Reactor de agua a presión para niños
Un reactor de agua a presión (conocido como PWR por sus siglas en inglés, Pressurized Water Reactor) es un tipo de reactor nuclear que utiliza agua para dos funciones importantes: enfriar el reactor y ayudar a que los neutrones se muevan a la velocidad adecuada.
En un PWR, el agua que enfría el reactor está bajo mucha presión. Esto es para evitar que el agua hierva, de ahí su nombre. Los PWR son uno de los tipos de reactores más comunes en el mundo. Hay más de 230 reactores PWR que producen generación de energía eléctrica (normalmente entre 900 y 1500 megavatios de electricidad). Además, cientos de ellos se usan para impulsar barcos y submarinos. El primer PWR fue diseñado para ser la fuente de energía de un submarino nuclear. Algunos PWR más pequeños también se han usado para calentar edificios en lugares muy fríos.
Contenido
¿Cómo funciona un reactor de agua a presión (PWR)?
Imagina que un reactor PWR tiene tres circuitos de agua separados.
- El circuito primario es donde está el combustible nuclear (C). Este combustible calienta el agua del circuito primario. El agua caliente pasa a un aparato llamado generador de vapor (B). Allí, el calor del agua del circuito primario se transfiere al agua del circuito secundario. Es importante que estas aguas no se mezclen, porque el agua del circuito primario puede tener partículas radiactivas. Después de ceder su calor, el agua del circuito primario vuelve al reactor gracias a unas bombas (P1).
- El circuito secundario recibe el calor del primario en el generador de vapor (B). Este calor convierte el agua en vapor. Este vapor se usa para mover una turbina (T), que a su vez hace girar un generador eléctrico (G). Este generador produce electricidad que se envía a los hogares y las industrias. En los submarinos, la electricidad se usa para mover el barco. Después de pasar por la turbina, el vapor se enfría en un condensador (K) y vuelve a ser agua líquida. Unas bombas (P2) la envían de nuevo al generador de vapor.
- El circuito terciario es el encargado de enfriar el condensador (K) usando agua de un río, lago o mar cercano.
Características especiales de los PWR
Los reactores PWR tienen dos características importantes:
- Utilizan tres circuitos de agua (primario, secundario y terciario), y todos usan agua normal (también llamada agua ligera). Otros tipos de reactores, como los de agua en ebullición (BWR), solo tienen dos circuitos.
- La presión en el circuito primario es muy alta, aproximadamente 160 veces la presión atmosférica. Esta alta presión asegura que el agua del circuito primario no hierva durante el funcionamiento normal del reactor. En otros reactores, como los BWR, parte del agua del circuito primario sí se convierte en vapor dentro del reactor.
Diseño y componentes de los reactores PWR
¿Qué se usa para enfriar el reactor?
Los reactores PWR usan agua normal para enfriarse. Esta agua puede alcanzar temperaturas de unos 315 grados Celsius. Gracias a la alta presión (alrededor de 160 atmósferas), el agua se mantiene líquida, aunque puede haber pequeñas burbujas hirviendo cerca del núcleo. El agua caliente del circuito primario calienta el agua del circuito secundario, que se convierte en vapor para mover la turbina.
¿Cómo se controla la velocidad de los neutrones?
Para que la reacción nuclear en cadena se mantenga, los neutrones que se producen deben reducir su velocidad. A este proceso se le llama moderación. En los PWR, el agua que enfría el reactor también actúa como moderador. Cuando los neutrones chocan con las moléculas de agua, pierden velocidad. Cuanto más densa sea el agua, más fácil es que los neutrones choquen y se moderen.
El uso de agua como moderador es una característica de seguridad importante. Si la temperatura del agua sube mucho (por ejemplo, si la potencia del reactor aumenta sin control), la densidad del agua disminuye. Esto reduce el efecto de moderación, haciendo que menos neutrones pierdan velocidad y puedan causar nuevas fisiones. Como resultado, la potencia del reactor disminuye, lo que hace que los PWR sean muy estables y seguros.
¿Qué tipo de combustible usan?
El combustible de los reactores PWR es un tipo de óxido de uranio. Este uranio está "enriquecido", lo que significa que tiene una mayor cantidad de un tipo especial de uranio llamado uranio-235 (entre 2% y 4%).
El dióxido de uranio en polvo se calienta mucho para formar pequeñas pastillas sólidas. Estas pastillas se colocan dentro de tubos delgados hechos de una aleación de circonio, un metal resistente a la corrosión. Estos tubos se llenan con helio para mejorar la transferencia de calor. Varios de estos tubos se agrupan para formar "elementos combustibles". El núcleo de un reactor PWR puede tener entre 150 y 250 de estos elementos, que en total contienen entre 80 y 100 toneladas de uranio. Cada elemento combustible mide unos 4 metros de largo.
¿Cómo se controla la potencia?
La potencia de un reactor PWR se controla principalmente cambiando la cantidad de ácido bórico en el agua del circuito primario. El boro es muy bueno absorbiendo neutrones. Así, al aumentar o disminuir la concentración de boro, se controla la cantidad de neutrones disponibles y, por lo tanto, la potencia del reactor.
Además, los reactores usan "barras de control" que se insertan desde arriba en los elementos combustibles. Estas barras se usan principalmente para encender y apagar el reactor. En los reactores de barcos, la potencia se regula principalmente con estas barras de control.
Sistemas de seguridad importantes
El Sistema de Inyección de Seguridad (SIS)
Este sistema actúa si hay una pérdida de refrigerante en el reactor, lo que se conoce como LOCA (Loss of Coolant Accident). Su función es inyectar agua con boro en el reactor para evitar que el combustible se caliente demasiado. Tiene tres fases:
a) Inyección pasiva de acumuladores: Hay tanques con agua borada a alta presión. Si la presión en el sistema de refrigeración primario baja mucho (por un LOCA), unas válvulas se abren automáticamente e inyectan el agua borada. Esto enfría rápidamente el núcleo en caso de grandes fugas.
b) Inyección de seguridad activa: Esta fase usa bombas para inyectar agua borada. Hay un sistema de baja presión para grandes fugas y un sistema de alta presión para fugas pequeñas donde la pérdida de presión es lenta. Estos sistemas se activan cuando los sensores detectan problemas, como baja presión o un aumento de presión en el edificio de contención.
c) Recirculación: Cuando el nivel de agua en los tanques de almacenamiento baja, las bombas empiezan a tomar agua de un sumidero dentro del edificio de contención. Esta agua se recircula a través del reactor para seguir enfriándolo y evitar que el boro se acumule en el combustible.
Ventajas de los reactores PWR
- Los PWR son muy estables. Si la temperatura sube, su potencia tiende a disminuir, lo que ayuda a evitar que la reacción en cadena se salga de control.
- Pueden funcionar con menos material nuclear del que se necesitaría para una reacción descontrolada. Esto reduce la posibilidad de un aumento súbito de potencia y es una característica de seguridad importante.
- Al usar uranio enriquecido, los PWR pueden usar agua normal como moderador, que es más fácil de conseguir que el agua pesada.
Desventajas de los reactores PWR
- El agua del sistema primario debe estar bajo una presión muy alta para mantenerse líquida a las altas temperaturas. Esto exige que las tuberías y el recipiente del reactor sean muy resistentes, lo que aumenta los costos de construcción. También aumenta el riesgo si hay un accidente con pérdida de refrigerante.
- Los PWR no pueden cambiar el combustible mientras están funcionando. Esto significa que deben detenerse por completo para recargar combustible, lo que reduce el tiempo que están produciendo electricidad.
- El agua caliente del circuito primario, con el ácido bórico disuelto, puede corroer el acero inoxidable. Esto hace que pequeñas partículas radiactivas circulen por el circuito, lo que limita la vida útil del reactor y requiere sistemas especiales para filtrar estas partículas.
- El agua normal absorbe más neutrones que el agua pesada. Por eso, los PWR necesitan uranio enriquecido, que es más caro de producir.
- Debido a que el agua actúa como moderador, no es posible construir un tipo de reactor llamado "reactor rápido" con un diseño PWR.
Diseños avanzados de reactores PWR
Algunos ejemplos de diseños modernos de reactores PWR son:
- European Pressurized Reactor (EPR).
- Westinghouse Advanced Passive 1000 (AP1000).
Véase también
En inglés: Pressurized water reactor Facts for Kids
Galería de imágenes
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Maqueta de una central nuclear tipo PWR.
