Instrumentación de control y cálculo de un computador de reactores nucleares

Abstract

La instrumentación de reactores nucleares tiene por objeto la detección y medida de la radiación para el control, medida e indicación de la posición de las barras de control dentro del núcleo. Es parte importante del equipo auxiliar asociado con los reactores nucleares para dar suficiente información acerca de la potencia nuclear y térmica con fines de control y seguridad. Gran parte de la instrumentación está formada por circuitos electrónicos que han sido diseñados exclusivamente para el control de reactores nucleares. Termocuplas instaladas en puntos críticos proveen de señales a la instrumentación de la sala de control ya sea para el control propiamente dicho, como para fines de seguridad. Paralelamente con el empleo de transductores, existe el tipo de detección nuclear, la parte más esencial en el aspecto de control. En la etapa de arranque de la unidad, con bajos niveles de potencia nuclear, el control a base de detectores nucleares se hace indispensable para poder alcanzarse el estado de criticalidad. El sistema de seguridad de un reactor nuclear está básicamente formado por relevadores electromagnéticos, los que indirectamente reciben señales de los detectores para reducir la reactividad insertando barras absolvedoras de neutrones dentro del núcleo. Este sistema deberá poner fuera de servicio a la unidad inmediatamente después de presentarse un desperfecto en alguno de los circuitos fundamentales de control o en el circuito de seguridad propiamente dicho. No es posible contar con un sistema perfecto en el control y a prueba de fallas; pero es factible reducir a un mínimo la probabilidad de que se presenten fallas, con un conveniente diseño. Lo que sí es sumamente importante y deberá caracterizar al sistema de control de reactores es que, ante situaciones peligrosas el sistema de seguridad deberá actuar automáticamente sobre las barras de seguridad para introducir una reactividad negativa de alto valor. Es usual contar en el sistema de protección con relevadores electromagnéticos que bajo condiciones normales de funcionamiento tienen las bobinas en estado de excitación. Al presentarse una condición anormal; ya sea por exceso de temperatura en una de las componentes, incremento anormal del flujo respecto al tiempo, interrupción de la circulación del refrigerante u otra causa que conduzca a situaciones peligrosas de operación, los relevadores cesan de recibir corriente de la fuente de tensión asociada especialmente con el equipo de seguridad, momento en que se dejan caer las barras de seguridad dentro del núcleo, las que se encontraban acopladas a los electro magnetos. El proceso de la fisión nuclear conduce a la formación de fragmentos, neutrones y radiación gama; la energía cinética asociada con las partículas es la que se convierte en calorífica para aplicaciones industriales, presentándose cambios de temperatura en las barras de combustible, moderador, refrigerante y reflector. Consideraciones teóricas y resultados experimentales relacionados con el reactor se han efectuado en el proyecto para optar el título de Bachiller en Ingeniería Mecánica y Eléctrica por el autor de este proyecto de grado. En el referido proyecto se realiza una simulación electrónica de reactores nucleares, habiéndose presentado los conceptos básicos relacionados con el control. Por lo tanto, se tratará muy brevemente acerca de los principales parámetros de la física del reactor, los que se consideraron con mayores detalles en el mencionado proyecto. Puede presentarse ya sea un crecimiento o una disminución del flujo neutrónico en el sistema, lo cual depende de la razón entre el número de neutrones de una generación y aquel en la precedente. Esta relación se define como la constante de reproducción efectiva \ que a su vez determina los tres estados posibles del reactor; subcrítico, crítico y supercrítico según sea que la constante sea menor, igual o mayor que la unidad respectivamente.