Importancia tecnológica de un reactor nuclear

Limitaciones de la cinética puntual:

existen 2 hipótesis cuestionables en diversas ocasiones:-1)separación de los perfiles espacial y temporal, puede eliminarse por:-a)Usando directamente la teoría de difusión de un grupo.-b)utilizando el modelo adiabático o cuasiestático,el cual utiliza una cinética puntual a la vez que recalcula los parámetros de la cinética puntual.-2)Los distintos grupos energéticos no evolucionan del mismo modo a lo largo de un transitorio.

Modelos utilizables cuando cinética puntual no es aplicable:

los utilizados son:a)Teoría de la difusión de 2 grupos con dependencia tridimensionales(6 grupos diferidos).B)Teoría de difusión de 2 grupos con dependencia axial(2 grupos diferidos).

¿Cuales son la realimentaciones intrínsecas?Mencionar fenómeno que se produce y su escala de tiempo

son las que se producen por el propio sistema. Responden a distintos fenómenos y escalas de tiempo:Son 4:

-1)

Segundos: realimentación por temperatura del combustible.Produce variación de las secciones eficaces de absorción en la zona de resonancias.

Realimentación Doppler

.-2)

Decenas de segundos:por temperatura del moderador y por la fracción de huecos.Ambos provocan la variación de la densidad del moderador.El tiempo de realimentación depende de la cte de tiempo del combustible(6 ó 10 seg), que a su vez depende del diámetro de las varillas

.-3)

Horas y días:producida por la variación de las concentraciones de los productos de fisión de alta sección eficaz, como lo son el Xe^135 y el Sm^149.

-4)

Semanas y meses:producida por la variación de la concentración de otros productos de fisión con mayores tiempos de equilibrio y por la disminución de isótopos físiles iniciales y aparición de isótopos físiles procedentes de la irradiación de los fértiles.Es la llamada Realimentación de Quemado.

¿Cuales son las realimentaciones extrínsecas?¿Para q se utilizan?

Producidas por sistemas externos, necesarios para compensar/controlar las realimentaciones intrínsecas.Se utilizan para alterar las secciones eficaces de captura.-

Barras de Control(4):

1)Cambios o respuestas rápidas(PWR). 2)Controlar el perfil espacial de potencia y compensar el quemado(BWR). -3)Para parar la reacción en cadena del reactor(PWR y BWR).-4)Controlar el perfil axial de potencia(AO) en los PWR, se realiza junto con la variación de la concentración del Boro.

-Veneno Soluble:

se emplea para respuestas lentas. En las PWR se usa ácido bórico(H3BO3)disuelto en el refrigerante para compensar:((-Evolución de Xe y Sm//-Compensación del quemado//-Variaciones lentas de potencia//-Variaciones del perfil axial de potencia//)). Su concentración se varia diluyendo/inyectando ácido bórico con el sistema CVCS para conseguir:((-Mejor distribución de potencia que con las barras de control// Reduce el número de barras de control necesarias//-Permite un control más fino de la reactividad//-Hay que limitar su concentración para evitar que el coeficiente de la temperatura del moderador supere los límites establecidos//))  -

Variación del caudal por el núcleo:

En los reactores BWR, al aumentar el caudal, disminuye la fracción de huecos y aumenta la potencia.

Venenos Consumibles

((-Compensar el exceso de reactividad inicial en el reactor//-Permite usar menos ácido bórico y hacer negativo el coeficiente de temperatura del moderador//-Permite usar menos barras de control y alargar el ciclo//-Permite colocarse en zonas donde se prevea un valor relativo alto del flujo consoguiendo su aplanamiento.//)) Existen 2 tipos de veneno:a) PWRà discretos.-b)BWRàintegrales.

-Disminución de la temperatura de agua de alimentación:

((-Alargar la duración del ciclo//-El coeficiente de temperatura es + negativo al final del ciclo, por lo que una disminución de la temperatura del moderador provoca una realimentación positiva, que mantiene al reactor funcionando + tiempo aunque para ello deba bajarse la potencia.

Realimentaciones a corto, medio y largo plazo

Corto plazo:

1ªEscala segundosà realimentación por temperatura del combustible. 2º Decenas de segundoà realimentación por temperatura del moderador y por la fracción de huecos.

Medio plazo:

1º Horas y díasà la realimentación se produce por variación de concentración del Xe^135 y Sm^149 y por la variación del perfil de potencia.

Largo plazo:

Semanas y mesesà Realimentación del quemado por el quemado del combustible y de concentración de productos de fisión con mayores tiempos de equilibrio.

Coeficiente de realimentación (corto plazo)

1º
coeficiente de temperatura del combustible à  (coef. Doppler) Es el principal contribuyente al coeficiente de potencia de los PWR y siempre es negativo. Se debe al ensanchamiento de las líneas de resonancia de la sección microscópica eficaz de absorción.

                                                           2ªCoeficiente d temperatura del moderador à
                                                            Tiene el mismo orden que el Doppler a                                                                 EOL y sensiblemente inferior a BOL. Se                                                                      caracterizan por: a) Es negativo en general y suele ser mas negativo cuantas más barras de control hayan dentro del núcleo. B) cuando aumenta la concentración de boro puede llegar a ser positivo si se hace muy alta, esto suele ser habitual al principio del ciclo. 3º

Coeficiente de huecos

àa) en los PWR tiene poca importancia (<=0.5% de="" huecos).="" b)="" en="" los="" bwr="" es="" muy="" importante="" (70%="" huecos="" a="" la="" salida="" del="" núcleo).="" c)="" rmbk="" es="" positivo,="" de="" modo="" que="" al="" menos="" del="" 20%="" de="" potencia="">=0.5%> es positivo. D) en los LWR la presencia de huecos tiene un efecto negativo sobre la reactividad. Reduce la capacidad del moderador para moderar neutrones. E) en las RmBMK los huecos disminuyen la absorción de neutrones por el agua, produciendo una realimentación positiva.

Coeficiente de potencia y defecto de potencia

La dependencia de la reactividad con la potencia, se puede estudiar mediante el coeficiente de potencia:   

La variación de la reactividad que se genera por pasar de potencia nula a potencia de operación se denomina: defecto de potencia.

Periodo principal y transitorio del reactor

Los periodos principal y transitorio son las inversas de las raíces de la ecuación de reactividad. Permite hallar las constantes de tiempo de las soluciones de la densidad neutrónica y concentración de precursores, dadas por la solución del modelo de cinemática puntual de un grupo de diferidos para un salto instantáneo de reactividad.  (ec. Reactividad)-> (ω=cte de tiempo, ∆= tiempo medio de producción neutrónica, λ=1/2 cte. De desintegración de precursores, β= fracción media de neutrones diferidos).  Solución para un salto instantáneo:

Por tanto los periodos serán:

Un periodo principal de dos segundos no es aceptable ya que para poder controlar el reactor es necesario que el periodo principal no sea demasiado pequeño, ya que los sistemas de control y protección no disponen de tiempo para evitar que se produzca un daño en el combustible. El valor mínimo que se debe tomar es de 10 segundos, si es menor debe utilizarse SCRAM, tarda entre 1 y 3 segundos en parar el reactor.

Problemas que pueden generar las oscilaciones espaciales de Xe y como se controlan:

Fenómeno que se da en reactores de potencia y que produce oscilaciones espaciales del flujo y potencia dependen de:1)tamaño del nucleo2)naturaleza de las realimentaciones de temperatura y densidad3)materiales que componen el reactor//Estas oscilaciones pueden ser intrínsecamente inestables tendiendo de forma natural a aumentar de amplitud por lo que se necesita un control externo para amortiguarlas siempre que su máximo sea inaceptable el control se realiza manualmente ya que el transitorio del Xe se encuentra en la escala de horas.Para evitar estas oscilaciones se controla el Diagrama de Flujo Axial(AI):a)los factores de pico son constantesb)minimizan las oscilaciones espaciales de Xe.

Definir las unidades de reactividad y la relación entre ellas con o=0,007

Su unidad es el Dollar($) àro=beta=1$=100c Cuando el reactor tiene una ro=1$ se dice que esta prontamente critico.La relación entre ambas unidades depende de beta[$ y pcm] ro=1pcm=10^(-5)àtenemos beta=0,007: ro=1$=beta=0,007*(∆k/k)=0,7%=700*10^(-5)=700pcm.

Defecto de Temperatura:

variación de la reactividad que se genera al pasar de parada fría a parada caliente.

Exceso de Reactividad:

valor de reactividad que existía si toda la reactividad debida a los venenos de control fuese retirada del núcleo.

Margen de Parada:

cantidad instantánea de reactividad por la cual el reactor se haría subcrítico suponiendo que todos los bancos estén insertados en el núcleo menos el de mayor antireactividad.Mediante el margen de parada se asegura que:1)El reactor puede hacerse subcrítico desde todas las condiciones operativas2)Los transitorios de reactividad son controlables dentro de los límites aceptables3)El reactor se mantendrá lo suficientemente subcrítico como para evitar la criticidad accidental en la condición de parada.

Solape de barras:

se da en las PWR y consiste en que las barras de control se mueven con un cierto solape entre ellas con el fin de:a)lograr cambios de reactividad mas uniformesb)evitar saltos de flujo.