Les Centrals Nuclears

Constitució

    Com tothom sap, una central nuclear no és només un reactor en un edifici i ja està. Les centrals nuclears nuclears estan formades per:

      Edifici de contenció : Els seus murs tenen un gruix superior a 1 metre per així aïllar de l'exterior tots els components que hi ha a dins i que son els principals del sistema nuclear de producció de vapor, el vas del reactor, els generadors de vapor, les bombes de refrigeració del reactor, el pressionador i equips auxiliars i de seguretat com ara tancs, canviadors de calor, unitats de refrigeració i filtrat d'aire i equips per a la transferència i càrrega de combustible. Sobre el vas es situa la cavitat de recàrrega que s'omple d'aigua per realitzar les operacions d'extracció de combustible gastat i recàrrega amb combustible nou. L'edifici està especialment dissenyat per suportar la pressió interior originada per un accident hipotètic i no deixar-los sortir del recinte, així com també està preparat per a suportar terratrèmols i fins i tot accidents aeris.

Interior de l'edifici de contenció

      Edifici de control: És el centre de control de totes les operacions de la central. Aquí arriben tots els senyals i mesures dels equips i sistemes que hi ha a la central i d'aquí surten les ordres per la seva codificació. Aquest procés es fa de forma gairebé automatitzada del tot i amb l'ajuda de l'ordinador des de la sala de control on es situen els indicadors i els comandaments de la central. La sala està dissenyada perquè hi pugui haver una perfecta habilitat tant quan la central funciona normalment con en el cas de què hi hagués un accident.

Interior de la Sala de control

     Edifici auxiliar : Està construït amb formigó armat per així assegurar un bon blindatge per als components que es troben a l'interior. A dins trobem components dels sistemes de tractament de residus radioactius i l'equip de filtrat i condicionament d'aire del mateix edifici. L'edifici està dividit en varis compartiments i en cadascun d'aquests allotja bombes, tancs, filtres, desmineralitzadors, canviadors de calor, ...

Edifici auxiliar

      Edifici de combustible : És un edifici de formigó armat a on es troben unes fosses o piscines a on està emmagatzemat el combustible nou en sec i el combustible gastat s'emmagatzema sota l'aigua.

Detall de l'edifici de combustible

     Edifici de turbina : És un edifici normal de formigó armat amb superestructura metàl·lica. En aquest edifici trobem els elements principals del circuit de generació d'energia de la planta, com ara la turbina, el generador, el condensador i els circuits d'escalfament del condensat i d'aigua d'alimentació. Per eixugar i sobreescalfar el vapor s'utilitzen separadors d'humitat reescalfadors. L'energia elèctrica produïda és conduïda a través de les barres de fase aïllada als transformadors principals i d'allà a la xarxa.

Turbina

      Sistema de refrigeració : Depenent de la central serà d'un tipus o d'un altre. Pot ser de torres de tir natural, de tir forçat, circuit obert,... tot depèn de si a prop hi ha un riu, el mar...

Tipus de reactors

    Hi ha varis tipus de reactors nuclears, que es diferencien principalment pel tipus de refrigeració que utilitzen. Ara farem un passeig per tots els tipus de reactors que hi ha. Abans, però, indicaré la llegenda per a la correcta interpretació dels gràfics

    Reactors d'aigua lleugera : . Com a combustible utilitzen òxid d'urani enriquit amb U235 i com moderador i refrigerant utilitzen aigua normal molt purificada. Als reactor que segueixen aquests principis s'anomenen reactors d'aigua lleugera (RAL). Hi ha varis tipus:
- Reactor d'aigua a pressió (PWR o RAP) : El refrigerant és aigua a una pressió d'unes 150 atmosferes. L'aigua es bombeja a través del nucli del reactor a on s'escalfa fins a uns 325ºC, al estar sotmesa a tanta pressió l'aigua no es vaporitza. D'allà va a un generador de vapor a on transmet el seu calor al l'intercanviador, d'aquesta manera passa al circuit secundari i així converteix l'aigua d'aquest en vapor. Aquest vapor propulsa un o més generadors de turbines que produeixen energia elèctrica. L'aigua es condensa i es bombardejada de nou cap al generador de vapor. L'aigua del circuit primari i la del secundari no entren en contacte en caop moment, això vol dir que l'aigua del secundari no és radioactiva. Per tornar a condensar aquesta aigua es fa servir un tercer circuit d'aigua procedent d'un riu, llac, del mar o d'una torre de refrigeració.

Central amb reactor PWR

- Reactor d'aigua en ebullició (BWR o RAE) : L'aigua de refrigeració està a una pressió menor i, per tant, vull dins del nucli. El vapor que es crea al voltant del nucli es dirigeix cap al generador de turbines. Encara que el vapor es radioactiu, no existeix un intercanviador d'aquest entre el generador i la turbina per tal de què sigui el més eficient possible. L'aigua de refrigeració del condensador procedeix d'una font independent, com un llac, un riu, etc.

Reactor BWR

      Reactors d'aigua pesada : quan va començar a desarrotllar-se l'energia nuclear només EEUU i l'antiga URSS disposaven de fonts d'urani enriquit, això va fer que els demés països es centraren en rectors amb urani natural, en els quals no es pot fer servir l'aigua com a moderador normal perquè absorbeix masses neutrons. Aquesta situació va fer que els enginyers canadencs inventessin un reactor refredat i moderat per òxid de deuteri, també anomenat aigua pesada.
- CANDU : (CANadian Deuterium Uranium) Va ser creat a Canadà. El seu nucli és un tanc horitzontal cilíndric d'acer inoxidable i amb els extrems circulars. A dintre d'aquest tanc hi ha uns tubs horitzontals (que són tubs de pressió) de circaloy a dins dels quals hi ha dotze feixos de barres de combustible que formen un altre feix cilíndric amb 22 quilos de combustible. L'espai dels tubs de pressió que no està ocupat pel combustible ho està per l'aigua pesada, que flueix pel tub. L'aigua pesada calenta va per unes tuberies col·lectores fins arribar als generadors de vapor.

Reactor Candu

- Reactors generadors de vapor, d'aigua pesada (SGHWR) : Reuneix característiques del CANDU i del BWR i només existeix un prototip. El SGHWR és una màquina plena d'aigua pesada que serveix de moderador i atravesada per canals verticals. A cada canal hi ha un tub de pressió de circaloy que conté un element combustible. Al refrigerant que hi ha per dins d'aquest tubs (que és aigua lleugera) se'l fa bullir i genera vapor, que va cap al turbogenerador.

Reactor SGHWR

      Reactors d'investigació : Aquests reactors són construïts principalment per formar, investigar o produir isòtops radioactius. Funcionen amb potències d'un MW i són fàcils de connectar i desconnectar. Una varietat molt utilitzada és l'anomenat reactor de piscina. El nucli està format per material enriquit en U²³⁵ que està contingut en plaques d'aliació d'alumini i submergit en una gran piscina d'aigua que serveix de refrigerant i moderador. En aquest reactor, es poden posar substàncies per ser irradiades amb neutrons directament en el nucli o a prop d'aquest.

      Reactors autorregeneratius : Produeixen més combustible del que gasten, això s'aconsegueix fent que un "material fèrtil" absorbeixi els neutrons sobrants. El més important és el que utilitza U²³⁸ com a matèria fèrtil. Quan aquest urani absorbeix neutrons es converteix en plutoni a través de la desintegració b. Si el plutoni239 absorbeix un neutró, por produir-se la seva fissió i allibera uns 3 neutrons aproximadament. Si ens trobem en un reactor en funcionament, un dels neutrons es necessita per produir la següent fissió i mantenir la reacció en cadena, mig neutró més es perd al ser absorbit per l'estructura o pel refrigerant i el neutró i mig que queda poden ser absorbits per l'urani per produir més plutoni. El reactor més important d'aquest tipus és el reactor autorregeneratiu ràpid de metall líquid, que no té moderador per aconseguir que els neutrons no es frenin i vagin a més velocitat i de refrigerant utilitza sodi líquid.

Reactor FBR

      Reactors de potència refrigerats per gas : Els tipus més importants són:
- Reactor Magnox : És una voluminosa vasija de pressió d'acer soldat que tanca el nucli del reactor i que es travessat de dalt a baix per canals de combustible. Aquest combustible està encapsulat en una aleació especial de magnesi anomenada "Magnox". A la família completa de reactors que utilitza aquest combustible se l'anomena Magnox. El nucli té un conjunt d'instruments que transmeten lectures de temperatures, densitats neutròniques i altres dades a la sala de control. El gas calent de refrigeració surt de l'edifici del reactor a través de quatre conductes de refrigeració cap a quatre intercanviadors de calor en forma de torre. Dins de cadascun hi ha molts tubs que contenen aigua, el diòxid de carboni calent passa embolicant els tubs i cedint el seu calor a l'aigua, que es converteix en vapor i mou uns turbogeneradors. Quan el gas a transmès el seu calor , apareix per l'extrem inferior de l'intercanviador de calor de l'atuell de pressió del reactor i puja un altre cop a través dels canals de combustible.

Reactor Magnox

- Reactors avançats refrigerats per gas (AGR) : La base del disseny es un atuell de pressió de formigó pretensat i té el nucli de grafit mecanitzat a sota d'una cúpula semblant a una gran campana d'acer amb un gran nombre de d'obertures a la tapa, a través de la qual passen les tuberies d'accés als canals del combustible. Fora de la cúpula estan els intercanviadors de vapor i els circulants de gas. Utilitza menys combustible que un Magnox i té més potència que aquest.

Reactor AGR

- Reactors d'alta temperatura refrigerats per gas (HTGR) : El nucli és un gran calaix, ple de combustible ceràmic, moldejat de forma que sembla boles de billar negres de grans dimensions. Les boles incorporen tant el material fissionable com el moderador de carboni. L'heli, que és el refrigerant, circula a través de les boles. Mentre el reactor funciona, les boles són agitades lentament caient pel calaix i apareixent pel fons. Si han arribat al seu límit d'irradiació es descarreguen i sinó, són retornades cap a la part superior per un altre camí.

Reactor HTGR

Centrals Espanyoles