Una barra de control es un dispositivo que se utiliza para absorber neutrones de manera que la reacción nuclear en cadena que tiene lugar dentro del núcleo del reactor pueda ralentizarse o detenerse por completo insertando más las barras, o acelerarse retirándolas ligeramente. Esencialmente, las barras de control proporcionan un control en tiempo real del proceso de fisión, asegurando que permanezca activo y evitando que se acelere de forma descontrolada.
La fisión del uranio-235 libera 2,5 neutrones de media, pero sólo se necesita un neutrón para mantener la reacción nuclear en cadena a un ritmo constante. Las barras de control absorben estos neutrones adicionales y pueden utilizarse para ajustar la potencia del reactor. Cuando se introducen la cantidad estándar, su posición es de criticidad y la potencia se mantiene igual. Si se empuja la barra hacia dentro, el número de neutrones disminuye junto con la potencia y el reactor está por debajo de la criticidad. Lo contrario ocurre si las barras se sacan ligeramente, ya que la fisión va más allá de la criticidad. Esto se muestra en la Figura 2.
Diseño
Las barras de control son varillas, placas o tubos que contienen un material (como el boro o el hafnio) que absorbe los neutrones. Varias de estas barras de control, del tamaño de las barras de combustible, están espaciadas uniformemente y conectadas en un extremo por un soporte metálico conocido como araña. Los reactores típicos pueden contener alrededor de 50 de estos grupos con 20 barras de control individuales en cada grupo.
La capacidad de una barra de control para absorber neutrones para controlar la reacción de fisión en cadena requiere una elección de material que tenga una alta capacidad de absorción de neutrones. La medida de lo bien que un material absorbe los neutrones se conoce como su sección transversal de absorción de neutrones, o , medida en graneros (equivalente a 10-28 metros cuadrados). En general, las barras de control se fabrican con cadmio, hafnio o boro enriquecido.
Además de la elección del material, las propiedades mecánicas y el coste son importantes a la hora de diseñar una barra de control. Por ejemplo, el boro-10 es uno de los mejores absorbentes de neutrones, pero no es ideal para construir barras de control, ya que es extremadamente frágil. Además, el boro natural debe ser enriquecido para tener unos niveles de absorción razonables, lo que resulta muy caro.
Precauciones de seguridad
Las barras de control son importantes elementos de seguridad de los reactores, ya que permiten al usuario controlar la salida del reactor. En algunos tipos de reactores, sobre todo en los reactores CANDU, las barras de control están sujetas por electroimanes. Esto significa que si hay algún tipo de fallo de energía o pérdida de señal, las barras de control se liberan inmediatamente y caen en el núcleo del reactor debido a la gravedad. Esto impide que la reacción de fisión continúe y actúa como sistema de parada primaria en caso de emergencia. Este movimiento de caída también puede ser inducido manualmente si la maquinaria que sostiene las barras falla de alguna manera. La caída de las barras de control en el reactor es un proceso conocido como scramming. En los reactores de agua en ebullición, el diseño es diferente, ya que las barras de control deben ser empujadas hacia arriba en el reactor, ya que se encuentran en la parte inferior del reactor en ese diseño.
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