Un accidente por pérdida de control de presión (LOPA, por sus siglas en inglés) es un modo de falla de un reactor nuclear que implica que la presión del refrigerante confinado caiga por debajo de la especificación. [1] La mayoría de los tipos comerciales de reactores nucleares utilizan un recipiente de presión para mantener la presión en la planta del reactor. Esto es necesario en un reactor de agua presurizada para evitar la ebullición en el núcleo, lo que podría provocar una fusión nuclear . Esto también es necesario en otros tipos de plantas de reactores para evitar que los moderadores tengan propiedades incontroladas.
En un reactor de agua presurizada, se controla la presión para garantizar que el núcleo no alcance su punto de ebullición , en el que el agua se convertiría en vapor y disminuiría rápidamente el calor que se transfiere del combustible al moderador. Mediante una combinación de calentadores y válvulas de pulverización, se controla la presión en el recipiente presurizador , que está conectado a la planta del reactor. Debido a que el recipiente presurizador y la planta del reactor están conectados, la presión del espacio de vapor presuriza toda la planta del reactor para garantizar que la presión sea superior a la que permitiría la ebullición en el núcleo del reactor. El recipiente presurizador en sí puede mantenerse mucho más caliente que el resto de la planta del reactor para garantizar el control de la presión, porque en el líquido que se encuentra en toda la planta del reactor, la presión aplicada en cualquier punto tiene un efecto en todo el sistema, mientras que la transferencia de calor está limitada por las pérdidas ambientales y de otro tipo.
Muchos fallos en una planta de reactor o sus auxiliares de apoyo podrían causar una pérdida de control de presión, incluyendo: [2]
Cuando se pierde el control de la presión en una planta de reactor, dependiendo del nivel de calor generado por la planta del reactor, el calor eliminado por el vapor u otros sistemas auxiliares, la presión inicial y la temperatura normal de operación de la planta, podrían pasar minutos o incluso horas hasta que los operadores vean tendencias significativas en el comportamiento del núcleo.
Sea cual sea el nivel de potencia con el que esté funcionando actualmente el reactor, en el refrigerante hay una determinada cantidad de entalpía . Esta entalpía es proporcional a la temperatura, por lo tanto, cuanto más caliente esté la planta, mayor será la presión que se debe mantener para evitar la ebullición. Cuando la presión cae hasta el punto de saturación, se producirá un secado en los canales de refrigerante.
A medida que el reactor calienta el agua que fluye a través de los canales de refrigerante, se produce una ebullición nucleada subenfriada, en la que parte del agua se convierte en pequeñas burbujas de vapor en el revestimiento de las barras de combustible. Luego, el flujo de agua las extrae del revestimiento del combustible y las lleva al canal de refrigerante. Normalmente, estas burbujas colapsan en el canal y transfieren entalpía al refrigerante circundante. Cuando la presión está por debajo de la presión de saturación para la temperatura dada, las burbujas no colapsan. A medida que se acumulan más burbujas en el canal y se combinan, el espacio de vapor dentro del canal se hace cada vez más grande hasta que el vapor cubre las paredes de la celda de combustible. Una vez que las paredes de la celda de combustible están cubiertas de vapor, la tasa de transferencia de calor disminuye significativamente. El calor no se transfiere fuera de las barras de combustible tan rápido como se genera, lo que puede causar una fusión nuclear . Debido a este potencial, todas las plantas de energía nuclear tienen sistemas de protección del reactor que apagan automáticamente el reactor si la presión en el circuito primario cae por debajo de un nivel seguro, o si el margen de subenfriamiento cae por debajo de un nivel seguro. Una vez que se apaga el reactor, la velocidad a la que se genera calor residual en las barras de combustible es similar a la de una tetera eléctrica, y las barras de combustible se pueden enfriar de forma segura simplemente sumergiéndolas en agua a presión atmosférica normal.