Logística: Matemáticas y Ejército I. - Universidad de Zaragoza

producción de vapor de agua. La geometría de los elementos combustibles y su
estructura son la clave para que un reactor pueda funcionar, cualquier variación
suele implicar el cese de la reacción en cadena. En teoría de reactores se define
el factor de multiplicación k como el cociente entre el número de neutrones
de una generación dividido por los de la generación inmediata anterior. La
reacción es estable, o en otras palabras el número de neutrones se mantiene
constante si k = 1 y se dice que el reactor se encuentra en estado crítico, que
es su situación normal de funcionamiento, liberando una potencia constante.
Cuando k1 se
dice supercrítico, el reactor va aumentando su potencia y debe ser controlado
para evitar un exceso de calor en el núcleo que no pueda ser absorbido por la
refrigeración. Este último estado es el que permite la puesta en marcha de un
reactor e ir aumentando su potencia hasta alcanzar la de diseño. Otro término
equivalente utilizado es la reactividad, definida como =(k-1)/k, que es cero
cuando el reactor es crítico.
Hay distintos tipos de reactores que se clasifican según el tipo de
moderador y refrigerante que utilizan, así como por la energía de los neutrones
que producen la fisión. En la tabla 2 clasificamos todos los reactores
Tipo En operación En construcción
Núm. Pot. MWe Núm. Pot. MWE
PWR Térmico Reactor de agua a presión
PresureWater Reactor 271 249.956 54 53.171
BWR Térmico Reactor de agua en ebullición
BoilingWater Reactor 88 81.367 4 5 .250
PHWR Térmico Reactor de agua pesada a presión
Presure Heavy Water Reactor 47 23.042 3 1.952
GCR Térmico Reactor enfriado por gas
Gas Cooled Reactor
LWGR Térmico Reactor de grafito de agua ligera
18 8.949 0 0
Light WaterGraphite Reactor 15 10.219 1 915
FBR Rápido Reactor reproductor rápido
FastBreeder Reactor 1 560 2 1.274
Total 440 374.093 64 62.562
Tabla 2.- Tipos de reactores de potencia actualmente existentes
Con excepción de un tipo particular de reactor que utiliza neutrones
rápidos, conocido como FBR (FastBreeder Reactor) de los que solamente
hay en el mundo 1 en funcionamiento y 2 en construcción, el resto de los 440
que hay hoy día en funcionamiento y 64 en construcción utilizan neutrones
térmicos para producir fisiones, por lo que necesitan un moderador. De nuevo
el agua es el fluido utilizado abrumadoramente.
Blindajes
En un reactor nuclear en funcionamiento se producen todas las formas de
radiación nuclear (4): alfa, beta, gamma, neutrones retardados, etc. Los rayos
alfa y beta tienen poco poder de penetración al contrario de los rayos gamma y
los neutrones que pueden atravesar grandes espesores de material. Para evitar
riesgos a los operarios y a la población cercana es necesario disponer de un
blindaje que reduzca los posibles daños y proporcione la adecuada protección
radiológica. El propio agua del refrigerante y moderador ya es una primera
barrera, pero para mantener la presión de trabajo y además ofrecer una primera
barrera de blindaje, la vasija del reactor que alberga los elementos combustibles
es de acero de varios centímetros de espesor. Todo el reactor y en su caso
los cambiadores de calor para los PWR o la propia turbina para los BWR
se encuentran en un edifico con paredes de hormigón de un grosor superior
ARMAS Y CUERPOS 89
a 1,5metros capaz de soportar el
impacto de un avión tipo jumbo,
así como un fuerte terremoto, (en
Fukushima soportaron sin problemas
un terremoto de grado 9). De esta
forma toda la posible radiactividad
generada queda confinada dentro
de los blindajes y en el exterior la
radiación existente es análoga a la
medioambiental de la zona.
Reactores de agua a presión
(PWR)
La mayoría de los 440 reactores
en funcionamiento (271) y de los 64
en construcción (54) en el mundo,
son de agua a presión, (PWR,
PresureWater Reactor), en estos se
utiliza agua ligera como refrigerante
y moderador. En la figura 6 se puede
ver un esquema simplificado de un
reactor tipo PWR.Constan de dos
circuitos, uno primario en el que está
la vasija del reactor (V) en la que se
encuentran de 150 a 200 elementos
combustibles cada uno de ellos
con 200 a 300 vainas con Uranio
enriquecido entre el 2% y 4% (D). En
este circuito el agua, en fase líquida,
se encuentra a unas 150 atmósferas
y a una temperatura de 315ºC, esta
agua puede ser radiactiva por contener
algunos elementos irradiados, como
por ejemplo impurezas activadas.
El agua pasa a un intercambiador
de calor (B) de donde parte un
circuito secundario que trabaja a
unas 60 atmósferas y 275ºC en
el que se produce vapor de agua
a alta temperatura y presión que
se utiliza para mover una turbina
de vapor (T) y su correspondiente
Figura 6.- Esquema de un rector de
agua a presión, (tipo PWR).