Componentes y Funcionamiento de Reactores Nucleares: Tipos y Aplicaciones

Características de un Reactor Nuclear

El núcleo de un reactor nuclear contiene el material combustible y los elementos necesarios para producir y controlar la reacción de fisión: el material moderador y las barras de control. El combustible, de dimensiones y formas variadas, suele estar recubierto de una capa protectora, llamada vaina, generalmente metálica, que lo aísla del exterior para evitar reacciones químicas y la salida de productos de fisión altamente radiactivos.

Para iniciar la fisión, se dispone de una fuente de neutrones, generalmente inmersa en el moderador. Sin embargo, los reactores rápidos no precisan moderador. Las barras de control, hechas de boro o cadmio, regulan el factor de multiplicación. Estas barras móviles se pueden introducir más o menos en el núcleo del reactor, modificando el número de fisiones por unidad de tiempo. Si están totalmente introducidas, la absorción de neutrones es casi total, deteniendo la reacción. A medida que se extraen, el factor de multiplicación aumenta hasta el valor adecuado.

La energía de la fisión se libera en forma de calor, que es transportado por un fluido refrigerante, como agua ordinaria, agua pesada, gas o metal líquido. Un reflector, similar al moderador, rodea el núcleo para evitar la fuga de neutrones. Finalmente, un blindaje de hormigón de varios metros de espesor protege el medio ambiente de las radiaciones.

Tipos de Reactores Nucleares

Según su uso, los reactores nucleares se clasifican en:

• Reactores de producción de potencia: Se encuentran en centrales nucleares, donde la energía calorífica se convierte en electricidad mediante una turbina, similar a las centrales termoeléctricas clásicas.
• Reactores de investigación: Se utilizan como fuente de radiaciones y neutrones de alta intensidad, y para producir radioisótopos. También permiten estudiar y mejorar las centrales de producción existentes y desarrollar nuevos tipos de reactores.
• Reactores reproductores: Transforman material fértil en fisionable, como la obtención de Pu-239 a partir de U-238.

Según la energía de los neutrones, los reactores pueden ser térmicos, intermedios o rápidos (estos últimos no usan moderador).

Centrales Nucleares

Las centrales nucleares transforman la energía nuclear de fisión en energía eléctrica. En una central nuclear, las transformaciones energéticas ocurren en tres etapas:

1. En el reactor, la energía nuclear se convierte en energía calorífica.
2. En las turbinas, la energía calorífica extraída del reactor por el refrigerante se transforma en energía mecánica.
3. En el generador, la energía mecánica se convierte en energía eléctrica.

En una central nuclear del tipo PWR (Reactor de Agua a Presión), el reactor está contenido en un recinto blindado con una pared interior de acero y otra exterior de hormigón, que también protegen los generadores de vapor y las bombas del refrigerante. El calor del reactor calienta el refrigerante que circula a alta presión por las turbinas del circuito primario, llegando a los generadores de vapor y regresando al reactor impulsado por una bomba. En los generadores de vapor, el calor transforma el agua del circuito secundario en vapor, que se dirige al edificio de turbinas. Allí, mueve los álabes de las turbinas de alta y baja presión, y luego va al condensador, donde se licua gracias a un circuito de refrigeración que toma agua de un río o del mar, devolviéndola posteriormente.