RBMK

RBMK es el acrónimo del ruso reaktor bolshoy moshchnosti kanalniy que significa "reactor (de) gran potencia (del tipo) canal", que describe un tipo de reactor nuclear ahora obsoleto que fue construido únicamente por la Unión Soviética. En 2004 había todavía varios en funcionamiento pero ya no había planes para construir más, y los que están funcionamiento están bajo presión internacional para que se cierren.

El RBMK fue la culminación del programa soviético para fabricar reactores refrigerados por agua basados en sus reactores de producción de plutonio moderado por grafito. El primero de ellos, AM-1 (de Atom Mirniy, que en ruso significa "átomo pacífico") se diseñó para producir 5 MW eléctricos (30 MW térmicos) y proporcionó energía a Obninsk de 1954 a 1959. A pesar de su nombre, estaban diseñados para que pudieran producir plutonio tanto para armas como para energía.

Si se utiliza agua ligera como refrigerante y grafito como regulador, es posible usar uranio natural como combustible. De esta forna, un reactor de gran potencia puede construirse sin que requiera separación de isótopos, tales como uranio enriquecido o agua pesada. Esta configuración también lo hace inestable.

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Diseño

Un RBMK emplea largos tubos verticales de presión (7 m) discurriendo a través de un moderador de neutrones de grafito, y es refrigerada por agua, a la que se permite entrar en ebullición en el núcleo a 290 °C, tanto como en un reactor de agua hirviendo (BWR). El combustible es óxido de uranio poco enriquecido en conjuntos de combustible de 3,5 m de largo. Dependiente en gran medida la regulación al grafito instalado, el exceso de ebullición simplemente reduce el enfriamiento y la absorción de neutrones sin inhibir la reacción de fisión, con lo que el reactor puede tener un elevado coeficiente nulo positivo, lo que hace posible que un problema de retroalimentación positiva pueda surgir como en el caso del accidente de Chernobyl, cuyo reactor era de este tipo.

Debido a que el agua utilizada para retirar el calor del núcleo en un reactor de agua ligera absorbe algunos de los neutrones libres normalmente generados durante el funcionamiento del reactor, la concentración del isótopo uranio-235, naturalmente fisionable en el uranio utilizado como combustible en los reactores de agua ligera, debe ser incrementado para incidir en el mantenimeento de la cadena de reacción nuclear en el núcleo del reactor: el resto del uranio del combustible es Uranio-238. El incrementar la concentración de U-235 en el uranio combustible nuclear por encima del que posee en su forma natural se consigue mediante el proceso de enriquecimiento.

El núcleo de combustible de un reactor de agua ligera puede tener hasta 3.000 elementos de combustible. Un elemento está formado por un grupo de barras de combustible selladas, cada una rellenada con bolitas de óxido de uranio(UO₂), mantenidas en su lugar por placas de cierre y soportadas por rejillas metálicas separadoras para envolver las barras y mantener la distancia adecuada entre ellas. Se puede pensar en el núcleo de combustible como un repositorio del cual se puede extraer la energía calorífica a través del proceso de reacción nuclear en cadena. Durante el funcionamiento del reactor, la concentración de U-235 en el combustible va disminuyendo a medida que los átomos que están sometidos a la fisión nuclear generan energía calorífica. Algunos átomos de U-238 se convierten en átomos del fisible Pu-239, algunos de los cuales, a su vez, sufren la fisión y producen energía. Los productos creados por las reacciones de la fisión nuclear se retienen en las bolitas de combustible y se transforman en productos absorbentes de neutrones, también llamados venenos nucleares, que actúan para ralentizar la tasa de fisión nuclear y producción de calor. A medida que el funcionamiento del reactor prosigue, llega a alcanzarse un punto en el cual la disminución de la concentración del núcleo fisible en el combustible y el incrementoen la concentración de venenos, da como resultado en una generación de energía calorífica más baja de lo que sería óptimo. El RMBK dispone de una máquina que puede cambiar el combustible cargado, mientras el reactor sigue produciendo energía.

Coeficiente nulo positivo

El agua ordinaria (ligera) absorbe neutrones (neutrón) de modo razonablemente rápido, y por tanto, al retirar agua del núcleo (como sucede cuando entra en ebullición y es sustituida por vapor) tiende a incrementar la tasa en la que se realiza la reacción nuclear. En un reactor regulado por agua, este efecto queda contrarrestado por la reducción en la regulación, pero en el RMBK el efecto regulador del agua es pequeño comparado con el del grafito, con lo que el efecto resultante es positivo. A esto se le llama un "coeficiente nulo positivo". El RMBK tal como está diseñado también tiene un "coeficiente de potencia positivo", lo que significa que un incremento de la potencia en el reactor tiende a un mayor incremento de la tasa de reacción. Los coeficientes positivos nulos y de potencia elevados pueden producir condiciones incontrolables y no han estado permitidos en otros diseños de reactores, pero no han podido ser eliminados del RMBK cuando se utiliza combustible uranio natural.

El RMBK también estaba destinado a utilizar uranio reciclado del combustible reprocesado de un reactor de agua presurizada (PWR), que tenga un resto de bajo enriquecimiento. En esta configuración también resultaba inestable. Estas características, llevaron al RMBK a ser noticia de alcance mundial en 1986, cuando uno de los cuatro reactores RMBK de Chernobyl explotó en el peor accidente nuclear civil hasta la fecha.

Blindaje

El diseño del RMBK incluye varias clases de blindajes, que se necesitan para el funcionamiento normal. Hay una estructura de metal sellada rellenada de gases inertes, para mantener el oxígeno lejos del grafito (que normalmente está cerca de los 700ºC). Hay también un robusto escudo para absorber la radiación del núcleo del reactor. Esto incluye una base de hormigón, arena y hormigón en los lados, y una gran cúpula de hormigón en la cúspide. Gran parte de la maquinaria interna del reactor está sujeta a esta cúpula, incluidas las conducciones de agua.

Inicialmente, el diseño del RMBK se enfocaba sólo a la prevención y atenuación de accidentes, no a la contención de accidentes graves. Sin embargo, a partir del incidente de Three Mile Island su diseño también incorporó una estructura parcial de contención (no un edificio de contención completo) para afrontar emergencias. Las conducciones por debajo del reactor están selladas dentro de fuertes cajas a prueba de escapes con una gran cantidad de agua. Si estas conducciones tienen una fuga, el material radiactivo es absorbido por el agua de estas cajas. No obstante, los reactores RMBK se diseñaron para permitir el cambio de las barras de combustibles sin apagar el reactor, tanto para realimentarlo como para la producción de plutonio para armas nucleares. Esto requiere grandes grúas encima del núcleo, y, como resultado, el reactor RMBK es muy alto (alrededor de 70 m), lo que supone un coste elevado y una dificultad de construcción de una estructura de contención, por lo que las conducciones en la cúspide del reactor no disponen de una estructura de contención de emergencia. Desgraciadamente, en el accidente de Chernobyl, cuando la presión subió lo suficiente, la cubierta reventó, rompiendo todas estas conducciones superiores.

Mejoras desde el accidente de Chernobyl

Desde el accidente de Chernobyl, los restantes RBMKs se han hecho funcionar con un número reducido de elementos de combustible conteniendo un tipo más enriquecido, permitiéndoles funcionar con relativa seguridad pero contrariando el concepto original. También se han mejorado los sistemas de control, en particular para eliminar las inclinaciones del grafito sobre las barras de control que producían un incremento inmediato de la potencia cuando las barras eran insertadas primeramente. En el accidente de Chernobyl, se le echa la culpa al diseño por haber disparado la primera explosión verdadera cuando, en un intento de desactivar el reactor que ya se encontraba fuera de control, se pulsó el botón de apagado de emergencia.

Cierres

De los 13 RBMKs construidos (y uno todavía en construcción en Kursk), se han cerrado los cuatro reactores de la planta de Chernobyl y uno de los dos reactores en Ignalina en Lituania, también se ha cerrado y el otro está previsto lo haga en el año 2010.