Reactor Nuclear: Qué es, tipos, alimentación y funcionamiento

¿Qué es un reactor nuclear?

Un reactor nuclear es un dispositivo en el que se lleva a cabo una reacción nuclear controlada, generalmente la fisión, para generar energía. A través de este proceso, los núcleos de los átomos se dividen, liberando una gran cantidad de calor. Este calor es usado para producir vapor que mueve turbinas y genera electricidad.

Los reactores nucleares son una parte esencial de las centrales nucleares y están diseñados para mantener la reacción de fisión bajo control, evitando la liberación descontrolada de energía, lo que es fundamental para la seguridad de la planta.

Tipos de reactores nucleares

Existen varios tipos de reactores nucleares, cada uno con sus características particulares en cuanto a diseño, seguridad y eficiencia. A continuación, repasamos algunos de los más comunes:

Reactor de Agua a Presión (PWR)

El reactor de agua a presión es uno de los más utilizados en el mundo. En este tipo de reactor, el agua se utiliza tanto como refrigerante como moderador. El agua circula a alta presión por el reactor, evitando que se convierta en vapor dentro del núcleo.

El vapor generado posteriormente impulsa las turbinas generadoras de electricidad. Su diseño es seguro y confiable, lo que ha contribuido a su popularidad en muchos países.

Reactor de Agua en Ebullición (BWR)

En un reactor de agua en ebullición, el agua hierve directamente en el núcleo del reactor, creando vapor que mueve las turbinas. Este tipo de reactor tiene un diseño más simple en comparación con el PWR, lo que facilita su mantenimiento.

Sin embargo, al tener el agua en contacto directo con el reactor, puede presentar mayores desafíos en cuanto al manejo de la radiación.

Reactor de Gas (AGR y HTGR)

Este tipo de reactor utiliza gas (normalmente dióxido de carbono o helio) en lugar de agua como refrigerante. Los reactores de gas son más eficientes en términos de energía, ya que operan a temperaturas más altas que los reactores refrigerados por agua.

Los reactores de gas de alta temperatura (HTGR) son una variante que permite generar tanto electricidad como hidrógeno, lo que abre nuevas posibilidades para la transición energética.

Alimentación de un reactor nuclear

Los reactores nucleares son alimentados principalmente con uranio enriquecido, que contiene un mayor porcentaje de isótopos de uranio-235, el elemento que facilita la fisión nuclear. El combustible nuclear generalmente se presenta en forma de pequeñas pastillas de cerámica de uranio que se agrupan en barras.

Otras fuentes de combustible, como el plutonio o el torio, también pueden usarse en ciertos tipos de reactores, aunque estos son menos comunes. La elección del combustible depende del diseño del reactor y de la disponibilidad de materiales.

Ciclo del combustible

• Extracción: El uranio se extrae de minas y se enriquece antes de su uso.
• Uso en reactores: El uranio se introduce en el reactor donde ocurre la fisión nuclear controlada.
• Gestión de residuos: El combustible gastado se retira y se almacena de manera segura o se reprocesa.

El ciclo del combustible es un proceso cerrado en algunos casos, donde los residuos se reutilizan, mientras que en otros se opta por un ciclo abierto en el que los residuos no son reprocesados.

Funcionamiento de un reactor nuclear

El funcionamiento de un reactor nuclear se basa en la fisión controlada de átomos, normalmente de uranio-235. Cuando los átomos de uranio se dividen, liberan calor y neutrones. Estos neutrones chocan con otros átomos de uranio, lo que provoca una reacción en cadena controlada.

El calor generado por esta reacción se transfiere a un refrigerante, que generalmente es agua. El agua se convierte en vapor, el cual impulsa una turbina conectada a un generador eléctrico. El diseño y la eficiencia del reactor garantizan que la energía se produzca de manera continua y controlada.

Control de la reacción

El control de la reacción en cadena es crucial para el funcionamiento seguro de un reactor. Esto se logra mediante el uso de barras de control, que son insertadas en el núcleo del reactor para absorber neutrones y reducir la velocidad de la reacción. Cuantas más barras se introducen, más se frena la reacción.

Estas barras se pueden mover de manera automática o manual para mantener la reacción a niveles seguros, y son uno de los mecanismos más importantes para evitar el sobrecalentamiento o una fusión del núcleo.

Seguridad en los reactores nucleares

La seguridad en los reactores nucleares es una prioridad máxima. Se emplean múltiples capas de seguridad, que incluyen sistemas de contención, refrigeración de emergencia y protocolos estrictos de operación. Los reactores están diseñados para soportar fallos y catástrofes naturales sin que esto comprometa su seguridad.

Sistemas de contención

Los reactores nucleares están encapsulados en estructuras de contención de acero y hormigón diseñadas para resistir explosiones o filtraciones de radiación. Esta es la última línea de defensa en caso de un fallo en los sistemas primarios.

Refrigeración de emergencia

En caso de un fallo en el sistema de refrigeración principal, los reactores cuentan con sistemas de refrigeración de emergencia que se activan automáticamente para evitar el sobrecalentamiento del núcleo. Esto es crucial para prevenir accidentes graves como fusiones.