El reactor de investigación CROCUS de la Escuela Politécnica Federal de Lausana, en Suiza
Ciencia con neutrones
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Instalaciones de neutrones

Los reactores de investigación son instalaciones de fisión basadas en reactores nucleares que sirven principalmente como fuente de neutrones. También se les llama reactores sin potencia, a diferencia de los reactores que se utilizan para la producción de electricidad, la generación de calor o la propulsión marina.

Propósito

Los neutrones producidos por un reactor de investigación se utilizan para ensayos de dispersión de neutrones; pruebas no destructivas; análisis y ensayo de materiales; producción de radioisótopos; y educación y divulgación pública. Aquellas instalaciones que producen radioisótopos para uso médico o industrial a veces se denominan reactores de isótopos. Los reactores que están optimizados para experimentos de haces en línea compiten con las instalaciones de generación de neutrones por espalación.

Aspectos técnicos

Los reactores de investigación son más simples que los reactores de potencia y funcionan a temperaturas más bajas. Necesitan mucho menos combustible y se acumulan muchos menos productos de la fisión nuclear a medida que se utiliza el combustible. Por otro lado, su combustible requiere más uranio altamente enriquecido, por lo general hasta un 20% de U-235,[1] aunque algunos modelos requieren hasta el 93% de U-235. Si bien el enriquecimiento al 20% generalmente no se considera utilizable en armas nucleares, el 93% se conoce comúnmente como de "grado de armamento". También tienen una densidad de potencia muy alta en el núcleo, lo que requiere características de diseño especiales. Al igual que los reactores de potencia, el núcleo necesita enfriamiento, típicamente por convección natural o forzado con agua, y se requiere un material moderador para disminuir la velocidad de los neutrones y mejorar la fisión. Como la producción de neutrones es su función principal, la mayoría de los reactores de investigación emplean reflectores para reducir la pérdida de neutrones del núcleo.

Conversión a funcionamiento con uranio poco enriquecido

El Organismo Internacional de la Energía Atómica y el Departamento de Energía de los Estados Unidos iniciaron un programa en 1978 para desarrollar medios para convertir los reactores de investigación que utilizaban uranio altamente enriquecido (UAE) para que pudieran usar uranio poco enriquecido (UPE), en apoyo de su política de no proliferación de armas nucleares.[2][3] Para entonces, Estados Unidos había suministrado reactores de investigación con uranio altamente enriquecido a 41 países como parte de su programa Átomos para la Paz. En 2004, el Departamento de Energía de Estados Unidos amplió su programa de Aceptación del combustible nuclear gastado en reactores de investigación en el extranjero hasta 2019.[4]

En 2016, un informe de las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina concluyó que la conversión de todos los reactores de investigación al uso de uranio poco enriquecido no se puede completar hasta 2035 como muy pronto. En parte, esto se debe a que el desarrollo de combustible poco enriquecido fiable para reactores de investigación con alto flujo de neutrones, que no sea susceptible a fallos por inflamación, ha sido más lento de lo esperado.[5] En el año 2020 todavía quedaban 72 reactores de investigación de uranio altamente enriquecido.[6]

Diseñadores y constructores

Si bien en las décadas de 1950, 1960 y 1970 había varias empresas especializadas en el diseño y construcción de reactores de investigación, la actividad de este mercado se enfrió posteriormente, y muchas compañías abandonaron esta actividad.

El mercado se ha consolidado hoy en unas pocas empresas que concentran los proyectos clave a nivel mundial.

La licitación internacional más reciente (1999) para un reactor de investigación fue la organizada por la Australian Nuclear Science and Technology Organisation para el diseño, construcción y puesta en servicio del reactor OPAL. Fueron precalificadas cuatro empresas: Atomic Energy of Canada Limited (AECL), INVAP, Siemens AG y Technicatom. El proyecto fue adjudicado a INVAP, que construyó el reactor. En los últimos años, AECL se retiró de este mercado y las actividades de Siemens y Technicatom se fusionaron en la compañía Areva.

Clases de reactores de investigación

  • Reactor acuoso homogéneo
  • Reactor clase Argonaut
  • Clase DIDO, seis reactores de alto flujo en todo el mundo
  • TRIGA, una clase de gran éxito con más de 50 instalaciones en todo el mundo
  • Clase del reactor SLOWPOKE, desarrollada por AECL, Canadá
  • Clase del reactor OPAL, desarrollada por INVAP, Argentina
  • Reactor de fuente de neutrones en miniatura, basado en el diseño SLOWPOKE, desarrollado por AECL, actualmente exportado por China
  • Aerojet General Nucleonics, Modelos 201. Desarrollado por Aerojet General en Estados Unidos. En la década de 2020 había tres de estos reactores en funcionamiento: en la Universidad Estatal de Idaho, en la Universidad de Nuevo México y en la Universidad de Texas A&M.

Centros de investigación

Puede encontrarse una lista completa en el artículo Anexo:Reactores de investigación nuclear. Centros de investigación que operan un reactor:

Nombre del reactor País Ciudad Institución Nivel de potencia Fecha de puesta en servicio
Reactor BR2 Bélgica Mol Centro Belga de Investigaciones Nucleares SCK•CEN 100 MW
Reactor de investigación de Budapest[7] Hungría Budapest Centro de Investigación Energética de la Academia de Ciencias de Hungría 5 MW[7] 1959[7]
Reactor de formación de la Universidad Tecnológica de Budapest[8] Hungría Budapest Universidad de Tecnología y Economía de Budapest 100 kW 1969
Reactor ILL High-Flux Francia Grenoble Instituto Laue-Langevin 63 MW[9]
RA-6 Argentina San Carlos de Bariloche Instituto Balseiro / Centro Atómico Bariloche 1 MW[10] 1982[10]
Reactor ZED-2 Canadá Deep River (Ontario) Laboratorios de Chalk River de la compañía Atomic Energy of Canada Limited 200 W[11] 1960
Reactor nuclear McMaster Canadá Hamilton (Ontario) Universidad McMaster 5 MW 1959
Reactor universal de investigación nacional Canadá Deep River (Ontario) Laboratorios de Chalk River de la compañía Atomic Energy of Canada Limited 135 MW 1957
Reactores nucleares de Petten Países Bajos Petten Grupo Neerlandés de Investigación y Consultoría Nuclear,[12] EU Joint Research Centre 30 kW and 60MW 1960
ORPHEE Francia Saclay Laboratorio Léon Brillouin 14 MW 1980
FRM II Alemania Garching bei München Universidad Técnica de Múnich 20 MW 2004
HOR Países Bajos Delft Reactor del Instituto de Delft, Universidad Técnica de Delft 2 MW
BER II Alemania Berlín Helmholtz-Zentrum de Berlín 10 MW
Mainz Alemania Maguncia Instituto de Química de la Universidad de Mainz 100 kW[13]
TRIGA Mark II[14] Austria Viena Instituto Atómico de la Universidad Técnica de Viena 250 kW 1962[14]
IRT-2000 Bulgaria Sofía Centro de investigación de la Academia de Ciencias de Bulgaria 2 MW
Reactor OPAL Australia Lucas Heights Australian Nuclear Science and Technology Organisation 20 MW 2006
IEA-R1 Brasil São Paulo Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares 3.5 MW 1957
IRT-2000[15] Rusia Moscú Instituto de Ingeniería Física de Moscú 2.5 MW[15] 1967[15]
SAFARI-1 Sudáfrica Pelindaba Corporación Sudafricana de Energía Nuclear 20 MW[16] 1965[16]
Reactor de Aplicación Avanzada de Neutrones de Alto Flujo Corea del Sur Daejeon Instituto de Investigación de la Energía Atómica de Corea 30 MW[17] 1995[17]
LVR-15 República Checa Řež Instituto de Investigaciones Nucleares 10 MW[18] 1995[18]
Programa de reactores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte Estados Unidos Raleigh Universidad Estatal de Carolina del Norte 1 MW[19] 1953[19]
Reactor de Isótopos de Alto Flujo Estados Unidos Oak Ridge (Tennessee) Laboratorio Nacional Oak Ridge
Reactor de Pruebas Avanzado Estados Unidos Idaho Laboratorio Nacional de Idaho 250 MW[20]
Centro de reactores de investigación de la Universidad de Missouri Estados Unidos Columbia (Misuri) Universidad de Misuri 10 MW 1966
Maryland University Training Reactor Estados Unidos College Park (Maryland) Universidad de Maryland 250 kW[21] 1970[21]
Reactor de la Universidad Estatal de Washington Estados Unidos Pullman (Washington) Universidad Estatal de Washington 1 MW[22]
CROCUS Suiza Lausana Escuela Politécnica Federal de Lausana
Reactor Maria Polonia Świerk-Otwock Centro Nacional de Investigación Nuclear 30 MW 1974
TRIGA Mark I Estados Unidos Irvine (California) Universidad de California en Irvine
Reactor de formación e investigación TRIGA Mark-II de la ITU Turquía Estambul Universidad Politécnica de Estambul
ETRR-1 Egipto Inshas Centro de Investigación Nuclear 2 MW 1961
ETRR-2 Egipto Inshas Centro de Investigación Nuclear 22 MW 1997
Reactor de Investigación-1 de Ghana[23] Ghana Acra Instituto Nacional de Investigación Nuclear de la Comisión de Energía Atómica de Ghana 30 kW

Reactores de investigación fuera de servicio:

Nombre del reactor País Ciudad Institución Nivel de potencia Fecha de puesta en servicio Fecha de cancelación Desclasificado
ASTRA Austria Seibersdorf Instituto Austriaco de Tecnología 10 MW 1960 1999
CONSORT Reino Unido Ascot Imperial College London 100 kW
Reactor JASON Reino Unido Greenwich Real Colegio Naval 10 kW 1962 1996
MOATA Australia Lucas Heights Comisión Australiana de la Energía Atómica 100 kW 1961 1995
Reactor australiano de alto flujo Australia Lucas Heights Comisión Australiana de la Energía Atómica 1958 2007
HTGR (Pin-in-Block Design) Reino Unido Winfrith, Dorset Organismo Internacional de la Energía Atómica 20MWt 1964 1976 Julio de 2005[24]
DIDO Reino Unido Harwell Establecimiento de investigación de energía atómica 1990
Nuclear Power Demonstrator Canadá Deep River (Ontario) Planta de Rolphton de la compañía Atomic Energy of Canada Limited (AECL) 20 MW 1961 1987
NRX Canadá Deep River (Ontario) Laboratorios de Chalk River de la compañía Atomic Energy of Canada Limited 1952 1992
Reactor PLUTO Reino Unido Harwell Establecimiento de Investigación de la Energía Atómica 26 MW 1957 1990
Reactor PTR Canadá Deep River (Ontario) Laboratorios de Chalk River de la compañía Atomic Energy of Canada Limited 10 kW 1957 1990
Reactor WR-1 Canadá Pinawa (Manitoba) Laboratorios Whiteshell de la compañía Atomic Energy of Canada Limited 60 MW 1965 1985
Reactor ZEEP Canadá Deep River (Ontario) Laboratorios de Chalk River de la compañía Atomic Energy of Canada Limited 1945 1973
More Hall Annex Estados Unidos Seattle Universidad de Washington 100 kW 1961 1988
Reactor Ewa Polonia Świerk-Otwock Instituto de la Energía Nuclear POLATOM 10 MW 1958 1995
FiR 1 Finlandia Espoo Universidad Politécnica de Helsinki,
posteriormente Centro de Investigación Técnica VTT de Finlandia		 250 kW[25] 1962[25] 2015[26]
RV-1 Venezuela Caracas Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas 3 MW 1960 1994

Referencias

  1. ↑ Alrwashdeh, Mohammad, and Saeed A. Alameri. "Reactor Monte Carlo (RMC) model validation and verification in compare with MCNP for plate-type reactor." AIP Advances 9, no. 7 (2019): 075112. https://doi.org/10.1063/1.5115807
  2. ↑ «CRP on Conversion of Miniature Neutron Source Research Reactors (MNSR) to Low Enriched Uranium (LEU)». Nuclear Fuel Cycle & Waste Technology. International Atomic Energy Agency. 13 de enero de 2014. Archivado desde el original el 12 de junio de 2018. Consultado el 25 de octubre de 2015.
  3. ↑ «Reduced Enrichment for Research and Test Reactors». National Nuclear Security Administration. Archivado desde el original el 29 de octubre de 2004.
  4. ↑ «U.S. Foreign Research Reactor Spent Nuclear Fuel Acceptance». National Nuclear Security Administration. Archivado desde el original el 22 de septiembre de 2006.
  5. ↑ Cho, Adrian (28 de enero de 2016). «Ridding research reactors of highly enriched uranium to take decades longer than projected». Science. Consultado el 13 de abril de 2020.
  6. ↑ «IAEA highlights work to convert research reactors». World Nuclear News. 24 de febrero de 2020. Consultado el 13 de abril de 2020.
  7. 1 2 3 «Budapest Research Reactor | Budapest Neutron Centre ...for research, science and innovation!». www.bnc.hu (en inglés). Consultado el 15 de febrero de 2018.
  8. ↑ «Institute for Nuclear Technology». reak.bme.hu (en inglés). Consultado el 11 de septiembre de 2019.
  9. ↑ «Nuclear Reactors». pd.chem.ucl.ac.uk. Consultado el 15 de febrero de 2018.
  10. 1 2 «RA-6 de Argentina». Archivado desde el original el 16 de febrero de 2018. Consultado el 15 de febrero de 2018.
  11. ↑ «Research reactors - Canadian Nuclear Association». Canadian Nuclear Association (en inglés estadounidense). Archivado desde el original el 16 de febrero de 2018. Consultado el 15 de febrero de 2018.
  12. ↑ «High Flux Reactor - European Commission». ec.europa.eu (en inglés). 13 de febrero de 2013. Archivado desde el original el 16 de febrero de 2018. Consultado el 15 de febrero de 2018.
  13. ↑ Mainz, Johannes Gutenberg-Universität. «Reactor». www.kernchemie.uni-mainz.de (en alemán). Archivado desde el original el 16 de febrero de 2018. Consultado el 15 de febrero de 2018.
  14. 1 2 «ATI : Reactor». ati.tuwien.ac.at (en inglés). Consultado el 15 de febrero de 2018.
  15. 1 2 3 «The reactor | National Research Nuclear University MEPhI». eng.mephi.ru (en inglés). Consultado el 15 de febrero de 2018.
  16. 1 2 «SAFARI-1». www.necsa.co.za (en inglés estadounidense). Archivado desde el original el 31 de enero de 2018. Consultado el 15 de febrero de 2018.
  17. 1 2 «High-Flux Advanced Neutron Application Reactor (HANARO) | Facilities | NTI». www.nti.org. Consultado el 15 de febrero de 2018.
  18. 1 2 «Research Reactor LVR-15 | Centrum výzkumu Řež». cvrez.cz (en inglés estadounidense). Archivado desde el original el 16 de febrero de 2018. Consultado el 15 de febrero de 2018.
  19. 1 2 «History - Nuclear Reactor Program». Nuclear Reactor Program (en inglés estadounidense). Consultado el 17 de julio de 2018.
  20. ↑ «ATR Factsheet». Idaho National Laboratory. Archivado desde el original el 3 de julio de 2008. Consultado el 28 de febrero de 2008.
  21. 1 2 «Maryland University Training Reactor (MUTR) | 250 kW TRIGA Reactor | University of Maryland Radiation Facilities». radiation.umd.edu/. Consultado el 11 de junio de 2018.
  22. ↑ «Nuclear Science Center Washington State University». nsc.wsu.edu (en inglés). Consultado el 6 de agosto de 2019.
  23. ↑ «Research Reactor Database - GHARR-1». International Atomic Energy Agency. Consultado el 15 de febrero de 2018.
  24. ↑ «Winfrith's DRAGON loses its fire». www.nda.gov.uk. Archivado desde el original el 6 de octubre de 2012. Consultado el 12 de enero de 2022.
  25. 1 2 Karlsen, Wade; Vilkamo, Olli (14 de diciembre de 2016). «Finland's old nuclear research reactor to be decommissioned – New Centre for Nuclear Safety under construction». VTT Impulse. Consultado el 22 de febrero de 2018.
  26. ↑ «Research Reactor Database». International Atomic Energy Agency. Consultado el 22 de febrero de 2018.

Bibliografía

Enlaces externos

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