Cómo funciona un reactor BWR

La vasija de un BWR es más grande que la de un PWR de la misma potencia, unos 6 metros de diámetro y 22 de alto, porque además del núcleo aloja los separadores y secadores de vapor. El núcleo tiene entre 500 y 800 elementos combustibles, cada uno un haz de 8×8 a 10×10 varillas dentro de una caja de Zircaloy que canaliza el flujo, con uranio enriquecido al 2 a 4 %.

El agua entra por la parte alta del espacio anular, baja por las bombas jet, atraviesa el núcleo de abajo hacia arriba y sale hirviendo. Dos lazos de recirculación externos, con una bomba cada uno, impulsan las bombas jet: así se regula el caudal y con él la potencia, sin mover una sola barra.

Es la diferencia esencial con el PWR: el agua hierve dentro del reactor. A unos 70 bar hierve a 285 °C, menos de la mitad de la presión del primario de un PWR, lo que permite una vasija de paredes más finas. A la salida del núcleo cerca del 13 % de la masa es vapor; el resto sigue siendo agua líquida.

Las burbujas moderan peor que el agua, así que cuanto más vapor hay, menos neutrones se frenan y la potencia baja. Ese coeficiente de vacío negativo estabiliza el reactor por sí solo, y es lo que hace del caudal de recirculación un mando de potencia: más caudal, menos vapor, más potencia.

La mezcla de agua y vapor sube por los tubos verticales de los separadores, donde unas paletas la hacen girar: el agua, más densa, se pega a la pared y cae de vuelta al espacio anular; el vapor sigue subiendo por el centro. Es un ciclón sin partes móviles.

Encima, los secadores son paneles de chapa en zigzag que retienen las últimas gotas. El vapor sale de la vasija con menos de 0,1 % de humedad, por cuatro tuberías de gran diámetro, directamente hacia la sala de turbinas. No hay generador de vapor ni presurizador: un solo circuito.

Ese vapor pasó por el núcleo, y trae consigo nitrógeno-16, un isótopo que se forma cuando los neutrones golpean el oxígeno del agua. Emite rayos gamma muy energéticos, pero su vida media es de 7 segundos: al detener el reactor, desaparece en un minuto.

Por eso en un BWR la sala de turbinas es zona controlada: en operación no se puede entrar sin blindaje ni permanecer cerca de las tuberías, y el vapor va aislado por válvulas de cierre rápido. A cambio el ciclo es más simple, con menos componentes y menos pérdidas, y la turbina es igual a la de cualquier central: alta presión, baja presión y generador.

El vapor agotado se condensa bajo la turbina a unos 0,05 bar sobre tubos por los que circula agua de río o de mar. El condensado se filtra y desmineraliza, se precalienta a unos 215 °C con vapor sangrado de la turbina y las bombas de alimentación lo devuelven a la vasija.

Entra por una corona de toberas por encima del núcleo y se mezcla con el agua que cae de los separadores. Como es el mismo circuito, el agua de alimentación también debe mantenerse muy pura: cualquier impureza se activa al pasar por el núcleo.

Como la parte alta de la vasija está ocupada por separadores, secadores y tuberías de vapor, las barras de control entran desde abajo, empujadas por accionamientos hidráulicos. Son cruciformes, de carburo de boro, y se deslizan entre las cajas de cuatro elementos combustibles. En una parada de emergencia, el agua a presión las inserta en menos de 4 segundos; no caen por gravedad.

La contención primaria es compacta: un pozo seco de acero que envuelve la vasija, en forma de bombilla en los Mark I, conectado por tubos de venteo a un anillo con miles de toneladas de agua, la piscina de supresión. Si una tubería rompe, el vapor se descarga en esa agua y se condensa, lo que limita la presión. Todo queda dentro del edificio del reactor, la contención secundaria. En Fukushima Daiichi, seis BWR de GE, la pérdida total de refrigeración tras el tsunami de 2011 fundió tres núcleos; los diseños posteriores, como el ABWR y el ESBWR, añaden refrigeración pasiva y venteo filtrado.