Un reactor de agua en ebullición ( BWR) es un tipo de reactor nuclear refrigerado por agua a presión en el que el vapor se genera directamente en el núcleo y se envía a una turbina .
Además de este tipo de reactores, los reactores nucleares de canal de tipo grafito-agua , por ejemplo, RBMK y EGP-6 , pueden estar en ebullición .
En las centrales nucleares con reactores sin ebullición, la temperatura del agua en el circuito primario está por debajo del punto de ebullición. A las temperaturas necesarias para obtener una eficiencia aceptable (más de 300 °C), esto es posible solo a altas presiones (en los reactores VVER-1000 , la presión de operación en la vasija es de 160 atm), lo que requiere la creación de un alto buque de fuerza. En el circuito secundario se genera vapor de agua saturado y no radiactivo a una presión de 12–60 atm a temperaturas de hasta 330 °C. En los reactores de agua en ebullición, en el núcleo se produce una mezcla de vapor y agua. La presión del agua en el circuito primario es de unas 70 atm. A esta presión, el agua hierve en el volumen del núcleo a una temperatura de 280 °C. Los reactores de agua en ebullición tienen una serie de ventajas sobre los reactores de agua sin ebullición. En los reactores de agua en ebullición, la vasija opera a menor presión, no hay generador de vapor en el circuito de la central nuclear .
Una característica de los reactores de agua en ebullición es que no tienen regulación de boro , la compensación de cambios lentos en la reactividad (por ejemplo, quemado de combustible) se lleva a cabo solo mediante absorbedores entre casetes hechos en forma de cruz. La regulación del boro no es factible debido a la buena solubilidad del boro en el vapor (la mayor parte se llevará a la turbina). El boro se introduce únicamente durante el reabastecimiento de combustible para crear una profunda subcriticidad .
En la mayoría de los reactores de agua en ebullición , las barras de absorción del sistema de protección y control (CPS) se encuentran en la parte inferior. Por lo tanto, su eficiencia aumenta significativamente, ya que el flujo máximo de neutrones térmicos en reactores de este tipo se desplaza hacia la parte inferior del núcleo . Tal esquema también es más conveniente para el reabastecimiento de combustible y libera la parte superior del reactor de las unidades CPS, lo que permite organizar la separación de vapor de manera más conveniente [1] .
Para el funcionamiento estable de un reactor de agua en ebullición , se elige un modo en el que el contenido másico de vapor no supere un determinado valor. A valores altos del contenido másico de vapor, la operación del reactor puede ser inestable. Esta inestabilidad se explica por el hecho de que el vapor desplaza el agua del núcleo, y esto aumenta la longitud de moderación de neutrones L S . Si la ebullición es demasiado violenta, el valor de L S aumenta tanto que el reactor adquiere una reactividad negativa y la potencia del reactor comienza a disminuir.
La reducción de la potencia reduce la intensidad de la ebullición, el contenido de vapor másico y, por lo tanto, la duración de la desaceleración. Como resultado de tal proceso, se libera reactividad, después de lo cual la potencia del reactor y la intensidad de ebullición comienzan a aumentar. Se produce una fluctuación de potencia peligrosa para el diseño del reactor y el personal operativo.
Cuando el contenido de vapor está por debajo del nivel permisible, no se producen estas peligrosas fluctuaciones de energía, el reactor se autorregula y proporciona un modo de funcionamiento estacionario. Así, una disminución en el nivel de potencia y una disminución en la intensidad de ebullición libera reactividad, lo que asegura el retorno del nivel de potencia al original. El contenido de vapor de agua a la salida del núcleo depende de la densidad de potencia. Por lo tanto, el contenido de vapor permisible, por debajo del cual se asegura el funcionamiento estable del reactor de agua en ebullición, limita la potencia del reactor con las dimensiones del núcleo dadas. Con tal limitación, se extrae menos energía de una unidad de volumen de un reactor en ebullición que de una unidad de volumen de un reactor sin ebullición. Esta es una desventaja significativa de los reactores de agua en ebullición.
Lo anterior es cierto para el núcleo, en el que el volumen de moderador de agua es excesivo en relación con su cantidad óptima, determinada a partir de la relación entre el volumen de agua y el volumen de combustible. En este caso, una disminución en la cantidad de agua moderadora de neutrones en el núcleo debido a la ebullición acerca la relación de los volúmenes de moderador y combustible a la óptima y conduce a un aumento en las propiedades de propagación del combustible.
En el caso de un núcleo abarrotado, en el que el agua es relativamente escasa incluso en ausencia de ebullición, la aparición de ebullición irá acompañada de una disminución de la potencia debido a la falta de moderación de neutrones en el agua y al deterioro de las propiedades de reproducción de tal medio combustible.
Reactores nucleares de potencia | |||||||||||||||
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Moderador | |||||||||||||||
agua ligera |
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Refrigerante de agua pesada |
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Grafito para refrigerante |
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Ausente (en neutrones rápidos ) |
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Otro |
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otros refrigerantes | Metal líquido: Bi , K , NaK , Sn , Hg , Pb Orgánico: C 12 H 10 , C 18 H 14 , Hidrocarburo | ||||||||||||||
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