El reactor CANDU , diseñado en Canadá en las décadas de 1950 y 1960, es un reactor nuclear en uranio natural (no enriquecido) en agua pesada presurizada ( PHWR ) desarrollado por Atomic Energy of Canada Limited . El acrónimo "CANDU" significa CANada Deuterium Uranium en referencia al uso de óxido de deuterio ( agua pesada ) y combustible de uranio natural.
Los reactores CANDU utilizan uranio natural como combustible. El uranio natural está compuesto por varios isótopos de uranio, los más abundantes son el uranio 238 ( 238 U) y el uranio 235 ( 235 U). Solo el isótopo 235 U es fisionable , puede mantener una reacción en cadena .
Sin embargo, la concentración de 235 U en uranio natural (0,72% en masa) no le permite mantener esta reacción en cadena por sí sola. Para operar un reactor nuclear, el principio es ralentizar los neutrones producidos por la fisión de un átomo lo suficiente como para que la probabilidad de que provoquen la fisión de otro átomo alcance un nivel que permita una reacción en cadena en la totalidad del átomo combustible . Este proceso se llama: termalización de neutrones .
La termalización se realiza mediante un moderador que puede ralentizar eficazmente los neutrones producidos por la fisión sin absorberlos demasiado. Para la concentración de 235 U de uranio natural, tres materiales cumplen estos criterios: berilio , grafito y agua pesada . En los primeros reactores nucleares de la historia se utilizó grafito, menos costoso que el agua pesada y berilio ( CP-1 , X-10 (pulg.) ).
Los CANDU son reactores de tubo de presión, es decir, el combustible y el moderador están separados. En este sentido, son comparables a los reactores de gas ( UNGG , AGR ) y los reactores RBMK .
El agua pesada "fría", que actúa como moderador, está contenida en un tanque cilíndrico llamado calandra . Esta rejilla está atravesada por canales llenos de gas ( dióxido de carbono ) que albergan tubos de presión (380 para un CANDU 600). En estos tubos de presión , que contienen cada uno de los haces de combustible (12 o 13), circula agua pesada a presión "caliente" que sirve como fluido caloportador . Así, a diferencia de los reactores de agua presurizada (PWR), que forman la mayor parte de la flota nuclear mundial, los reactores CANDU tienen dos redes de tuberías: una que transporta el refrigerante “caliente” a presión y la otra el líquido moderador “frío”. En los reactores de tipo PWR, una sola red de tuberías realiza estas dos funciones.
La presión del agua pesada en los tubos de presión se mantiene en 10 megapascales , casi 100 veces la presión atmosférica al nivel del mar, a esta presión el agua no llega a hervir aunque su temperatura alcanza los 310 ° C en contacto con el combustible. El agua pesada a presión transfiere la energía térmica adquirida al agua ligera a través de generadores de vapor cerca del reactor. Dentro de este último, el agua ligera se lleva a ebullición y el vapor se utiliza para hacer girar turbinas conectadas a alternadores que producen electricidad. Este proceso, común a todos los reactores nucleares, no está exento de pérdidas, ya que para 2.776 megavatios de calor (MWt) generados por un reactor CANDU-850, solo se producen 934 megavatios de electricidad (MWe) brutos ( producción del 30%).
Si bien todos los reactores CANDU tienen en común el agua pesada como moderador, históricamente se han probado otros refrigerantes, como agua ligera hirviendo (CANDU-BLW) en el reactor Gentilly-1 en la central nuclear de Gentilly , o aceite (CANDU-OCR) en el reactor experimental WR-1 en Whiteshell Laboratories.
El desarrollo de CANDU ha pasado por cuatro etapas principales. Los primeros reactores fueron sistemas experimentales de potencia limitada. Fueron reemplazados por una segunda generación de reactores de 600 MWe , luego una serie de 800-900 MWe . Se ha desarrollado una tercera generación, pero aún no se ha implementado.
Después de la invasión de Francia al comienzo de la Segunda Guerra Mundial , un equipo de científicos franceses que estudiaba cómo una mezcla de uranio y agua pesada podía mantener una reacción en cadena se filtró al Reino Unido con sus reservas de agua pesada. Cuando Londres se dio cuenta de que un reactor de agua pesada podía fabricar plutonio para el proyecto de la bomba atómica británica Tube Alloys , estableció el laboratorio de Montreal para reubicar a los científicos extranjeros lo más cerca posible de las materias primas necesarias para la empresa y los investigadores estadounidenses. Canadá era de hecho un productor de agua pesada y uranio, aunque estos recursos estaban entonces bajo control estadounidense. En 1943, Tube Alloys se fusionó con el Proyecto Manhattan y los estadounidenses invirtieron en el reactor de agua pesada canadiense.
En 1944 se estableció un laboratorio de investigación nuclear en Chalk River . Allí, el 5 de septiembre de 1945, entró en servicio el primer reactor fuera de los Estados Unidos. Al ZEEP, un pequeño reactor construido para probar la veracidad de los cálculos de investigadores canadienses, pronto se unieron otros reactores experimentales más potentes como el NRX en 1947 y el NRU en 1957.
A partir de esta experiencia, cuando llegó el momento de diseñar un reactor comercial canadiense, se hizo evidente el uso de agua pesada. Sobre todo porque el país no tenía una planta de enriquecimiento de uranio y la tecnología estadounidense se mantuvo en secreto, la perspectiva de utilizar uranio natural directamente era la más económica.
En la década de 1950, el desarrollo de reactores de energía nuclear llevó a varios países a probar diferentes diseños.
En 1955, Ontario Hydro (OH), Canadian General Electric (CGE) y Atomic Energy of Canada Ltd (AECL) iniciaron conjuntamente un proyecto para construir un prototipo de reactor moderado y refrigerado por agua pesada . El diseño inicial utilizó un recipiente a presión, pero Canadá no tenía forjas capaces de hacer tal pieza, los diseñadores de CANDU recurrieron al uso de tubos de presión: una tecnología bien dominada ya que se remonta a los primeros reactores militares, con el ventaja de permitir que el reactor se recargue mientras está en funcionamiento.
Este trabajo condujo en 1962 al primer reactor tipo CANDU, el Nuclear Power Demonstration (NPD), construido en Rolphton ( Ontario ), no lejos de Chalk River. Destinado a ser solo una prueba de concepto, produjo solo 22 MW de electricidad pero permaneció en funcionamiento hasta 1987. El segundo CANDU fue el reactor de Douglas Point , una versión de 200 MWe construida cerca de Kincardine (Ontario) frente al lago Huron . En servicio en 1968, se suspendió en 1984 porque su desempeño fue decepcionante.
Otro reactor experimental, Gentilly-1 , se construyó en Quebec en Bécancour en el río San Lorenzo . Conectado a la red en abril de 1971, solo produjo electricidad unos meses antes de ser el primero en cerrarse en 1977.
NPD y Douglas Point habiendo demostrado la viabilidad del concepto, la primera planta de unidades múltiples entró en servicio en 1971 en Pickering , Ontario. A diferencia de los reactores anteriores, construidos lejos de las poblaciones, el sitio de Pickering se eligió deliberadamente cerca de Toronto para reducir los costos de transporte de electricidad y porque se agregó una estructura de contención única.
CANDU 6Canadá ingresó al mercado internacional en 1972 con la construcción en India por AECL de un reactor de 200 MWe del tipo Douglas Point ( Rajasthan 1 ). Después de la construcción de la segunda unidad (Rajasthan 2), solo India continuó con su programa nuclear.
Ese mismo año, CGE suministró a Pakistán un reactor de 137 MWe basado en el NPD. Luego, CGE abandonó la construcción de reactores y AECL heredó su concepto de reactor unitario basado en los de Pickering. Este nuevo reactor, con una potencia aumentada de 100 MWe en comparación con Pickering, el CANDU 6, se exportará fuera de Ontario a Gentilly (1983) en Quebec y Point Lepreau (1983) en New Brunswick y fuera de Canadá, en Corea del Sur (1983) , Argentina (1984), Rumania (1996) y China (2002). Tras el éxito de CANDU 6, AECL desarrollará el CANDU 3 pequeño (450 MWe ) y el CANDU 9 grande (900 MWe ), pero estos dos diseños serán abandonados por falta de clientes.
Clase 900 MWeA Pickering A le siguió rápidamente la central eléctrica de Bruce, construida entre 1971 y 1987. Con ocho reactores de aproximadamente 800 MWe cada uno, es la instalación nuclear más poderosa del mundo antes de ser destronada en 1997 por la central eléctrica japonesa de Kashiwazari-Kariwa. . . Otra expansión de escala creó la central eléctrica de Darlington en 1990, similar a Bruce pero generando 880 MWe por reactor. Como en el caso de Pickering, el diseño de Bruce generó una versión reempaquetada, la CANDU 9.
Atomic Energy of Canada Limited desarrolló por primera vez un diseño de 700 MWe basado en CANDU 6 y CANDU 9 llamado Advanced CANDU Reactor (ACR). El anuncio del renacimiento nuclear en la década de 2000 reavivó la tendencia de aumentar la potencia y el ACR-700 se convirtió en el ACR-1000 de 1.200 MWe .
El ACR-1000 abandonó el uranio natural como combustible en favor del uranio ligeramente enriquecido (1-2% 235 U). Esta elección permitiría un coeficiente de vacío negativo y el uso de agua ligera como refrigerante, reduciendo los costos. Para el mismo propósito, se reduciría el volumen de la calandria y, en consecuencia, se reduciría la producción de tritio. Aún con el objetivo de reducir costes, este ligero enriquecimiento aumentaría la velocidad de combustión, reduciendo la frecuencia de recarga y por tanto la cantidad de residuos producidos. Estas características sirvieron de base para un diseño, desde abandonado, destinado a ser aún más innovador mediante el uso de agua supercrítica como refrigerante: el CANDU-X.
Considéré en Alberta, au Nouveau-Brunswick, au Royaume-Uni et en Ontario, aucun ACR-1000 n'a été construit et son développement fut arrêté après la vente de la division réacteur d'EACL à Candu Energy (filiale de SNC-Lavalin ) en 2011.
CANDU 6 mejoradoBasado en las innovaciones introducidas con el CANDU 9 y en la experiencia obtenida con la construcción del último CANDU 6 ( Qinshan ), el CANDU 6 mejorado (EC6) aumenta la seguridad y lleva la vida del reactor a 60 años y su factor de carga más del 90%. No se ha construido ninguno hasta la fecha, pero Candu Energy continúa desarrollando el reactor.
Reactor avanzado de combustible CANDU (AFCR)En lugar de competir con los reactores de agua ligera a presión o en ebullición (REL) , el reactor de ciclo de combustible avanzado (AFCR) CANDU se posiciona como un complemento a estos sectores. El AFRC es un EC6 optimizado para el uso de combustible REL reciclado (0,95% 235 U). En 2016, la Compañía Nacional Nuclear de China y Shanghai Electric firmaron acuerdos con Candu Energy para desarrollar y construir este nuevo reactor.
AECL está estudiando un reactor CANDU de cuarta generación : el CANDU-SCWR. Este nuevo diseño conceptual todavía utiliza tubos de presión y agua pesada como moderador pero, como el CANDU-X, agua ligera supercrítica como refrigerante. Presurizada a 25 MPa , frente a 10,5 MPa en un CANDU-6, el agua ligera se lleva a 625 ° C en contacto con el combustible, lo que aumentaría la eficiencia termodinámica a más del 40%, frente al 30% actual.
El Grupo de Propietarios de CANDU está formado por países que actualmente poseen tales reactores.
Todos los reactores de energía nuclear civiles construidos en Canadá (25 en total) son del tipo CANDU. 22 de estos reactores están ubicados en Ontario (cuatro fuera de servicio y 18 en las centrales nucleares de Pickering , Bruce y Darlington ), dos en Quebec (en la central nuclear de Gentilly , fuera de servicio) y uno en New Brunswick (en la central nuclear de Point Lepreau ).
| País | Central | Número
de reactores |
Tipo |
1 re configuración
en servicio |
Comentarios |
|---|---|---|---|---|---|
| India | Rajasthan | 2 | Punto de Douglas | 1972 | 16 derivados CANDU en servicio y 4 en construcción. |
| Pakistán | Karachi | 1 | NPD | 1972 | Reactor KANUPP-I. |
| Corea del Sur | Wolsong | 4 | CANDU-6 | 1983 | |
| Argentina | Empotrar | 1 | 1984 | Un reactor adicional en estudio. | |
| Rumania | Cernavoda | 4 | 1996 | Dos reactores en servicio, dos sin terminar. | |
| porcelana | Qinshan | 2 | 2002 |
Muchas de estas transacciones tuvieron lugar en ese momento con regímenes dictatoriales o países con una democracia vacilante. La construcción de la central argentina de Embalse, por ejemplo, comienza durante el tercer mandato del general Juan Perón en 1974, continúa durante los años oscuros de la dictadura militar argentina , y finaliza en 1984 cuando Raúl Alfonsín viene de ser elegido democráticamente. Además, se sospecha que India y Pakistán han adquirido el combustible necesario para armas atómicas gracias a los reactores CANDU.