Reactor Térmico vs Reactor Rápido: Diferencia y Comparación

Puntos clave

1. Velocidad de neutrones: La diferencia fundamental entre los reactores térmicos y los reactores rápidos es el nivel de energía de los neutrones que causan la fisión. Los reactores térmicos utilizan neutrones lentos o “térmicos” para sostener la reacción nuclear en cadena, mientras que los reactores rápidos utilizan neutrones de alta energía o “rápidos”.
2. Combustible y Eficiencia: Los reactores térmicos utilizan principalmente uranio-235 o plutonio-239 como combustible, que son fisibles tanto con neutrones rápidos como lentos. Sin embargo, los reactores rápidos también pueden utilizar eficientemente el uranio-238, un isótopo mucho más abundante, y también pueden "generar" más combustible (plutonio-239) a partir de él, lo que conduce a una mejor utilización del combustible y menos desperdicio.
3. Moderación y Enfriamiento: Los reactores térmicos requieren un moderador, como agua o grafito, para reducir la velocidad de los neutrones a energías térmicas, que también actúa como refrigerante en muchos diseños. Los reactores rápidos, en cambio, no utilizan moderador, ya que el objetivo es mantener la velocidad de los neutrones. En su lugar, utilizan sustancias como sodio líquido, plomo o sal fundida para enfriar, que no ralentizan los neutrones.

¿Qué es el Reactor Térmico?

Un reactor térmico es un tipo de reactor nuclear que depende de neutrones térmicos para mantener una reacción en cadena de fisión. Es un componente crucial de las centrales nucleares y los reactores de investigación. El término "térmico" se refiere al hecho de que los neutrones utilizados en el proceso de fisión se han ralentizado o moderado a energías más bajas, lo que los hace más eficaces para provocar la fisión en ciertos isótopos de uranio y plutonio.

El principio básico detrás de un reactor térmico es controlar la velocidad de fisión nuclear mediante el uso de un material moderador, que ralentiza los neutrones rápidos producidos durante la fisión. El moderador más utilizado en los reactores térmicos es agua (reactores de agua ligera) o grafito (reactores moderados por grafito).

¿Qué es Reactor Rápido?

Un reactor rápido es un tipo de reactor nuclear que utiliza neutrones rápidos (neutrones con mayor energía cinética) para sostener una reacción en cadena de fisión nuclear. A diferencia de los reactores térmicos, que dependen de neutrones termalizados (ralentizados), los reactores rápidos utilizan neutrones rápidos para fisionar ciertos isótopos del combustible nuclear, como el plutonio-239 y el uranio-233. Los reactores rápidos están diseñados para utilizar eficientemente el combustible nuclear y producir menos desechos radiactivos en comparación con los reactores térmicos convencionales.

Los reactores rápidos tienen varias ventajas, incluido el potencial de aumentar la eficiencia del combustible, reducir los desechos radiactivos a largo plazo y la capacidad de utilizar ciertos combustibles nucleares que no son prácticos en los reactores térmicos. Sin embargo, los reactores rápidos también presentan desafíos técnicos y preocupaciones de seguridad, como el riesgo de aumentos rápidos de energía (eventos “críticos rápidos”) y las propiedades corrosivas de los refrigerantes metálicos líquidos.

Diferencia entre reactor térmico y reactor rápido

1. Energía de neutrones: la principal diferencia entre los reactores térmicos y los reactores rápidos radica en la energía de los neutrones utilizados para sostener la reacción en cadena de la fisión nuclear. Los reactores térmicos utilizan neutrones termalizados (ralentizados), mientras que los reactores rápidos utilizan neutrones rápidos (neutrones con mayor energía cinética).
2. Utilización de combustible: Los reactores térmicos utilizan combustible de uranio enriquecido; algunos utilizan combustible de óxido mixto (MOX) que contiene una combinación de isótopos de uranio y plutonio. Los reactores rápidos, por otra parte, pueden utilizar una gama más amplia de tipos de combustible, incluidos el plutonio-239 y el uranio-233, y tienen el potencial de lograr una mayor eficiencia del combustible y generar menos desechos radiactivos de larga vida.
3. Moderación de neutrones: en los reactores térmicos, se utiliza un moderador (por ejemplo, agua o grafito) para ralentizar los neutrones, lo que aumenta la probabilidad de fisión en ciertos isótopos. Los reactores rápidos funcionan sin moderador o utilizan una moderación mínima, dependiendo de neutrones rápidos para las reacciones de fisión.
4. Capacidad de reproducción: Los reactores rápidos tienen el potencial de ser “reproductores”, lo que significa que pueden producir más material fisionable del que consumen durante su operación. Al convertir isótopos no fisibles (por ejemplo, uranio-238) en isótopos fisionables, como el plutonio-239, los reactores rápidos pueden generar combustible nuclear adicional al mismo tiempo que generan energía. Los reactores térmicos no tienen capacidades de reproducción significativas.
5. Refrigerante: Los reactores térmicos utilizan agua como refrigerante y, a veces, como moderador. Por el contrario, los reactores rápidos emplean refrigerantes metálicos líquidos, como sodio o plomo, que tienen buenas propiedades de transferencia de calor y pueden eliminar eficientemente el calor del núcleo del reactor.

Comparación entre reactor térmico y reactor rápido

Parámetros de comparación	Reactor Térmico	reactor rapido
Energía de neutrones	Neutrones termalizados (ralentizados)	Neutrones rápidos (mayor energía)
Tipos de combustible	Uranio enriquecido, combustible MOX	Plutonio-239, Uranio-233 y más
Eficiencia de combustible	Eficiencia de combustible moderada	Mayor eficiencia de combustible (reproductor potencial)
Sistema de refrigeración	Refrigerante de agua	Refrigerante de metal líquido (p. ej., sodio, plomo)
Desperdicios nucleares	Produce residuos radiactivos de vida larga	Puede reducir los desechos de larga vida (reproductor potencial)

Referencias

1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002954930900346X
2. https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.13182/NT88-129

Última actualización: 18 de agosto de 2023