Una cubierta de núcleo es un cilindro de acero inoxidable que rodea el núcleo de un reactor nuclear cuya función principal es dirigir el flujo de agua de refrigeración. [1] El núcleo del reactor nuclear es donde tienen lugar las reacciones nucleares . Debido a que las reacciones son exotérmicas , se necesita agua fría para evitar que el núcleo del reactor se derrita. La cubierta del núcleo ayuda a dirigir esta agua fría hacia el núcleo del reactor, lo que proporciona estabilidad a las reacciones nucleares.
La cubierta del núcleo está compuesta por múltiples escudos térmicos cilíndricos apilados uno sobre el otro. Entre cada escudo térmico hay una placa cilíndrica horizontal de acero inoxidable que ayuda a mantener los escudos térmicos en su lugar. Luego, las placas se sueldan entre sí con los escudos térmicos para crear una estructura sólida. Luego, se utilizan pernos de sujeción verticales para reforzar cada placa horizontal con sus escudos térmicos adyacentes, estabilizando la cubierta cilíndrica del núcleo. Los escudos térmicos son necesarios porque la cubierta del núcleo se encuentra cerca del núcleo del reactor nuclear, donde el calor está presente constantemente. Los escudos térmicos evitan que el calor dañe la cubierta del núcleo al absorber o reflejar el calor.
Las paredes del núcleo de cubierta son relativamente delgadas, con un espesor que varía entre tres y cinco centímetros. [2] Esto se debe a que el núcleo de cubierta no está construido para soportar grandes cantidades de presión durante largos períodos de tiempo, por lo que paredes más gruesas serían innecesarias para la función del núcleo de cubierta.
La función principal de la cubierta del núcleo es dirigir la corriente de flujo de agua dentro del recipiente de presión del reactor. [2] Se bombea agua fría al recipiente de presión del reactor desde una fuente de agua externa. [3] El agua fría fluye hacia abajo entre la pared del recipiente de presión del reactor y la pared exterior de la cubierta del núcleo donde se encuentra con los conjuntos de combustible . Es aquí donde el agua fría se calienta, y el agua calentada fluye de regreso hacia arriba por el espacio entre la pared del recipiente de presión del reactor y la pared exterior de la cubierta del núcleo. Esto crea vapor, ya que el agua se calienta, que luego se utiliza para impulsar la turbina de vapor , que alimenta el generador y crea electricidad. Al dirigir el agua fría hacia el recipiente de presión del reactor y permitir que el agua calentada suba y se evapore, la cubierta del núcleo habrá enfriado con éxito las reacciones nucleares.
Para que el núcleo del reactor se mantenga frío, a veces se necesita agua en mayor cantidad, lo que produce un efecto similar al de una inundación en el propio recipiente del reactor. [2] La cubierta del núcleo debe poder mantener su resistencia cuando el recipiente se inunda para que el núcleo del reactor no se funda. La cubierta del núcleo debe construirse para soportar la presión del agua adicional porque, si colapsara, los conjuntos de combustible no podrían enfriarse adecuadamente.
En 1990, se descubrió la corrosión bajo tensión (SCC) en las cubiertas del núcleo, lo que generó una mayor conciencia sobre el mantenimiento de las mismas. [1] Las inspecciones rutinarias de las cubiertas del núcleo se volvieron obligatorias en la mayoría de las plantas de energía nuclear en todo el mundo porque si una cubierta del núcleo colapsara, podría ocurrir una fusión nuclear . [4]
Las cubiertas del núcleo se agrietan porque el calor de las reacciones nucleares combinado con el flujo constante de agua acaba desgastando las placas de acero. [5] Un método utilizado para solucionar este problema es reforzar las placas de la cubierta del núcleo. [2] Esto se hace utilizando un perno de anclaje , que se utiliza para fijar placas de acero adicionales a la superficie de la cubierta del núcleo, reforzando así la estructura. Este es el método más común utilizado para reparar grietas en la cubierta del núcleo, ya que es fácil y relativamente seguro. El reemplazo de la cubierta del núcleo también es una opción, pero no se recomienda porque las placas agrietadas deben retirarse manualmente, lo que deja a los trabajadores expuestos a la radiación.
En el desastre nuclear de Fukushima Daiichi , se descubrieron grietas en las cubiertas del núcleo. [5] Sin embargo, en este caso específico, el agrietamiento de la cubierta del núcleo no fue la causa del desastre nuclear. Varios otros factores, como el terremoto, el tsunami y las fallas de los equipos, causaron el mayor daño a la planta de energía nuclear. Se ha especulado que si una cubierta del núcleo colapsara debido al agrietamiento, podría resultar en una fusión nuclear catastrófica. [4]