baterías o, en los últimos modelos, gas nitrógeno a alta presión para inyectar la solución absorbente de neutrones en la vasija del reactor contra cualquier presión interna. Debido a que pueden retrasar el reinicio de un reactor, estos sistemas solo se utilizan para apagar el reactor si falla la inserción de la barra de control. Esta preocupación es especialmente significativa en un BWR, donde la inyección de boro líquido provocaría la precipitación de compuestos de boro sólidos en la vaina del combustible, ^[6] lo que evitaría que el reactor se reiniciara hasta que se eliminaran los depósitos de boro.

En la mayoría de los diseños de reactores, el procedimiento de apagado de rutina también utiliza un SCRAM para insertar las varillas de control, ya que es el método más confiable para insertar completamente las varillas de control y evita la posibilidad de retirarlas accidentalmente durante o después del apagado.

Respuesta del reactor

La mayoría de los neutrones en un reactor son neutrones rápidos ; es decir, neutrones producidos directamente por una reacción de fisión. Estos neutrones se mueven a alta velocidad , por lo que es probable que escapen al moderador antes de ser capturados . En promedio, se necesitan alrededor de 13 μs para que el moderador ralentice los neutrones lo suficiente como para facilitar una reacción sostenida, lo que permite que la inserción de absorbedores de neutrones afecte rápidamente al reactor. Como resultado, una vez que el reactor ha sido sometido a SCRAM, la potencia del reactor caerá significativamente casi instantáneamente. Sin embargo, una pequeña fracción (alrededor del 0,65%) de neutrones en un reactor de potencia típico proviene de la desintegración radiactiva de un producto de fisión. Estaslos neutrones retardados , que se emiten a velocidades más bajas, limitarán la velocidad a la que se apagará un reactor nuclear. ^[7]

Debido a las fallas en el diseño de la barra de control original, romper un reactor RBMK podría elevar la reactividad a niveles peligrosos antes de bajarla. Esto se notó cuando provocó una subida de tensión en el inicio de la Unidad de Planta de Energía Nuclear Ignalina número 1, en 1983. El 26 de abril de 1986, ocurrió el desastre de Chernobyl debido a un sistema de apagado con fallas fatales, después del sistema de apagado AZ-5. se inició después de un sobrecalentamiento del núcleo. Posteriormente, los reactores RBMK se modernizaron para dar cuenta de la falla o se clausuraron.

Calor de descomposición

Más información: calor de descomposición

Para un reactor que se SCRAM después de mantener un nivel de potencia constante durante un período prolongado (más de 100 horas), aproximadamente el 7% de la potencia en estado estable permanecerá después del apagado inicial debido a la desintegración del producto de fisión. Para un reactor que no ha tenido un historial de energía constante, el porcentaje exacto está determinado por las concentraciones y vidas medias de los productos de fisión individuales en el núcleo en el momento del SCRAM. La energía producida por el calor de desintegración disminuye a medida que se desintegran los productos de fisión.

Etimología

Norman Hilberry (izquierda) y Leó Szilárd en Stagg Field, sitio de la primera reacción en cadena nuclear autosuficiente.

Scram se suele citar como un acrónimo de hacha de varilla de control de seguridad ; sin embargo, el término probablemente sea un backronym . El verdadero hombre del hacha en la primera reacción en cadena fue Norman Hilberry . En una carta a Raymond Murray (21 de enero de 1981), Hilberry escribió:

Cuando aparecí en el balcón esa tarde del 2 de diciembre de 1942 , me acompañaron hasta la barandilla del balcón, me entregaron un hacha de bombero bien afilada y me dijeron: "Si las barras de seguridad no funcionan, corte la cuerda de manila ". Las varillas de seguridad, no hace falta decirlo, funcionaron, la cuerda no se cortó ... No creo que alguna vez me haya sentido tan tonto como entonces. ... No me enteré de la historia de SCRAM [Safety Control Rod Axe Man] hasta muchos años después del hecho. Entonces, un día, uno de mis compañeros que había estado en el equipo de construcción de Zinn me llamó Sr. Scram. Le pregunté: "¿Cómo es eso?" Y luego la historia.

En una entrada del 17 de mayo de 2011 en el blog oficial de la Comisión Reguladora Nuclear, el historiador de la NRC, Tom Wellock, sostiene que este relato es efectivamente una leyenda urbana y surgió muchos años después del evento. ^[2]

Los artículos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) indican que el término significa "hombre con hacha de cuerda cortada de seguridad", refiriéndose en ese caso al mecanismo de seguridad neutrónico temprano de usar una persona equipada con un hacha para cortar la cuerda suspendiendo las barras de control el reactor nuclear Chicago Pile, en cuyo punto las varillas caerían por gravedad en el núcleo del reactor , cerrando el reactor. Específicamente, Wallace Koehler , un técnico que trabaja para el Proyecto Manhattan en Chicago Pile 1 , bajo Stagg Field en la Universidad de Chicago , y más tarde un físico investigador en ORNL, supuestamente dijo que Enrico Fermiacuñó el término como este acrónimo. Aunque Koehler no sirvió como hombre de hacha de control de corte de cuerdas, fue responsable de verter un balde de solución acuosa de cadmio en el reactor si el período del reactor entraba en el rango subóptimo. ^[8]

Leona Marshall Libby , quien estuvo presente ese día en el Chicago Pile, recordó ^[9] que el término fue acuñado por Volney Wilson, quien dirigió el equipo que diseñó el circuito de la barra de control:

Las varillas de seguridad estaban recubiertas con una lámina de cadmio y este metal absorbió tantos neutrones que se detuvo la reacción en cadena. Volney Wilson llamó a estas barras "scram". Dijo que la pila se había "aplastado", que las varillas se habían "aplastado" en la pila.

Varilla de control y circuito SCRAM para el Chicago Pile-1

Otros testigos ese día estuvieron de acuerdo con el crédito de Libby de "largarse" a Wilson. Tom Wellock, el historiador de la Comisión Reguladora Nuclear de EE. UU., Escribió que Warren Nyer, un estudiante que trabajó en el montaje de la pila, también atribuyó la palabra a Wilson: "La palabra surgió en una discusión, el Dr. Wilson, quien era el jefe de instrumentación y controles grupo, estaba teniendo con varios miembros de su grupo ", escribió Nyer. "El grupo había decidido tener un botón grande para presionar para impulsar tanto las varillas de control como la varilla de seguridad. ¿Qué etiquetarlo? '¿Qué hacemos después de presionar el botón?', Preguntó alguien. 'Lárgate de aquí. ! ', Dijo Wilson. Bill Overbeck, otro miembro de ese grupo dijo:' Está bien, lo etiquetaré como SCRAM '". ^[10]

Las primeras referencias a "scram" entre el equipo de Chicago Pile también se asociaron con los circuitos de apagado de Wilson y no con Hilberry. En un informe de 1952 de la Comisión de Energía Atómica de EE. UU. (AEC) de Enrico Fermi, la AEC desclasificó información sobre el Chicago Pile. El informe incluía una sección escrita por el equipo de Wilson poco después de que Chicago Pile lograra una reacción en cadena autosostenida el 2 de diciembre de 1942. Incluía un esquema de cableado del circuito de control de varilla con una línea claramente etiquetada "SCRAM" (ver imagen a la izquierda y páginas 37 y 48). ^[11]

Ver también

• El síndrome de China  - película de 1979
• Pozo de yodo  : desactivación temporal de un reactor nuclear debido a la acumulación de venenos nucleares de corta duración en el núcleo del reactor
• Interruptor de apagado  : mecanismo de seguridad para apagar rápidamente un sistema
• Reactor nuclear
• Sistema de seguridad del reactor nuclear
• Sergei Preminin , marinero ruso que recibió póstumamente el título de Héroe de la Federación de Rusia por realizar un SCRAM manual a bordo del submarino K-219 en 1986
• Scram (videojuego)  : juego de simulación de reactor nuclear Atari de 8 bits de 1981

Referencias

1. "Protección de reactores y sistemas de características de seguridad de ingeniería" . El turista nuclear virtual . Consultado el 25 de febrero de 2007 .
2. Wellock, Tom (17 de mayo de 2011). "Poner el hacha al mito 'Scram'" . Comisión Reguladora Nuclear de Estados Unidos . Consultado el 26 de mayo de 2015 .
3. "Definición de SCRAM, bacrónimo" . Consultado el 24 de agosto de 2015 .
4. "Definición de SCRAM, bacrónimo" . Consultado el 24 de agosto de 2015 .
5. "Глава 6. О нажатии АЗ-5" [Capítulo 6. Acerca de presionar AZ-5]. Za otvyetstvennuyu vlast '! За ответственную власть!.
6. Shultis, J. Kenneth; Richard E. Faw (2002). Fundamentos de la ciencia y la ingeniería nucleares . Marcel Dekker. ISBN 0-8247-0834-2.
7. Duderstadt, James J .; Louis J. Hamilton (1976). Análisis de reactores nucleares . Wiley-Interscience. págs.  245 . ISBN 0-471-22363-8.
8. Blackburn, Edwin (septiembre de 2000). " " ¡Lárgate! "- El veterano de Reactor recuerda el relato del nacimiento de una palabra clave en la lengua vernácula nuclear" . Reportero ORNL . Laboratorio Nacional de Oak Ridge . 19 . Consultado el 25 de octubre de 2014 .
9. La gente del uranio , Crane, Rusak & Co., 1979
10. Tom Wellock, "Putting the Ax to the Scram Myth" , Blog de la Comisión Reguladora Nuclear de EE. UU., 18 de febrero de 2016. Este artículo incorpora texto de esta fuente, que es de dominio público .
11. E. Fermi, Producción experimental de una reacción en cadena divergente, AECD-3269 (Oak Ridge, TN: Comisión de Energía Atómica de EE. UU., 4 de enero de 1952), https://www.osti.gov/biblio/4414200

Enlaces externos

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Wikimedia Commons tiene medios relacionados con SCRAM .

• Glosario de NRC: Scram
• Entrada " Scram Switch " en el archivo de jerga