Principio del reactor de neutrones rápidos
Los reactores de neutrones rápidos no utilizan uranio-235 sino plutonio-239 como combustible, pero el uranio-238 se sitúa en la zona de regeneración periférica del núcleo combustible plutonio-239. Los neutrones rápidos liberados durante la reacción de fisión del plutonio-239 son absorbidos por el uranio-238 instalado en la zona de regeneración periférica, y el uranio-238 se convertirá rápidamente en plutonio-239. De esta manera, la fisión del plutonio-239, mientras genera energía, convierte continuamente el uranio-238 en plutonio-239, combustible utilizable, y la tasa de regeneración es mayor que la tasa de consumo. Cuanto más se quema el combustible nuclear, más rápidamente prolifera, por lo que esto. Este tipo de reactor también se denomina reactor reproductor rápido. Según los cálculos, si se promueven y utilizan reactores de neutrones rápidos, la tasa de utilización de los recursos de uranio se incrementará entre 50 y 60 veces y se resolverán los problemas de acumulación, desperdicio y contaminación ambiental de grandes cantidades de uranio-238.
El reactor de neutrones térmicos es una fuente de energía económica que cumple con los requisitos de seguridad y limpieza. Será el principal tipo de reactor para el desarrollo de la energía nuclear en la actualidad y en el futuro. Sin embargo, el uranio-235, el combustible utilizado en los reactores de neutrones térmicos, sólo representa el 0,7% del uranio que existe en la naturaleza. Sin embargo, otro isótopo, el uranio-238, que representa el 99,3% del uranio natural, no puede fisionarse bajo esta acción. de neutrones térmicos. Utilizado por reactores de neutrones térmicos. Las reservas de uranio en la naturaleza son limitadas. Si sólo podemos utilizar uranio 235, también nos enfrentaremos al riesgo de escasez de uranio 235 en los próximos 30 años. Por lo tanto, la esperanza a largo plazo de la gente de obtener abundante energía nuclear depende de la capacidad de utilizar combustibles fisionables distintos del uranio 235. Como resultado, surgieron los reactores reproductores rápidos.
Si los neutrones rápidos producidos durante la fisión nuclear no se desaceleran como ocurre en los reactores de agua ligera, cuando bombardee el uranio 238, el uranio 238 absorberá estos neutrones rápidos en una determinada proporción y se convertirá en Plutonio 239. El uranio-235 se fisiona absorbiendo un neutrón térmico más lento, mientras que el plutonio-239 se puede fisionar absorbiendo un neutrón rápido. El plutonio-239 es un mejor combustible nuclear que el uranio-235. El uranio-238 se convierte primero en plutonio y luego el plutonio se fisión. La energía liberada por la fisión se convierte en calor, que se transporta al exterior y se utiliza. Este es el proceso de trabajo de un reactor generador de neutrones rápidos.
En un reactor reproductor de neutrones rápidos, los neutrones rápidos producidos por la fisión nuclear de cada uranio-239 pueden convertir de 12 a 16 uranio-238 en plutonio-239. Aunque consume el anillo de combustible nuclear 239, también produce plutonio 239. Produce más de lo que consume y tiene el efecto reproductor del combustible nuclear. Por lo tanto, este tipo de reactor también se denomina reactor reproductor rápido o reactor rápido. para abreviar. En los reactores de neutrones rápidos, no se puede utilizar agua para transferir calor en el núcleo porque ralentizará la velocidad de los neutrones rápidos. En los reactores de neutrones rápidos se puede utilizar una aleación de sodio y potasio como agente de intercambio de calor.
El reactor rápido utiliza un núcleo compuesto de combustible nuclear con un diámetro de aproximadamente 1 metro. El uranio-238 rodea el núcleo, formando una capa reproductora. El proceso de conversión de uranio-238 en plutonio-239 se produce principalmente. en la capa reproductora. El núcleo y la capa reproductora se sumergen en sodio metálico líquido. Debido a que la reacción de fisión nuclear en un reactor rápido es muy violenta, se debe utilizar un líquido con una fuerte conductividad térmica para eliminar una gran cantidad de calor generado por el núcleo. Al mismo tiempo, este calor se utiliza como fuente de energía para generar energía. generación. El sodio tiene buena conductividad térmica y no ralentiza fácilmente los neutrones y no obstaculiza la reacción en cadena en reactores rápidos, por lo que es un líquido refrigerante ideal. En el reactor se utiliza una barra de control con una gran capacidad para absorber neutrones. El grado de su inserción en el núcleo cambia la cantidad de neutrones en el reactor para ajustar la potencia del reactor. Para aislar el núcleo radiactivo de la parte de generación de energía, el sistema de enfriamiento de sodio también se divide en un circuito primario y un circuito secundario. El circuito primario está en contacto directo con el núcleo y el calor se transfiere al circuito secundario a través de un intercambiador de calor. El sodio del circuito secundario se utiliza para calentar la caldera y generar vapor a aproximadamente 483°C, que se utiliza para impulsar la turbina de vapor para generar electricidad. Los reactores reproductores rápidos pueden utilizar casi el 100% de los recursos de uranio, por lo que los países los están desarrollando activamente. Actualmente hay docenas de reactores rápidos de tamaño pequeño y mediano en funcionamiento en todo el mundo.