Diseño de un circuito de seguridad de un reactor nuclear

Abstract

Cada reactor tiene instrumentación para el control y seguridad de su operación. La filosofía general del diseño es de mantener el equipo de seguridad separado e independiente de cualquier función de control. Esto permite un diseño simplificado y confiable del equipo de seguridad dando lugar a la necesaria flexibilidad y complejidad del diseño de control. El equipo comprendido en un sistema de seguridad debe ser redundante, independiente y separado en tal manera que cualquier evento que afecte al reactor, con el consiguiente daño, no causará en última instancia, riesgo de radiación al público. Bajo este criterio general se ha diseñado el circuito materia de esta tesis. El circuito diseñado es el Monitor de Período y las características de su diseño permiten utilizarlo con leves cambios, en forma modular en un reactor del tipo de experimentación y/o para fines didácticos, o en un reactor para producción eléctrica, con cambios mayorees. Sin embargo, se hace la advertencia de que, si bien el circuito responde adecuadamente para las especificaciones del reactor considerado en esta tesis, se requiere un análisis de mayor profundidad independiente de las funciones electrónicas, de la parte física del reactor. El reactor térmico de fisión se divide en: al núcleo, o la parte donde se desarrolla la cadena de fisión autosostenida; el moderador, que reduce la energía de los neutrones producidos directamente después de la fisión; el reflector, que retorna al núcleo los neutrones con tendencia al escape-del mismo; el refrigerante, que remueve el calor generado en la fisión; y las barras de control. Estas últimas se clasifican en barras de shim, sirviendo para el control grueso; de regulación, para el control fino; y de seguridad, que permiten una parada del reactor de emergencia ante cualquier situación anormal que atente contra el público y el reactor. Usualmente, las barras de shim y seguridad están relacionadas mediante un electroimán que, al ocurrir una situación anormal, libera la barra de shim para caer está en el núcleo. El sistema de seguridad tiene la función de parar el reactor ante la ocurrencia de una situación anormal. Un sistema típico de seguridad incluye 4 canales, de los cuales el cuarto está diseñado para procesar electrónicamente los scram rápidos. Este canal posee dos monitores: de periodo y de potencia. Las condiciones críticas corresponden a potencias del orden del 120 o/o de la nominal y, periodos del orden de los 7 segundos. Para hacer caer las barras de seguridad, el monitor de periodo se vale del Amplificador Diferencial Lineal, el cual amplifica una señal proporcional a la inversa del periodo y cuando esta es tal que el voltaje de salida es aproximadamente -5 voltios, hace actuar al Comparador de Scram, llevando al corte a dos transistores y desactivando uno de ellos, a un relé cuyos contactos están en serie con la alimentación al electroimán. El otro transistor actúa sobre otro relé que transmite una señal hacia otro monitor para producir que la otra barra caiga; ello, mediante el bus de scram. Asimismo, este relé actúa sobre un amplificador separador que manda al corte a otro transistor el que a su vez desactiva un relé, cortando energía al electroimán como un medio redundante de scram. El scram lento es procesado en el monitor de periodo, pero iniciado en otros canales y actúa sobre la corriente del electroimán con su propio relé.