¿Qué son los reactores nucleares?

neutrones se escapen del sistema y que otros sean absorbidos por núcleos que no se fisionan (a estos núcleos se les llama venenos porque tienden a “matar” la reacción, absorbiendo neutrones).

En un reactor nuclear la reacción en cadena se mantiene a un nivel casi constante, y que por su diseño y calidad de su combustible no pueden explotar como bombas atómicas.

La mayor parte de la energía liberada en la fisión (aproximadamente 85%) se libera en forma de calor en un tiempo muy corto, después de que el proceso ocurre. El resto de la energía proviene del decaimiento radiactivo de los productos de fisión, nombre que reciben los fragmentos una vez que se han frenado y comienzan a decaer. El decaimiento radiactivo continúa aun cuando la reacción en cadena se ha detenido, por lo que el diseño de un reactor debe tener en cuenta esta energía para poder manejarla adecuadamente.

Generalmente los elementos combustibles tienen una reactividad mayor que cero, y a esta cantidad se le llama exceso de reactividad. Si el reactor consistiera únicamente de elementos combustibles sería supercrítico, pero ahí es donde entran en función las llamadas barras de control, que tienen una reactividad negativa. Estas barras de control se introducen al núcleo lo necesario para que el valor neto de reactividad sea cero, es decir, que el reactor

235La fisión nuclear del U ha hecho posible la existencia de los reactores nucleares. Un reactor nuclear es una instalación en la cual se puede iniciar y controlar una serie de fisiones nucleares auto-sostenidas. Estos dispositivos son utilizados como herramientas de investigación, como sistemas para producir isótopos radiactivos y también como fuentes de energía. Estos últimos son comúnmente conocidos como reactores de potencia.

Si todos los neutrones emitidos en las fisiones produjeran nuevas fisiones, es evidente que la reacción iría creciendo en forma descontrolada. A manera de ilustración, esto es lo que ocurre en la bomba atómica, en la cual la reacción no se controla y en unos instantes se libera una cantidad increíble de energía. Este incremento es muy rápido y produce una explosión extraordinariamente violenta y energética, característica de tales artefactos. Afortunadamente, es posible controlar la reacción, haciendo que, en promedio, sólo uno de los neutrones emitidos en cada fisión produzca otra fisión, y esto, a su vez, se logra dejando que cierta cantidad de

Factor de multiplicación y reactividad

Es muy conveniente definir el término llamado factor de multiplicación k, esto es, el número de neutrones en una generación (cada ciclo de la reacción en cadena) dividido entre el número de neutrones en la generación inmediata anterior. Claramente, si k = 1, la reacción será estable; o sea que el número de neutrones ni crece ni disminuye. Si k < 1, la reacción está disminuyendo, pues en cada generación hay menos neutrones; y si k > 1, la reacción está creciendo.Un reactor nuclear es un aparato en el cual se controla a voluntad una reacción de fisión en cadena. Cuando un reactor tiene k = 1, o sea que la reacción se mantiene estable, se dice que el reactor está crítico; cuando k < 1 nos referimos a un estado subcrítico y cuando k > 1, decimos que es supercrítico.Otro término muy usado en teoría de reactores es la reactividad (r), definida como:

De esta expresión se puede deducir que cuando un reactor está crítico (o sea que k = 1) la reactividad es cero. En un reactor subcrítico (o sea k < 1), la reactividad es negativa y en uno en estado supercrítico, la reactividad es positiva.

de número atómico igual a 92 compuesto 235por 3 isótopos que son: el U con el

238 2340.7205%, el U con el 99.2739% y el U con el 0.0056%. Este uranio no es adecuado para su uso en reactores enfriados y moderados con agua natural debido a que este líquido, aunque absorbe pocos neutrones, impide que la reacción de fisión en cadena se mantenga auto-sostenida. Para utilizar uranio natural en un reactor se requiere un moderador que absorba menos neutrones, como el agua pesada y el grafito. Por esta razón se han ideado varios métodos para incrementar el

235porcentaje de U, el isótopo idóneo para la fisión, tal manera que se puedan fabricar con él combustibles para reactores enfriados y moderados con agua natural. El

235porcentaje de U en el combustible n u c l e a r r e c i b e e l n o m b r e d e enriquecimiento, término que se utiliza sólo en los casos en que el porcentaje de 235U es mayor al natural.

El enriquecimiento del uranio es un proceso complejo y son pocos los países que tienen la capacidad técnica para llevarlo a cabo. El uranio natural se extrae del yacimiento en forma de óxido de uranio (U O ), luego se procesa para convertirlo en 3 8

el gas hexafloruro de uranio (UF ). Para esta 6

conversión se disuelve el concentrado de uranio en ácido nítrico, filtrando y purificando la solución con solventes

235químicos. El UF se enriquece con el U.6

Dos técnicas que se han utilizado para enriquecer el uranio son la difusión

Uranio natural

Membrana Porosa

Uranio enriquecido

Uranio empobrecido(colas)

Salida del UF enriquecido6

Salida de “colas”Entrada del UF6

Enriquecimiento por difusión gaseosa

Enriquecimiento por centrifugación gaseosa

238U

UF6

235U

gaseosa y la centrifugación gaseosa. La primera está basada en que las moléculas ligeras atraviesan más rápidamente una membrana porosa. Si se repite esta operación varias veces se logra enriquecer paulatinamente el gas con la molécula

235ligera ( U) hasta el nivel deseado. En la centrifugación gaseosa se pone a girar un cilindro lleno de hexafloruro de uranio. Por la fuerza centrífuga, las moléculas

238 235pesadas ( U) se van a la periferia, mientras que las moléculas ligeras ( U) tienden a desplazarse hacia el eje. El gas que queda al centro del cilindro estará

235ligeramente enriquecido en U. Al igual que en el caso anterior, debe repetirse la acción varias veces para lograr el nivel de enriquecimiento que se requiera.

66instituto nacional de investigaciones nucleares

77Contacto Nuclear

sea crítico. Si se quiere apagar el reactor, se introducen más las barras de control, con lo cual la reactividad llega a ser negativa y el reactor -siendo subcrítico- comienza a apagarse.

El hecho de que inicialmente el reactor tenga un exceso de reactividad, tiene el objeto de ir compensando la reactividad negativa que se crea en todos los reactores a causa de ciertos fenómenos como la acumulación de venenos derivados de los productos de la fisión, los aumentos de temperatura del núcleo, así como la pérdida de reactividad positiva provocada por el consumo de combustible.

Remoción de calor en un reactor

La mayor parte de la energía liberada en la fisión se deposita en el combustible y se convierte rápidamente en calor, por lo que se requiere de un refrigerante para removerlo. El refrigerante más común es el agua, aunque se puede utilizar otro fluido. Tanto en los reactores de potencia, como en los experimentales se han utilizado diferentes fluidos como agua pesada (óxido de deuterio), aire, dióxido de carbono, helio, sodio líquido, aleaciones sod io -po tas io , sa les fundidas e hidrocarburos. Es importante señalar que algunos reactores de investigación que son operados a muy baja potencia no necesitan un sistema de enfriamiento esmerado, pues en estas unidades el calor generado se remueve por conducción y convección al ambiente. Por su parte, los reactores de alta potencia deben tener un

sistema de enfriamiento extremadamente sofisticado para remover el calor de manera inmediata y confiable, ya que de no hacerlo así el calor se acumularía rápidamente en el combustible y lo fundiría.

Blindaje de un reactor

Un reactor nuclear en operación es una fuente muy intensa de radiación ionizante: la fisión y el decaimiento radiactivo producen principalmente neutrones y radiación gamma, que son radiaciones altamente penetrantes. Por lo tanto, un reactor debe contar con blindajes a su alrededor, es decir, barreras especiales para atenuar estas radiaciones y así proteger al personal. En reactores de investigación de tipo piscina, el núcleo del reactor se sumerge en el agua de un tanque grande y profundo. En otro tipo de reactores, el blindaje consiste en una estructura masiva de concreto a su alrededor. En su composición, el blindaje puede contener metales pesados -como el plomo o el acero- para mayor efectividad en la atenuación de la radiación gamma; el concreto puede ser adicionado también con agregados pesados para el mismo propósito.

Tipos de reactores nucleares

Aunque existen varios criterios, la principal clasificación de los reactores nucleares se da de acuerdo con su finalidad, dividiéndolos en reactores de potencia y reactores de investigación. Los reactores de potencia producen energía en forma útil, convirtiendo el calor generado en el núcleo en alguna forma de trabajo

mecánico. A esta categoría pertenecen la mayoría de los reactores que existen en la actualidad y que se utilizan en la generación comercial de electricidad. En los reactores de investigación se aprovechan las radiaciones producidas como una herramienta para investigar. Adicionalmente, en muchos países se utilizan los reactores para impulsar submarinos y naves de superficie.

A continuación se mencionan brevemente algunas características de los tipos de reactores nucleares

Reactores de potenciaReactores de agua ligera. Este tipo de reactores se utiliza fundamentalmente como una fuente de calor muy intensa para producir otro tipo de energía útil. Existen varios tipos de reactores de potencia, siendo los más utilizados los llamados reactores de agua ligera, nombre que reciben por ser enfriados y moderados con este fluido. Estos reactores se clasifican, a su vez, en dos tipos: a) el reactor de agua presurizada (PWR, por sus siglas en inglés) y b) el reactor de agua en ebullición (BWR).

En el reactor de agua presurizada, el agua a alta temperatura y alta presión recibe y remueve el calor del núcleo; luego se pasa a través de un generador de vapor donde el calor se transfiere a un circuito de refrigeración secundario en el que el agua se sobrecalienta y hierve. El vapor generado sirve como fluido de trabajo en

Vasija del reactor

Barras de Control

Turbina

Generador

Condensador

Red eléctrica

Consumo

Generación de electricidad en un reactor nuclear de potencia de la Central Laguna Verde

una turbina de vapor.

En el reactor de agua en ebullición, al agua que pasa a través del núcleo se le permite hervir a una presión intermedia de tal manera que el vapor proveniente del reactor se usa directamente en el ciclo de potencia. Los dos reactores de la Central Laguna Verde (CLV) son de tipo BWR y en ellos el calor generado en el núcleo de los reactores se utiliza para producir el vapor de agua que mueve las turbinas que, a su vez, mueven los generadores de energía eléctrica. El funcionamiento de la CLV se esquematiza en la figura de arriba. Los dos reactores de la CLV están en operación desde 1990 y 1995, respectivamente, y cada uno de ellos genera 674.5 megawatts eléctricos.

Reactores de alta temperatura enfriados con gas (HTGR). En este caso, el

Los reactores tipo BWR de la Central Laguna Verde cuentan con dos contenedores: Uno primario (la vasija del reactor) y uno secundario (concreto)

88instituto nacional de investigaciones nucleares

99Contacto Nuclear

sea crítico. Si se quiere apagar el reactor, se introducen más las barras de control, con lo cual la reactividad llega a ser negativa y el reactor -siendo subcrítico- comienza a apagarse.

El hecho de que inicialmente el reactor tenga un exceso de reactividad, tiene el objeto de ir compensando la reactividad negativa que se crea en todos los reactores a causa de ciertos fenómenos como la acumulación de venenos derivados de los productos de la fisión, los aumentos de temperatura del núcleo, así como la pérdida de reactividad positiva provocada por el consumo de combustible.

Remoción de calor en un reactor

La mayor parte de la energía liberada en la fisión se deposita en el combustible y se convierte rápidamente en calor, por lo que se requiere de un refrigerante para removerlo. El refrigerante más común es el agua, aunque se puede utilizar otro fluido. Tanto en los reactores de potencia, como en los experimentales se han utilizado diferentes fluidos como agua pesada (óxido de deuterio), aire, dióxido de carbono, helio, sodio líquido, aleaciones sod io -po tas io , sa les fundidas e hidrocarburos. Es importante señalar que algunos reactores de investigación que son operados a muy baja potencia no necesitan un sistema de enfriamiento esmerado, pues en estas unidades el calor generado se remueve por conducción y convección al ambiente. Por su parte, los reactores de alta potencia deben tener un

sistema de enfriamiento extremadamente sofisticado para remover el calor de manera inmediata y confiable, ya que de no hacerlo así el calor se acumularía rápidamente en el combustible y lo fundiría.

Blindaje de un reactor

Un reactor nuclear en operación es una fuente muy intensa de radiación ionizante: la fisión y el decaimiento radiactivo producen principalmente neutrones y radiación gamma, que son radiaciones altamente penetrantes. Por lo tanto, un reactor debe contar con blindajes a su alrededor, es decir, barreras especiales para atenuar estas radiaciones y así proteger al personal. En reactores de investigación de tipo piscina, el núcleo del reactor se sumerge en el agua de un tanque grande y profundo. En otro tipo de reactores, el blindaje consiste en una estructura masiva de concreto a su alrededor. En su composición, el blindaje puede contener metales pesados -como el plomo o el acero- para mayor efectividad en la atenuación de la radiación gamma; el concreto puede ser adicionado también con agregados pesados para el mismo propósito.

Tipos de reactores nucleares

Aunque existen varios criterios, la principal clasificación de los reactores nucleares se da de acuerdo con su finalidad, dividiéndolos en reactores de potencia y reactores de investigación. Los reactores de potencia producen energía en forma útil, convirtiendo el calor generado en el núcleo en alguna forma de trabajo

mecánico. A esta categoría pertenecen la mayoría de los reactores que existen en la actualidad y que se utilizan en la generación comercial de electricidad. En los reactores de investigación se aprovechan las radiaciones producidas como una herramienta para investigar. Adicionalmente, en muchos países se utilizan los reactores para impulsar submarinos y naves de superficie.

A continuación se mencionan brevemente algunas características de los tipos de reactores nucleares

Reactores de potenciaReactores de agua ligera. Este tipo de reactores se utiliza fundamentalmente como una fuente de calor muy intensa para producir otro tipo de energía útil. Existen varios tipos de reactores de potencia, siendo los más utilizados los llamados reactores de agua ligera, nombre que reciben por ser enfriados y moderados con este fluido. Estos reactores se clasifican, a su vez, en dos tipos: a) el reactor de agua presurizada (PWR, por sus siglas en inglés) y b) el reactor de agua en ebullición (BWR).

En el reactor de agua presurizada, el agua a alta temperatura y alta presión recibe y remueve el calor del núcleo; luego se pasa a través de un generador de vapor donde el calor se transfiere a un circuito de refrigeración secundario en el que el agua se sobrecalienta y hierve. El vapor generado sirve como fluido de trabajo en

Vasija del reactor

Barras de Control

Turbina

Generador

Condensador

Red eléctrica

Consumo

Generación de electricidad en un reactor nuclear de potencia de la Central Laguna Verde

una turbina de vapor.

En el reactor de agua en ebullición, al agua que pasa a través del núcleo se le permite hervir a una presión intermedia de tal manera que el vapor proveniente del reactor se usa directamente en el ciclo de potencia. Los dos reactores de la Central Laguna Verde (CLV) son de tipo BWR y en ellos el calor generado en el núcleo de los reactores se utiliza para producir el vapor de agua que mueve las turbinas que, a su vez, mueven los generadores de energía eléctrica. El funcionamiento de la CLV se esquematiza en la figura de arriba. Los dos reactores de la CLV están en operación desde 1990 y 1995, respectivamente, y cada uno de ellos genera 674.5 megawatts eléctricos.

Reactores de alta temperatura enfriados con gas (HTGR). En este caso, el

Los reactores tipo BWR de la Central Laguna Verde cuentan con dos contenedores: Uno primario (la vasija del reactor) y uno secundario (concreto)

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99Contacto Nuclear

combustible es una mezcla de grafito y uranio, lo que permite su operación a muy alta temperatura, gracias a que la temperatura de sublimación del grafito es extremadamente alta y el helio que se utiliza como refrigerante es químicamente inerte.

Reactores de agua pesada. En este tipo de reactor, del que el CANDU es el más conocido, utiliza uranio natural como combustible y se modera y enfría con agua pesada.

Reactores de metal líquido. Son reactores que operan con un flujo de neutrones rápidos y tienen la capacidad de producir material físil como nuevo combustible. Se enfrían con sodio líquido.

Existe una gran variedad de reactores de este tipo que han sido operados de manera experimental. Algunos ejemplos incluyen a los reactores enfriados y moderados con líquido orgánico, los reactores moderados con grafito y reactores de agua pesada en vasijas a presión.

Reactores de propulsión

En la navegación marítima, la aplicación más importante de la energía nuclear es la propulsión de submarinos y naves de superficie. A diferencia de los sistemas que utilizan combustibles fósiles, un submarino

bombear agua a través del núcleo, sino que ésta circula por convección natural, aunque sí es necesario un intercambiador de calor externo a la piscina, donde se enfríe el agua caliente. A potencias mayores de 2 MW se requiere enfriar el núcleo por convección forzada. La mayoría de estos reactores utilizan el agua de la piscina como reflector, aunque algunos tienen bloques sólidos alrededor del núcleo que sirven como reflector interno. Estos bloques de grafito o de berilio metálico producen un aumento de neutrones térmicos a corta distancia del núcleo, lo que representa una gran ventaja cuando se extraen haces térmicos de neutrones o cuando estos neutrones se utilizan para irradiar materiales.

Reactores TRIGA. Son una variedad de reactores de investigación ampliamente utilizada. Es un reactor de piscina enfriado por agua, aunque en vez de tener placas,

nuclear no requiere aire para su operación. Por tanto, este tipo de naves puede permanecer bajo el agua de manera indefinida, mientras que las de diesel deben emerger periódicamente para abastecerse de aire. La propulsión nuclear también le da a la navegación en superficie una ventaja estratégica, porque elimina su dependencia de reabastecimiento de combustible como es el caso de buques-tanque. El diseño de los reactores nucleares de estos navíos es confidencial y sólo se conocen detalles generales.

Reactores de investigaciónEl propósito principal de los reactores de investigación es proporcionar una fuente muy intensa de neutrones para i n v e s t i g a c i ó n y o t r o s propósitos. Sus haces de neutrones pueden tener características diferentes dependiendo de su utilización. Estos dispositivos son más pequeños y simples que los reactores de potencia y operan a temperaturas más bajas. No obstante, el combustible que utilizan requiere un mayor enriquecimiento del uranio-235, en la mayoría de los casos del 20%, aunque algunos utilizan hasta un 93%. Tienen una alta densidad de potencia en el núcleo, por lo que necesitan ser enfriados y requieren de un moderador para mejorar la fisión. Debido a que su misión principal es la producción de neutrones, la mayoría necesita un reflector para reducir la pérdida de neutrones del núcleo.

La variedad de reactores de investigación supera a los de potencia. Los más comunes son:

Reactores de placas enfriados con agua. Este tipo es el más común entre los reactores de investigación. Operan en un rango amplio de potencia, que va desde algunos kilowatts hasta cientos de megawatts; utilizan ensambles de placas con uranio

enriquecido y se enfrían con agua. Entre estos reactores es común el diseño de piscina, en los que el núcleo se posiciona en la parte baja de un tanque grande y profundo, lleno de agua. Los reactores que operan a bajas potencias no requieren

Reactor TRIGAReactor de metal líquido

Submarino nuclear

Reactor HTGRBomba deagua natural

Reactor HTGR

Reactor CANDU

Reactor de investigación en el Instituto de Isótopos, Budapest, Hungría

Reactor de placas enfriado con agua

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combustible es una mezcla de grafito y uranio, lo que permite su operación a muy alta temperatura, gracias a que la temperatura de sublimación del grafito es extremadamente alta y el helio que se utiliza como refrigerante es químicamente inerte.

Reactores de agua pesada. En este tipo de reactor, del que el CANDU es el más conocido, utiliza uranio natural como combustible y se modera y enfría con agua pesada.

Reactores de metal líquido. Son reactores que operan con un flujo de neutrones rápidos y tienen la capacidad de producir material físil como nuevo combustible. Se enfrían con sodio líquido.

Existe una gran variedad de reactores de este tipo que han sido operados de manera experimental. Algunos ejemplos incluyen a los reactores enfriados y moderados con líquido orgánico, los reactores moderados con grafito y reactores de agua pesada en vasijas a presión.

Reactores de propulsión

En la navegación marítima, la aplicación más importante de la energía nuclear es la propulsión de submarinos y naves de superficie. A diferencia de los sistemas que utilizan combustibles fósiles, un submarino

bombear agua a través del núcleo, sino que ésta circula por convección natural, aunque sí es necesario un intercambiador de calor externo a la piscina, donde se enfríe el agua caliente. A potencias mayores de 2 MW se requiere enfriar el núcleo por convección forzada. La mayoría de estos reactores utilizan el agua de la piscina como reflector, aunque algunos tienen bloques sólidos alrededor del núcleo que sirven como reflector interno. Estos bloques de grafito o de berilio metálico producen un aumento de neutrones térmicos a corta distancia del núcleo, lo que representa una gran ventaja cuando se extraen haces térmicos de neutrones o cuando estos neutrones se utilizan para irradiar materiales.

Reactores TRIGA. Son una variedad de reactores de investigación ampliamente utilizada. Es un reactor de piscina enfriado por agua, aunque en vez de tener placas,

nuclear no requiere aire para su operación. Por tanto, este tipo de naves puede permanecer bajo el agua de manera indefinida, mientras que las de diesel deben emerger periódicamente para abastecerse de aire. La propulsión nuclear también le da a la navegación en superficie una ventaja estratégica, porque elimina su dependencia de reabastecimiento de combustible como es el caso de buques-tanque. El diseño de los reactores nucleares de estos navíos es confidencial y sólo se conocen detalles generales.

Reactores de investigaciónEl propósito principal de los reactores de investigación es proporcionar una fuente muy intensa de neutrones para i n v e s t i g a c i ó n y o t r o s propósitos. Sus haces de neutrones pueden tener características diferentes dependiendo de su utilización. Estos dispositivos son más pequeños y simples que los reactores de potencia y operan a temperaturas más bajas. No obstante, el combustible que utilizan requiere un mayor enriquecimiento del uranio-235, en la mayoría de los casos del 20%, aunque algunos utilizan hasta un 93%. Tienen una alta densidad de potencia en el núcleo, por lo que necesitan ser enfriados y requieren de un moderador para mejorar la fisión. Debido a que su misión principal es la producción de neutrones, la mayoría necesita un reflector para reducir la pérdida de neutrones del núcleo.

La variedad de reactores de investigación supera a los de potencia. Los más comunes son:

Reactores de placas enfriados con agua. Este tipo es el más común entre los reactores de investigación. Operan en un rango amplio de potencia, que va desde algunos kilowatts hasta cientos de megawatts; utilizan ensambles de placas con uranio

enriquecido y se enfrían con agua. Entre estos reactores es común el diseño de piscina, en los que el núcleo se posiciona en la parte baja de un tanque grande y profundo, lleno de agua. Los reactores que operan a bajas potencias no requieren

Reactor TRIGAReactor de metal líquido

Submarino nuclear

Reactor HTGRBomba deagua natural

Reactor HTGR

Reactor CANDU

Reactor de investigación en el Instituto de Isótopos, Budapest, Hungría

Reactor de placas enfriado con agua

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su combustible consiste en barras cilíndricas de una mezcla de uranio e hidruro de circonio con encamisados de aluminio o acero inoxidable. Una de sus ventajas fundamentales es que el combustible tiene un coeficiente de reactividad negativo, lo que le permite volverse altamente supercrítico por un instante y elevar su potencia rápidamente. Después de esto y por el rápido aumento de la temperatura del combustible, se apaga automáticamente. El pulso de potencia resultante, muy útil en experimentos de comportamiento dinámico, no representa ningún problema ya que el paro automático se da muy rápidamente y la energía liberada es proporcional al pico de potencia y a la duración del pulso. Entre los modelos de los TRIGA están el Mark I (cuyo tanque está ubicado bajo tierra), los Mark II (tanque elevado con tubos de haces) y Mark III (piscina también elevada y con tubos de haces, dentro de una piscina alargada y con núcleo móvil).

Otros reactores de investigación. Existe una gran var iedad de reac to res de investigación, por lo que es difícil clasificarlos. Los ha habido homogéneos (núcleos con combustibles en solución), rápidos, moderados con grafito, con agua pesada o con berilio, también los que se han adaptado para utilizar el combustible gastado de reactores de potencia experimentales. El diseño ha respondido a una gran variedad de demandas especiales de investigación.

llama radioisótopos. Los radioisótopos tienen propiedades que los hacen útiles para la investigación y para las aplicaciones, de las cuales a continuación, se mencionan algunas:i Producción de materiales radiactivos para medicina (diagnóstico y

tratamiento de pacientes con medicina nuclear); aplicaciones industriales (mediciones de espesores en papel, láminas metálicas, carpeta asfáltica, humedad en cemento o pulpa de papel; control del nivel de llenado de envases líquidos, por ejemplo, refrescos); como trazadores (localización de fugas de gas natural, ubicación de obstrucciones o fugas en tuberías, medición de flujos en líquidos y gases, medición de procesos en refinerías, medición de procesos de separación química).i Análisis de muestras induciéndoles radiactividad (análisis por activación neutrónica).i Transmutación de materiales, tales como dopado de silicio para su uso en componentes electrónicos.

Trabajos con haces de neutronesLos haces de neutrones provenientes del reactor se pueden utilizar para obtener imágenes por medio de radiografías con neutrones o tomografías con neutrones; (por ejemplo, para verificar la integridad de componentes de aeronaves). Los haces pueden también utilizarse con fines de investigación, por ejemplo, para difracción de neutrones para el estudio de la estructura y dinámica de los materiales a nivel atómico; estudio de la materia condensada; y estudios de dispersión elástica e

Aplicaciones de los reactores de investigación

Las aplicaciones de los reactores de investigación se pueden agrupar en cuatro amplias categorías: desarrollo de recursos humanos; irradiación de muestras; trabajos con haces de neutrones; y prueba de materiales.

Desarrollo de recursos humanosEn este rubro encontramos actividades como: capacitación y entrenamiento de personal, visitas por parte de estudiantes, docentes, profesionistas y del público en general, difusión de la energía nuclear y de sus aplicaciones, lo que contribuye a lograr su mejor comprensión y aceptación y prácticas en el reactor que favorecen la formación de estudiantes de Protección Radiológica, Física de Reactores, Materiales y Biología, entre otras carreras y cursos.

Procesos de irradiación de muestrasComo se ha mencionado, durante la fisión nuclear se liberan neutrones y aunque una fracción de éstos produce más fisiones, son absorbidos por otros materiales, como lo son las muestras que se desea estudiar. Es importante mencionar que muchos materiales se vuelven radiactivos cuando absorben neutrones y se les

Medición de flujo en ductosMedición de flujo en ductos

Distancia

Punto deinyección

Estación de detección 1

Pulso inyectado

Estación de detección 2

Pulso estación 1 Pulso estación 2Tiempo tdto

inelástica.

Pruebas de materialesAdicionalmente se puede mencionar la prueba de materiales y de nuevos combustibles, aunque para este tipo de pruebas se necesitan reactores de muy alto flujo de neutrones e instalaciones muy especializadas.

Reactores de investigación en América Latina

Argentina, Brasil, Chile, México y Perú cuentan con reactores de investigación tipo piscina con potencia mínima de 1 MW. En 2005, con el apoyo técnico del ININ, Colombia puso en operación un reactor con una potencia de 30 KW. Las aplicaciones de estos reactores son muy variadas y, de acuerdo con las necesidades regionales, tienen impacto en áreas como medio ambiente, agricultura, industria, hidrología, minería, investigación científica y desarrollo tecnológico, y docencia y formación de recursos humanos. No obstante, la principal orientación de los isótopos radiactivos producidos en los reactores de investigación en América Latina es el tratamiento y diagnóstico de padecimientos por medio de medicina nuclear. Estas aplicaciones comprenden d i a g n ó s t i c o p o r i m á g e n e s , radioinmunoanálisis (RIA), tratamiento de tumores, tratamientos paliativos del dolor en enfermos con metástasis ósea, radiosinovectomía, braquiterapia, y terapia en cáncer tiroideo y enfermedad de Basedow.

GammagrafíaGammagrafía

Medición de pesoMedición de peso

Medición de espesorMedición de espesor

Medición de nivelMedición de nivel

1212instituto nacional de investigaciones nucleares

Contacto Nuclear

1313

su combustible consiste en barras cilíndricas de una mezcla de uranio e hidruro de circonio con encamisados de aluminio o acero inoxidable. Una de sus ventajas fundamentales es que el combustible tiene un coeficiente de reactividad negativo, lo que le permite volverse altamente supercrítico por un instante y elevar su potencia rápidamente. Después de esto y por el rápido aumento de la temperatura del combustible, se apaga automáticamente. El pulso de potencia resultante, muy útil en experimentos de comportamiento dinámico, no representa ningún problema ya que el paro automático se da muy rápidamente y la energía liberada es proporcional al pico de potencia y a la duración del pulso. Entre los modelos de los TRIGA están el Mark I (cuyo tanque está ubicado bajo tierra), los Mark II (tanque elevado con tubos de haces) y Mark III (piscina también elevada y con tubos de haces, dentro de una piscina alargada y con núcleo móvil).

Otros reactores de investigación. Existe una gran var iedad de reac to res de investigación, por lo que es difícil clasificarlos. Los ha habido homogéneos (núcleos con combustibles en solución), rápidos, moderados con grafito, con agua pesada o con berilio, también los que se han adaptado para utilizar el combustible gastado de reactores de potencia experimentales. El diseño ha respondido a una gran variedad de demandas especiales de investigación.

llama radioisótopos. Los radioisótopos tienen propiedades que los hacen útiles para la investigación y para las aplicaciones, de las cuales a continuación, se mencionan algunas:i Producción de materiales radiactivos para medicina (diagnóstico y

tratamiento de pacientes con medicina nuclear); aplicaciones industriales (mediciones de espesores en papel, láminas metálicas, carpeta asfáltica, humedad en cemento o pulpa de papel; control del nivel de llenado de envases líquidos, por ejemplo, refrescos); como trazadores (localización de fugas de gas natural, ubicación de obstrucciones o fugas en tuberías, medición de flujos en líquidos y gases, medición de procesos en refinerías, medición de procesos de separación química).i Análisis de muestras induciéndoles radiactividad (análisis por activación neutrónica).i Transmutación de materiales, tales como dopado de silicio para su uso en componentes electrónicos.

Trabajos con haces de neutronesLos haces de neutrones provenientes del reactor se pueden utilizar para obtener imágenes por medio de radiografías con neutrones o tomografías con neutrones; (por ejemplo, para verificar la integridad de componentes de aeronaves). Los haces pueden también utilizarse con fines de investigación, por ejemplo, para difracción de neutrones para el estudio de la estructura y dinámica de los materiales a nivel atómico; estudio de la materia condensada; y estudios de dispersión elástica e

Aplicaciones de los reactores de investigación

Las aplicaciones de los reactores de investigación se pueden agrupar en cuatro amplias categorías: desarrollo de recursos humanos; irradiación de muestras; trabajos con haces de neutrones; y prueba de materiales.

Desarrollo de recursos humanosEn este rubro encontramos actividades como: capacitación y entrenamiento de personal, visitas por parte de estudiantes, docentes, profesionistas y del público en general, difusión de la energía nuclear y de sus aplicaciones, lo que contribuye a lograr su mejor comprensión y aceptación y prácticas en el reactor que favorecen la formación de estudiantes de Protección Radiológica, Física de Reactores, Materiales y Biología, entre otras carreras y cursos.

Procesos de irradiación de muestrasComo se ha mencionado, durante la fisión nuclear se liberan neutrones y aunque una fracción de éstos produce más fisiones, son absorbidos por otros materiales, como lo son las muestras que se desea estudiar. Es importante mencionar que muchos materiales se vuelven radiactivos cuando absorben neutrones y se les

Medición de flujo en ductosMedición de flujo en ductos

Distancia

Punto deinyección

Estación de detección 1

Pulso inyectado

Estación de detección 2

Pulso estación 1 Pulso estación 2Tiempo tdto

inelástica.

Pruebas de materialesAdicionalmente se puede mencionar la prueba de materiales y de nuevos combustibles, aunque para este tipo de pruebas se necesitan reactores de muy alto flujo de neutrones e instalaciones muy especializadas.

Reactores de investigación en América Latina

Argentina, Brasil, Chile, México y Perú cuentan con reactores de investigación tipo piscina con potencia mínima de 1 MW. En 2005, con el apoyo técnico del ININ, Colombia puso en operación un reactor con una potencia de 30 KW. Las aplicaciones de estos reactores son muy variadas y, de acuerdo con las necesidades regionales, tienen impacto en áreas como medio ambiente, agricultura, industria, hidrología, minería, investigación científica y desarrollo tecnológico, y docencia y formación de recursos humanos. No obstante, la principal orientación de los isótopos radiactivos producidos en los reactores de investigación en América Latina es el tratamiento y diagnóstico de padecimientos por medio de medicina nuclear. Estas aplicaciones comprenden d i a g n ó s t i c o p o r i m á g e n e s , radioinmunoanálisis (RIA), tratamiento de tumores, tratamientos paliativos del dolor en enfermos con metástasis ósea, radiosinovectomía, braquiterapia, y terapia en cáncer tiroideo y enfermedad de Basedow.

GammagrafíaGammagrafía

Medición de pesoMedición de peso

Medición de espesorMedición de espesor

Medición de nivelMedición de nivel

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