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Refrigerante del reattore nucleare

Un refrigerante per reattore nucleare è un refrigerante in un reattore nucleare utilizzato per rimuovere il calore dal nucleo del reattore nucleare e trasferirlo ai generatori elettrici e all'ambiente. Spesso, viene utilizzata una catena di due circuiti di raffreddamento perché il circuito di raffreddamento primario assume radioattività a breve termine dal reattore.

acqua

Quasi tutte le centrali nucleari attualmente in funzione sono reattori ad acqua leggera che utilizzano acqua normale ad alta pressione come refrigerante e moderatore di neutroni. Circa 1/3 sono reattori ad acqua bollente in cui il refrigerante primario subisce una transizione di fase a vapore all'interno del reattore. Circa 2/3 sono reattori ad acqua pressurizzata a pressione ancora più elevata. I reattori attuali rimangono al di sotto del punto critico a circa 374 ° C e 218 bar dove scompare la distinzione tra liquido e gas, che limita l'efficienza termica, ma il reattore ad acqua supercritica proposto funzionerebbe al di sopra di questo punto.

I reattori ad acqua pesante (CANDU) usano ossido di deuterio che ha proprietà identiche all'acqua ordinaria ma cattura di neutroni molto più bassa, permettendo una moderazione più approfondita.

svantaggi

Perdita di trizio

Mentre gli atomi di idrogeno nei refrigeranti dell'acqua sono bombardati da neutroni, alcuni assorbono un neutrone per diventare deuterio, e altri diventano trizio radioattivo. L'acqua contaminata dal trizio a volte perde nelle acque sotterranee per incidente o per approvazione ufficiale

Esplosione di idrogeno durante un'interruzione di corrente

Le barre del carburante creano temperature elevate che fanno bollire l'acqua, quindi trasformano l'acqua in vapore. Durante un disastro, quando si verifica un'interruzione di corrente e i generatori diesel che forniscono energia di emergenza alla pompa dell'acqua vengono danneggiati da uno tsunami o da un terremoto, se non viene pompata acqua fresca per raffreddare le barre del carburante, le barre del carburante continuano a riscaldarsi . Una volta che le barre di combustibile raggiungono più di 1200 gradi Celsius, i tubi di zirconio che contengono il combustibile nucleare interagiranno con il vapore e divideranno l'idrogeno dall'acqua. L'idrogeno può quindi essere rilasciato dal nocciolo del reattore e dal recipiente di contenimento. Se quell'idrogeno si accumula in quantità sufficienti-concentrazioni del 4 percento o più nell'aria, allora quell'idrogeno può esplodere, come apparentemente si è verificato nei reattori Fukushima Daiichi n. 1, 3, 4 ma il reattore n. 2 ha aperto la bocca per uscire gas idrogeno radioattivo, diminuendo la pressione dell'idrogeno, ma ha contaminato l'ambiente, quindi il reattore n. 2 non è esploso

Acqua borato

L'acqua borata viene utilizzata come refrigerante durante il normale funzionamento dei reattori ad acqua pressurizzata (PWR), nonché nei sistemi di raffreddamento del nucleo di emergenza (ECCS) di entrambi i PWR e reattori ad acqua bollente (BWR).

vantaggi

Il boro, spesso sotto forma di acido borico o borato di sodio, è combinato con l'acqua - una risorsa economica e abbondante - dove funge da refrigerante per rimuovere il calore dal nocciolo del reattore e trasferirlo a un circuito secondario. Parte del circuito secondario è il generatore di vapore che viene utilizzato per girare le turbine e generare elettricità. L'acqua borata offre anche i vantaggi aggiuntivi di agire come veleno di neutroni grazie alla sua grande sezione trasversale di assorbimento di neutroni, in cui assorbe i neutroni in eccesso per aiutare a controllare la velocità di fissione del reattore. Pertanto, la reattività del reattore nucleare può essere facilmente regolata modificando la concentrazione di boro nel liquido di raffreddamento. Cioè, quando la concentrazione di boro viene aumentata (borazione) dissolvendo più acido borico nel liquido di raffreddamento, la reattività del reattore diminuisce. Al contrario, quando la concentrazione di boro viene ridotta (diluizione) aggiungendo più acqua, la reattività del reattore aumenta.

svantaggi

Circa il 90% del trizio nei refrigeranti PWR è prodotto da reazioni di boro-10 con neutroni. Poiché il trizio stesso è un isotopo radioattivo di idrogeno, il liquido di raffreddamento viene contaminato da isotopi radioattivi e deve essere impedito la fuoriuscita nell'ambiente. Inoltre, questo effetto deve essere preso in considerazione per cicli più lunghi di funzionamento del reattore nucleare e quindi richiede una concentrazione iniziale più elevata di boro nel liquido di raffreddamento.

Metallo fuso

I reattori veloci hanno un'alta densità di potenza e non necessitano di moderazione dei neutroni. La maggior parte sono stati reattori raffreddati a metallo liquido con sodio fuso. Sono stati anche proposti e usati occasionalmente piombo, bututo eutettico e altri metalli. Il mercurio è stato usato nel primo reattore veloce.

Sale sciolto

I sali fusi condividono con i metalli il vantaggio della bassa tensione di vapore anche a temperature elevate e sono meno reattivi chimicamente del sodio. Anche i sali contenenti elementi leggeri come FLiBe possono fornire moderazione. Nell'esperimento del reattore al sale fuso è servito anche come solvente per trasportare il combustibile nucleare.

Gas

I gas sono stati anche usati come refrigerante. L'elio è estremamente inerte sia chimicamente sia rispetto alle reazioni nucleari ma ha una bassa capacità termica,

idrocarburi

I reattori organicamente moderati e raffreddati erano un concetto iniziale di reattore di potenza studiato, in cui l'idrocarburo viene utilizzato come refrigerante nucleare. Non hanno avuto successo.