Vara de controlo

Figura 1. Um reactor de água pressurizada com barras de controlo vistas a sair da cabeça do reactor.

Uma barra de controlo é um dispositivo que é utilizado para absorver os neutrões de modo a que a reacção nuclear em cadeia que ocorre dentro do núcleo do reactor possa ser abrandada ou completamente interrompida através da inserção das barras, ou acelerada através da sua remoção ligeira. Essencialmente, as barras de controlo proporcionam um controlo em tempo real do processo de fissão, assegurando que este permanece activo ao mesmo tempo que evita a sua aceleração fora de controlo.

Uranio-235 fissão liberta 2,5 neutrões em média, mas apenas um neutrón é necessário para sustentar a reacção nuclear em cadeia a um ritmo constante. As barras de controlo absorvem estes neutrões extra e podem ser utilizadas para ajustar a potência de saída do reactor. Quando inserida a quantidade padrão, a sua posição está em estado crítico e a potência de saída permanece a mesma. Se a haste é empurrada no número de neutrões diminui juntamente com a potência de saída e o reactor está abaixo da criticidade. O oposto é verdadeiro se as varetas forem ligeiramente puxadas para fora à medida que a fissão vai além da criticidade. Isto é mostrado na Figura 2.

Figure 2. Um esquema que mostra como a potência do reactor muda com a quantidade de barras de controlo (mostradas a verde) inseridas. À esquerda, as hastes de controlo são inseridas mais do que o habitual, reduzindo a potência de saída do reactor. À direita, as hastes de controlo são inseridas menos do que o habitual, aumentando a potência de saída.

Desenho

Varas de controlo são varas, placas, ou tubos contendo um material (como boro ou háfnio) que absorve os neutrões. Várias destas varetas de controlo, do tamanho aproximado das varetas de combustível, são espaçadas uniformemente e ligadas numa extremidade por um suporte metálico conhecido como aranha. Os reactores típicos podem conter cerca de 50 destes agregados com 20 varetas de controlo individuais em cada agregado.

A capacidade de uma vara de controlo para absorver os neutrões para controlar a reacção de fissão em cadeia requer uma escolha de material que tenha elevadas capacidades de absorção de neutrões. A medida de quão bem um material absorve os neutrões é conhecida como a sua secção transversal de absorção de neutrões, ou , medida em celeiros (igual a 10-28 metros quadrados). Geralmente, as hastes de controlo são feitas usando cádmio, háfnio, ou boro enriquecido.

Durante a escolha do material, as propriedades mecânicas e o custo são importantes na concepção de uma haste de controlo. Por exemplo, o boro-10 é um dos melhores absorvedores de neutrões, contudo não é ideal para a construção de barras de controlo, uma vez que é extremamente frágil. Além disso, o boro natural deve ser enriquecido para ter níveis de absorção razoáveis, o que se torna muito caro.

Precauções de segurança

As hastes de controlo são importantes características de segurança dos reactores, uma vez que permitem ao utilizador controlar a potência do reactor. Em alguns tipos de reactores, sobretudo reactores CANDU, as barras de controlo são retidas por electroímanes. Isto significa que se houver algum tipo de falha de energia ou perda de sinal, as barras de controlo são imediatamente libertadas e caem no núcleo do reactor por causa da gravidade. Isto impede que a reacção de fissão continue e actua como sistema primário de paragem em caso de emergência. Este movimento de queda pode também ser induzido manualmente se a máquina que segura as barras falhar de alguma forma. Quando as hastes de controlo são largadas no reactor, é um processo conhecido como “scramming”. Em reactores de água a ferver, a concepção é diferente, uma vez que as barras de controlo devem ser empurradas para cima para dentro do reactor, uma vez que estão localizadas no fundo do reactor, nessa concepção.