Introducción
El zirconio es un metal refractario disponible comercialmente con excelente resistencia a la corrosión , buenas propiedades mecánicas , muy bajo flujo de neutrones en su sección transversal y puede ser manufacturado usando técnicas estándar de fabricación . Los reactores de potencia nuclear comerciales ( Figura 1 ) en un inicio fueron de acero inoxidable para cubrir el combustible de dióxido de uranio , pero a mediados de 1960 las aleaciones de zirconio fueron el principal material de recubrimiento debido a la superior economía de neutrones y su resistencia a la corrosión ( Chang , 2003 ).
Las centrales nucleares son áreas de alto riesgo y por lo tanto se hace necesario reforzar los aspectos de seguridad . Estas centrales tienden a tener una vida útil limitada , siendo también importante por este motivo diseñarlas con materiales adecuados que incrementen el tiempo de servicio . Ello conlleva a recomendar aleaciones metálicas de las que conozcamos su comportamiento y la influencia del medio como la corrosión y la radiación sobre las mismas .
Puesto que la economía de neutrones es uno de los rasgos que más limitan el diseño del núcleo de los reactores nucleares , la lista de materiales aplicables fue rápidamente reducida a Mg , Al , Be y Zr o sus aleaciones ( Bartolino , 2001 ).
Las plantas nucleares están conformadas por distintos tipos de reactores nucleares . Debido a ello se ha optado por utilizar las aleaciones de Circonio ( Zr ), las que constituyen el material estructural más adecuado . Según el diseño del reactor existirán tubos guías , tubos de presión , tubos de calandria , separadores , vainas de elementos combustibles , etc ., fabricados con estos materiales ( Bartolino , 2001 ).
porque tienden a “ matar ” la reacción , absorbiendo neutrones ).
Barras de control
Los haces de barras de control proporcionan un medio rápido para el control de la reacción nuclear ( Figura 2 ), permitiendo efectuar cambios rápidos de potencia del reactor y su parada eventual en caso de emergencia . Están fabricadas con materiales absorbentes de neutrones ( carburo de boro o aleaciones de plata , indio y cadmio , entre otros ) y suelen tener las mismas dimensiones que los elementos de combustible . La reactividad del núcleo aumenta o disminuye subiendo o bajando las barras de control , es decir , modificando la presencia de material absorbente de neutrones contenido en ellas en el núcleo .
En funcionamiento normal , un reactor nuclear tiene las barras de control total o parcialmente extraídas del núcleo , pero el diseño de las centrales nucleares es tal que ante un fallo en su sistema de seguridad o de control del reactor , siempre actúa en el sentido de seguridad de reactor introduciéndose totalmente todas las barras de control en el núcleo y llevando el reactor a parada segura en pocos segundos .
Con respecto al medio ambiente en donde se van a ubicar los componentes , metalúrgicamente los elementos estructurales ubicados en el núcleo de un reactor nuclear refrigerado por agua se encuentran , en general , sometidos a tensiones mecánicas triaxiales , a diversos tipos de radiaciones ( rayos gamma , neutrones rápidos y térmicos ) y al ataque químico del refrigerante utilizado . En el caso de las vainas de combustible utilizadas para la contención de las pastillas del elemento combustible la superficie se encuentra en contacto con los productos de fisión altamente reactivos resultantes del “ quemado ” de las pastillas de UO 2 utilizadas . Para aumentar la tasa de quemado del combustible se tienden a prolongar los tiempos de estadía de los mismos en el reactor , generándose envejecimiento . Esto trae aparejado una disminución adicional de la respuesta mecánica de los elementos estructurales por el daño que les ocasionan la radiación , la oxidación y la incorporación de hidrógeno ( Whitmarsh , 1962 ).
Figura 1 . Reactor nuclear .
Si todos los neutrones emitidos en las fisiones produjeran nuevas fisiones , es evidente que la reacción iría creciendo en forma descontrolada . A manera de ilustración , esto es lo que ocurre en la bomba atómica , en la cual la reacción no se controla y en unos instantes se libera una cantidad increíble de energía . Este incremento es muy rápido y produce una explosión extraordinariamente violenta y energética , característica de tales artefactos . Afortunadamente , es posible controlar la reacción , haciendo que en promedio , sólo uno de los neutrones emitidos en cada fisión produzca otra fisión , y esto a su vez , se logra dejando que cierta cantidad de neutrones se escapen del sistema y que otros sean absorbidos por núcleos que no se fisionan ( a estos núcleos se les llama venenos
Figura 2 . Las barras de control capturan los neutrones libres
La absorción de Hidrogeno llega a tener algún efecto sobre la resistencia al impacto , ductilidad y en menor grado sobre la resistencia a la tensión .
Revista Científica 129