Una barra di controllo è un dispositivo che viene utilizzato per assorbire i neutroni in modo che la reazione nucleare a catena che si svolge all’interno del nucleo del reattore possa essere rallentata o fermata completamente inserendo ulteriormente le barre, o accelerata rimuovendole leggermente. Essenzialmente, le barre di controllo forniscono un controllo in tempo reale del processo di fissione, assicurando che rimanga attivo e impedendo che acceleri fuori controllo.
La fissione dell’uranio-235 rilascia in media 2,5 neutroni, ma solo un neutrone è necessario per sostenere la reazione nucleare a catena ad un ritmo costante. Le barre di controllo assorbono questi neutroni extra e possono essere usate per regolare la potenza del reattore. Quando sono inserite nella quantità standard, la loro posizione è a criticità e la potenza di uscita rimane la stessa. Se le barre vengono spinte all’interno, il numero di neutroni diminuisce insieme alla potenza di uscita e il reattore è sotto la criticità. L’opposto è vero se le barre vengono estratte leggermente mentre la fissione va oltre la criticità. Questo è mostrato nella Figura 2.
Design
Le barre di controllo sono barre, piastre o tubi contenenti un materiale (come boro o afnio) che assorbe i neutroni. Diverse di queste barre di controllo, grandi circa come le barre di combustibile, sono distanziate uniformemente e collegate ad un’estremità da una staffa metallica nota come spider. I reattori tipici possono contenere circa 50 di questi cluster con 20 barre di controllo individuali in ogni cluster.
La capacità di una barra di controllo di assorbire neutroni per controllare la reazione a catena di fissione richiede la scelta di un materiale che abbia elevate capacità di assorbimento dei neutroni. La misura di quanto bene un materiale assorbe i neutroni è nota come la sua sezione trasversale di assorbimento dei neutroni, o , misurata in barili (pari a 10-28 metri quadrati). In generale, le barre di controllo sono fatte usando cadmio, afnio o boro arricchito.
Insieme alla scelta del materiale, le proprietà meccaniche e il costo sono importanti quando si progetta una barra di controllo. Per esempio, il boro-10 è uno dei migliori assorbitori di neutroni, ma non è ideale per la costruzione di barre di controllo perché è estremamente fragile. Inoltre, il boro naturale deve essere arricchito per avere livelli di assorbimento ragionevoli, il che diventa molto costoso.
Precauzioni di sicurezza
Le barre di controllo sono importanti caratteristiche di sicurezza dei reattori perché permettono all’utente di controllare l’uscita del reattore. In alcuni tipi di reattori, in particolare i reattori CANDU, le barre di controllo sono sostenute da elettromagneti. Questo significa che se c’è qualche tipo di interruzione di corrente o perdita di segnale le barre di controllo vengono immediatamente rilasciate e cadono nel nucleo del reattore a causa della gravità. Questo impedisce che la reazione di fissione continui e agisce come sistema primario di spegnimento in caso di emergenza. Questo movimento di caduta può anche essere indotto manualmente se il macchinario che tiene su le barre si guasta in qualche modo. Quando le barre di controllo sono lasciate cadere nel reattore, è un processo noto come scramming. Nei reattori ad acqua bollente, il design è diverso in quanto le barre di controllo devono essere spinte verso l’alto nel reattore in quanto si trovano sul fondo del reattore in quel design.
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