RBMK

RBMK

Central nuclear de Smolensk.

RBMK és l'acrònim de reáktor bolshói móschnosti kanálny (en rus: Реактор Большой Мощности Канальный) que significa "Reactor de condensador d'alta potència", que descriu un tipo de reactor nuclear, ara obsolet, que va ser construït únicament per l'Unió Soviètica. En 2004 hi havia encara varis en funcionament, pero ya no hi havia plans per a construir més, i els que seguixen en operació estan baix pressió internacional per a que es tanquen.

El RBMK va ser la culminació del programa soviètic per a fabricar reactors refrigerats per aigua, basats en els seus reactors de producció de plutoni moderat per grafit. El primer d'ells AM-1 (de Átom Mirny, que en rus significa "àtom pacífic"), es va dissenyar per a produir 5 MW elèctrics (30 MW tèrmics) i va proporcionar energia a Óbninsk de 1954 a 1959. A pesar del seu nom, els reactors de la série AM estaven dissenyats per a que pogueren produir plutoni tant per a armes com per a energia.

Si s'utilisa aigua llaugera (aigua comuna) com refrigerante i grafit com moderador nuclear, és possible usar urani natural com a combustible. D'esta forma, es pot construir un reactor de gran potència sense que requerixca separació d'isòtops, tals com urani enriquit o aigua pesada. Esta configuració també ho fa inestable.

Disseny

Esquema d'un reactor RBMK.

Un RBMK ampra llarcs tubos verticals de pressió (7 m) que discorren a través d'un moderador de neutrons de grafit, i és refrigerat per aigua, a la que es permet entrar en ebullició en el núcleu a 290 °C, igual que en un reactor d'aigua hervir (BWR). El combustible és òxit d'urani poc enriquit en conjunts de combustible de 3,5 m de llarc. Dependent en gran medida la regulació del grafit instalat, l'excés d'ebullició simplement reduïx el refredat i l'absorció de neutrons sense inhibir la reacció de fissió, en lo que el reactor pot tindre un elevat coeficient de bombeta positiu, lo que fa possible que puga sorgir un problema de retroalimentación positiva, com en el cas del accident de Chernóbil, el reactor del qual era d'este tipo.

Degut a que l'aigua utilisada per a retirar la calor del núcleu en un reactor d'aigua llaugera absorbix alguns dels neutrons lliures normalment generats durant el funcionament del reactor, la concentració de l'isòtop urani-235, naturalment fisionable, en l'urani utilisat com a combustible en els reactors d'aigua llaugera, deu ser incrementat per a incidir en el manteniment de la reacció nuclear en cadena en el núcleu del reactor: el restant de l'urani del combustible és Urani-238. L'increment de la concentració de U-235 en l'urani combustible nuclear per damunt del que posseïx en la seua forma natural es conseguix per mig del procés d'enriquiment.

El núcleu de combustible d'un reactor d'aigua llaugera pot tindre fins a 3.000 elements de combustible. Un element està format per un grup de barres de combustible sagellades, cada una reblida en bolitas d'òxit d'urani (UO₂), mantingudes en el seu lloc per plaques de tancament i soportades per reixetes metàliques separadoras per a envoldre les barres i mantindre la distància adequada entre elles. Es pot pensar en el núcleu de combustible com un repositori del com es pot extraure l'energia calorífica a través del procés de reacció nuclear en cadena. Durant el funcionament del reactor, la concentració de U-235 en el combustible va disminuint a mida que els àtoms que estan somesos a la fissió nuclear generen energia calorífica. Alguns àtoms de U-238 es convertixen en àtoms del fisible Pu-239, alguns dels quals, a la seua volta, sofrixen la fissió i produïxen energia. Els productes creats per les reaccions de la fissió nuclear es retenen en les bolitas de combustible i es transformen en productes absorbents de neutrons, també cridats verins nuclears, que actuen ralentisant la taxa de fissió nuclear i producció de calor. A mida que el funcionament del reactor proseguix, aplega a alcançar-se un punt en el qual la disminució de la concentració de núcleus fisibles en el combustible i l'increment en la concentració de verins, dona com resultat una generació d'energia calorífica més baixa de lo que seria òptim. El RBMK dispon d'una màquina que pot canviar el combustible carregat, mentres el reactor seguix produint energia.

Coeficient de bombeta positiu

L'aigua ordinària (llaugera) absorbix neutrons de modo raonablement ràpit, i per tant, en retirar aigua del núcleu (com succeïx quan entra en ebullició i és substituïda per vapor) tendix a incrementar la taxa en la que es realisa la reacció nuclear. En un reactor regulat per aigua, este efecte queda contrarrestat per la reducció en la regulació, pero en el RBMK l'efecte moderador de l'aigua és chicotet comparat en el del grafit, en lo que l'efecte resultant és positiu. A açò se li crida un "coeficient de buit positiu". El RBMK tal com està dissenyat també té un "coeficient de potència positiu", lo que significa que un increment de la potència en el reactor tendix a un major increment de la taxa de reacció. Els coeficients de buit positius i de potència elevats poden produir condicions incontrolables i no han estat permesos en atres dissenys de reactors, pero no han pogut ser eliminats de el RBMK quan s'utilisa combustible urani natural. Només el redisseny dels elements combustibles podria millorar dita situació.

El RBMK també estava destinat a utilisar urani reciclat del combustible reprocesado d'un reactor d'aigua presurizada (PWR), que tinga un restant de baix enriquiment. En esta configuració també resultava inestable.