Tecnologías nucleares. Parte 4: Otros tipos de reactores nucleares
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- María del Rosario Vargas Correa
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1 Tecnologías nucleares Antonio González Fernández Departamento de Física Aplicada III Universidad de Sevilla Parte 4: Otros tipos de reactores nucleares
2 Diferentes tipos de reactores en el mundo Reactor Type Reactor Type Descriptive Name Nr of Reactors Capacity (MW) PWR Pressurized Light-Water-Moderated and Cooled Reactor BWR Boiling Light-Water-Cooled and Moderated Reactor PHWR Pressurized Heavy-Water-Moderated and Cooled Reactor LWGR Light-Water-Cooled, Graphite-Moderated Reactor GCR Gas-Cooled, Graphite-Moderated Reactor FBR Fast Breeder Reactor Total
3 El reactor de agua pesada (HWCR o CANDU) Es un PWR Usa uranio natural (0.72%) No puede usar H 2 O por la absorción Usa agua pesada D 2 O En lugar de una sola vasija, cada elemento combustible (fuel bundle) está rodeado por un tubo a presión Menor moderación Núcleo más grande Fuel bundle 3
4 Los tubos a presión están inmersos en la calandria La calandria es un tanque de agua pesada que actúa como moderador, pero no refrigerante En un CANDU la recarga puede hacerse en marcha Mayor disponibilidad 4
5 Aspecto de un reactor CANDU 5
6 Partes de un reactor CANDU 1. Fuel bundle 2. Calandria (reactor core) 3. Adjuster rods 4. Heavy water pressure reservoir 5. Steam generator 6. Light water pump 7. Heavy water pump 8. Fueling machines 9. Heavy water moderator 10. Pressure tube 11. Steam going to steam turbine 12. Cold water returning from turbine 13. Containment building 6
7 El refrigerante hace un recorrido de ida y vuelta El sistema está duplicado Hay que refrigerar el moderador 7
8 Características de los reactores de agua pesada CANDU Parte de los neutrones procede de la división del deuterio por incidencia de rayos γ Baja radiactividad del uranio natural El tiempo de vida media es de segundos o incluso horas Hay más neutrones diferidos Mejora el control Puede recargarse en marcha Se empuja el bundle Entra combustible Sale residuo 8
9 El coeficiente de vacío en un reactor CANDU Si se forman burbujas en el refrigerante (D 2 O) Disminuye la absorción Se mantiene la moderación (que ocurre en el D 2 O de la calandria) Tiene un coeficiente de vacío positivo Inestabilidad Su efecto es pequeño por el mayor control 9
10 Ejemplo de reactor CANDU 10
11 Ejemplo de reactor CANDU 11
12 Ejemplo de reactor CANDU 12
13 Reactores refrigerados por gas (GCR) Refrigerante: Moderador: CO 2 Grafito Existen varios diseños MAGNOX (UK) UNGG (Fr) AGCR (UK) El reactor es refrigerado por gas que va a un intercambiador de calor Vandellós-1 era un UNGG 13
14 Reactores refrigerados por gas avanzados (AGCR o AGR) AGR 1. Charge tubes 2. Control rods 3. Graphite moderator 4. Fuel assemblies 5. Concrete pressure vessel and radiation shielding 6. Gas circulator 7. Water 8. Water circulator 9. Heat exchanger 10. Steam Diseñado para ser compatible con las turbinas de una central de carbón 14
15 Núcleo y elemento combustible de un reactor AGR 15
16 Ventajas e inconvenientes de los AGR Ventajas Mayor temperatura del refrigerante (~900K) Puede recargarse en marcha Mayor rendimiento (41%) Mayor disponibilidad Inconvenientes Mayor tamaño del reactor Menor aprovechamiento del combustible Problemas mecánicos en la recarga Menor disponibilidad 16
17 Ejemplo de reactor AGCR: Dungeness 17
18 Reactor tipo canal (Reaktor Bolshoy Moshchnosti Kanalnyy, RBMK) 18
19 Propiedades de un RBMK Moderador: grafito Refrigerante: agua (dos circuitos) El agua a presión pasa por los tubos que atraviesan un bloque de grafito Permite recarga en operación Las varillas de control entran desde arriba Hay varillas permanentes El coeficiente de vacío es positivo 19
20 20
21 Los RMBK tras el accidente de Chernobyl Siguen funcionando 11 RBMK en el mundo (todos en Rusia) Se instalaron varillas de control permanentes Se aumento el número de varillas de control móviles Se han sustituido todos los tubos de presión Se actualizó la electrónica y se impidió la desconexión de los sistemas de seguridad 21
22 Reactores reproductores (liquid metal fast breeder reactors, LMFBR) El 238 U es un material fértil β U 92U β Np +n 94Pu Si una manta (blanket) de 238 U es bombardeada con neutrones rápidos, se transforma parcialmente en 239 Pu Después puede separarse químicamente (Pu U) No puede tener moderador, y absorber lo menos posible No puede usar agua como refrigerante Se usa sodio líquido 22
23 Esquema básico de un LMFBR 23
24 Reactores reproductores (diseño loop) 24
25 Reactores reproductores (diseño en pool) Usa 239 Pu como combustible 25
26 Ventajas e inconvenientes de los reactores reproductores Ventajas Producen energía y combustible Permiten aprovechar el 238 U De décadas se pasa a siglos de reservas Inconvenientes El sodio líquido requiere que todo el circuito sea calentado a >98ºC El uso de sodio líquido es peligroso (reactivo) Usan y generan plutonio Impopular Riesgo de proliferación nuclear No es rentable mientras el 235 U sea barato 26
27 Las generaciones de los reactores El cambio en el mercado nuclear requiere nuevos diseños más seguros y más eficientes Estamos en la generación II y parte de la III 27
28 Reactores evolucionarios (Generación III) Evoluciones de los ya existentes APWR: Advanced Pressurized Water Reactor ABWR: Advanced Boiling Water Reactor CANDU mejorado AP600 (de Westinghouse, sustituido por la AP1000) System 80+ (otra variante de APWR) Advanced Heavy Water Reactor (India): Similar a CANDU, pero usa torio Más en ARIS (IAEA) 28
29 Generación III+ y Generación IV Generación III+: Cambios sustanciales en los diseños CANDU avanzado AP1000 EPR: European Pressurized Reactor Economic Simplified Boiling Water Reactor: evolución del ABWR Generación IV: nuevos diseños VHTR: Very High Temperature reactor MSR: Molten Salt Reactor Varios reactores reproductores 29
30 Mejoras en los PWR APWR (Mitsubishi): Incluye reflector 1700MWe CANCELADO Más medidas de seguridad System 80+ Edificio esférico Más agua en el primario Varillas de control parciales Hay en EEUU y Corea 30
31 Sistema
32 El EPR (European Pressurized Reactor) 4 sistemas de refrigeración 17% menos U 1650MWe Varios en construcción Costes desorbitados Retrasos Sin certificación en EEUU 32
33 El Advanced Boiling Water Reactor Más en ARIS Incluye bombas dentro de la vasija Evita la recirculación 33
34 El reactor CANDU Avanzado (ACR-1000) Usa agua ligera como refrigerante Usa agua pesada como moderador Requiere uranio enriquecido Permite un núcleo más pequeño Añade nuevos sistemas de seguridad 34
35 El Advanced Heavy Water Reactor Diseñado por la empresa india BARC Similar en diseño al CANDU Con tubos verticales Tiene un depósito de agua en la parte superior Usa torio como combustible Más abundante que el uranio 35
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