Circuito primario en reactores PWR

Diagram of three-circuit water-steam reactor
Los reactores de agua a presión (PWR) se diseñan habitualmente con un tercer circuito de agua, además de los dos que se encuentran en otras centrales de energía térmica (p. ej., reactores de agua en ebullición (BWRs, por sus siglas en inglés) o centrales eléctricas alimentadas con carbón y geotérmicas). En el denominado "circuito primario", el agua absorbe el calor generado por la fisión nuclear y lo transmite al circuito secundario. Este circuito adicional garantiza que los materiales radioactivos permanezcan contenidos en su interior y no se dispersen al circuito secundario (y con ello potencialmente al medio ambiente).

Este circuito de agua adicional exige algunos requisitos específicos en relación con el análisis químico y la monitorización.


Determinación del ácido bórico...

El agua en el circuito primario del PWR contiene ácido bórico disuelto. La finalidad del ácido bórico y del isótopo 10B en particular es actuar como moderadores: el ácido bórico captura los neutrones de la fisión, que mantienen la reacción nuclear en cadena y son responsables de la reactividad del reactor. Debido a la importancia que tiene su concentración, la determinación del ácido bórico en el circuito primario es extremadamente importante para la seguridad y eficiencia del reactor.

...en el laboratorio

Curva de valoración de ácido bórico, con y sin manitol
Con una acidez constante de Ka1 5.75·10-10, el ácido bórico es un ácido débil difícil de valorar. Para conseguir una fácil valoración, es necesario añadir polialcoholes como el manitol al ácido bórico, lo que provoca la formación de complejos con una mayor resistencia a la acidez. Estos complejos actúan como un ácido monovalente que puede valorarse con una solución NaOH.

Para valorar manualmente el ácido bórico, la complejación citada conlleva una gran cantidad de trabajo y requiere el pipeteo exacto de la muestra, además de agua destilada y solución de manitol para producir resultados precisos. De ahí que la valoración automatizada sea sin duda la mejor opción.

Metrohm ofrece un sistema totalmente automatizado para el análisis del ácido bórico. 

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...y en el proceso

Analizador de procesos online para valoración, valoración Karl Fischer, colorimetría, etc.

Los elementos combustibles no se pueden cambiar durante el funcionamiento en PWR. Esto hace que sea necesario disponer de una reserva de combustible en el inicio del ciclo de funcionamiento. El exceso de actividad en el reactor asociado a esta reserva de combustible se controla mediante el ajuste de la concentración de ácido bórico en el reactor. A medida que se queman los combustibles, la concentración de ácido bórico tiene que reducirse para mantener en funcionamiento al reactor. El ajuste de la concentración adecuada de ácido bórico en el circuito primario es por ello esencial para el funcionamiento seguro y eficiente de un PWR.

Esto se puede conseguir mediante la monitorización rigurosa de la concentración de ácido bórico. Los sistemas Metrohm Process Analytics 2026 Titrolyzer y ADI 2045TI Analyzers le ofrecen la posibilidad de determinar la concentración de ácido bórico de forma cuasi continua mediante valoración potenciométrica.
 

> Conozca más acerca del sistema 2026 Titrolyzer de Metrohm Process Analytics

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Determinación del litio

Cromatograma de litio determinado con cromatografía iónica

El ácido bórico que se añade al circuito primario del PWR rebaja el valor de pH e incrementa con ello el potencial de corrosión. Para contrarrestar este efecto, se añade un agente alcalinizante (en la mayoría de los casos hidróxido de litio monoisotópico (7Li)) al circuito primario. La concentración de litio debe ser, por ello, también monitorizada. Esta determinación se puede realizar con cromatografía iónica en conjunción con la técnica de inyección inteligente Partial Loop de Metrohm (MiPT). 

> Conozca más acerca de la determinación del litio con cromatografía iónica

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Determinación de cationes metálicos en el circuito primario

Cromatograma de níquel, zinc, calcio y magnesio determinados con cromatografía iónica
Algunos cationes metálicos tienen que ser monitorizados también en el circuito primario de un PWR. El níquel es un importante metal de aleación que aumenta la resistencia del acero a la corrosión. Sin embargo, en su forma iónica disuelta, el níquel provoca corrosión, lo que hace necesario controlar periódicamente su concentración.

El cinc empobrecido se añade con frecuencia para reducir la radioactividad en la superficie de los componentes y la corrosión de las superficies de metal. Este catión, además, tiene que monitorizarse periódicamente.

Estos cationes se pueden determinar en un rango inferior a sub-µg/L mediante cromatografía iónica. Debido a la presencia de ácido bórico e hidróxido de litio, la determinación de estos cationes requiere preconcentración y eliminación de la matriz inline combinadas.

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La norma ASTM D 4378 especifica que los índices de acidez y de basicidad se deben determinar mediante valoración potenciométrica, y el contenido de agua mediante valoración Karl Fischer.

Valoración Metrohm Valoración Karl Fischer
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