En general, vamos a agrupar aquí aquellos reactores nucleares cuyo propósito principal es otro tipo de utilización antes que la generación de energía eléctrica.

 

    Pero, entonces ... ¿para qué sirven estos reactores?   

          La función principal es proveer neutrones para:

             Conocer más acerca de la interacción de la radiación con los materiales
             Investigar acerca del comportamiento de los neutrones en un reactor nuclear
             Investigar sobre las radiaciones
             Analizar materiales mediante técnicas no destructivas
             Producir radioisótopos de uso medicinal e industrial
             Investigar fenómenos físicos a nivel del átomo y sus núcleos
             Desarrollar criterios de seguridad y radioprotección
             Aprender sobre el manejo de reactores
             Desarrollar e implementar terapias de cura de cáncer por medio de neutrones
             Docencia en el área de la Ingeniería Nuclear y la Física
             Conocer mejor el comportamiento de los reactores
             Poder simular condiciones neutrónicas de reactores de potencia a diseñar o ya
                diseñados

          Para tal variedad de aplicaciones hay distintos tipo de reactores donde se pueden realizar un conjunto de trabajos, o sólo alguno.

 

    ¿Cómo funcionan los reactores de investigación?        

           El principio de funcionamiento es similar de estos reactores al referido en centrales nucleares de potencia. Están conformados por un combustible nuclear (uranio o plutonio), un moderador (agua), barras controladoras o de control, un reflector de neutrones (grafito) y materiales estructurales que soportan y contienen el conjunto. La zona donde se aloja el combustible es la denominada "núcleo del reactor".

          La incidencia de un neutrón en un núcleo de un átomo de combustible puede, en determinadas condiciones, producir la fisión del núcleo, la cual libera calor y dos o tres neutrones. Estos neutrones podrán producir más fisiones, escaparse, o absorberse en algún material.

             Para que la reacción se mantenga estable es necesario que por cada fisión quede un solo neutrón. Para regular esta cantidad se utilizan las barras controladoras o de control, construidas de material apto para absorber neutrones.

             Para que se produzca una fisión se requiere, en la mayoría de los reactores, que el neutrón que sale a gran velocidad de la fisión se frene. Esa es la función del moderador. El hidrógeno (presente en el agua) o el carbono (presente en el grafito), por ejemplo, son elementos aptos para esta función, dado que el tamaño de los núcleos de sus átomos, no muy distintos al del neutrón, permiten que éstos últimos se frenen por choques. Hay reactores que se llaman rápidos, donde los neutrones no necesitan frenarse y por lo tanto no necesitan moderador. Existen por el momento muy pocos de estos tipos de reactores.

             El calor que genera la fisión debe ser evacuado. Esta es la función del refrigerante que se lleva el calor del núcleo y se va enfriando en contacto con otros circuitos más fríos.

             Para que neutrones que escapan de la zona del núcleo retornen, se utilizan materiales reflectores de neutrones que, al igual que el moderador, permiten mediante choques el retorno de neutrones al núcleo. Son los llamados reflectores (agua, grafito, agua pesada, etc.)

 

    ¿Dónde se hacen los experimentos?                          

          En el núcleo del reactor hay por cada centímetro cúbico millones de millones de neutrones, dependiendo la cantidad de la potencia. La mayoría de estos neutrones son utilizados para mantener la reacción en cadena. Los restantes son utilizados para la realización de experimentos. Es decir que en un reactor de este tipo debe haber neutrones que sirven para los experimentos y por lo tanto no ser absorbidos por las barras de control o por el proceso de fisión.

          Hay machismos tipos de reactores de investigación, porque justamente dependiendo de la actividad a investigar se necesitará un diseño específico. Podemos sin embargo dar algunas características de la mayoría de estos reactores.

          Los reactores de investigación tienen lo que se llaman facilidades de irradiación donde se colocan las muestras a irradiar o los experimentos a realizar. Algunas de estas facilidades son simplemente espacios dentro del núcleo o en la zona del reflector donde puedo colocar el experimento. Otras facilidades son conductos, ya sea llenos de aire o algún material específico, que conducen los neutrones hacia el lugar o sala de experimentación. Esto nos indica que el reactor debe estar diseñado para que haya neutrones para experimentos en el núcleo y otros que "escapen" del mismo para entrar en los conductos.

 

    Algunas características  

          Las potencias de estos tipo de reactores es muy variable, dependiendo del tipo; desde unos pocos Watts hasta casi 100 MegaWatts.

          En general, si la potencia supera los 100 kW, hay circuitos de refrigeración forzada para llevarse el calor generado por la reacción nuclear. Por debajo de esa potencia, los reactores suelen ser refrigerados por convección natural.

          El núcleo del reactor está inmerso en una pileta de agua generalmente abierta en el extremo superior, lo que permite acceder con experimentos o sensores a esa zona. Además de las funciones ya expresadas para el agua, ésta sirve aquí también como blindaje contra la radiación. Según la potencia del reactor la altura del agua será distinta , ya que a mayor potencia necesitamos más blindaje.

          Para el tipo de reactores más versátiles en sus aplicaciones, las condiciones de diseño exigen que se utilice uranio enriquecido.

          Hay un conjunto de reactores de investigación de muy baja potencia que sirven para conocer el comportamiento de los neutrones en reactores a diseñarse o ya diseñados y para mejorar los métodos de cálculo .Estos reactores se denominan "facilidades críticas" . En este caso los combustibles tienen mucho que ver con el reactor que pretende simular.

 

    Algunas informaciones  

          En nuestro país hay seis reactores de investigación. Son los siguientes:

    RA-0     Muy baja potencia.(1Watt) Es para el estudio básico de reactores. Está instalado en la Universidad de Rosario.
 
    RA-1     Baja potencia (10 W) Facilidad crítica Instalada en Centro Atómico Constituyentes.
 
    RA-2     Baja potencia (10 W) Facilidad crítica de reactor tipo MTR Instalada en Centro Atómico Constituyentes.
 
    RA-3     Potencia 5 MW. Reactor de investigación y Producción de radioisótopos tipo MTR instalado en Centro Atómico Ezeiza.
 
    RA-6     Potencia 500 kW. Reactor de Investigación tipo MTR instalado en Centro Atómico Bariloche - Instituto Balseiro.
 
 
 
    RA-8     Baja Potencia (10W) Facilidad crítica instalada en Centro Atómico Pilcaniyeu.
 
 
 

          Nuestro país a través de la Comisión Nacional de Energía Atómica y /o empresas privadas (INVAP: Investigación Aplicada) ha diseñado y construido total o parcialmente cuatro reactores nucleares en el exterior:

  Reactor RP10   Potencia 10 MW, Instalado en Perú por CNEA con participación de Invap.
 
  Reactor NUR   Potencia 1 MW, Instalado en Argelia por Invap con colaboración de CNEA.
 
  Reactor TRR   Potencia 5 MW, Renovación de núcleo y sistemas de barras de control. Instalado en Irán por Invap con colaboración de CNEA.
 
  Reactor MPR   Potencia 22 MW, Instalado en Egipto por Invap con colaboración de CNEA
 

 

 

          Para leer más    

          Reactores nucleares: Reactor experimental RA-0
          Reactores nucleares: Reactor experimental RA-1
          Reactores nucleares: Reactor experimental RA-3
          Reactores nucleares: Reactor experimental RA-4

 

 

 

 

               
 
                                 gennuso@cab.cnea.gov.ar
 
                     
                     
 
     Agua pesada en los reactores de fisión