Instalaciones del reactor TRIGA Mark III

Instalaciones del reactor TRIGA Mark III
El reactor TRIGA instalado en el Centro Nuclear 'Dr. Nabor Carrillo Flores” del
¿Qué significa TRIGA Mark III?
Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares (ININ), es el único reactor nuclear
“Las tres primeras letras de TRIGA
de investigación que hay en México. Es una herramienta que permite realizar
subrayan 3 de las finalidades del
investigación en el campo nuclear, entrenar personal, así como producir isótopos
Centro Nuclear: La T, que es inicial
radiactivos que se utilizan en la investigación, la industria y la medicina nuclear.
en inglés de la palabra training, se
refiere al adiestramiento de
El TRIGA Mark III es un reactor de investigación tipo piscina con núcleo movible
personal; la R, inicial de la palabra
enfriado y moderado con agua ligera. La potencia máxima nominal del reactor es
inglesa research, significa
de 1 mega watt térmico en operación a nivel estable y puede ser pulsado a una
investigación científica, y la i,
potencia máxima de 2,000 mega watts por aproximadamente 10 milisegundos. En
hace alusión a la palabra
el núcleo del reactor se alcanzan flujos de 3 x 1013 n/cm2s (neutrones porcentímetro
“isótopos” y se refiere a la
fabricación de estos elementos.
11
O y la A son las iniciales de
una mezcla de hidruro de circonio con uranio. Esto significa que se trata de un
construye este tipo de reactores.
El
Mark
III
del
nombre
corresponde al tercer modelo de
los que ha desarrollado la General
Atomics”.
Carlos Graef Fernández,
primer director general del
Centro Nuclear de México
reactor muy seguro, pues el combustible mismo del reactor contiene el extinguidor,
que detiene de golpe la reacción cuando la temperatura del combustible nuclear
sobrepasa los 350 grados centígrados.
7
17
5
1
2
4
3
que sirve de blindaje, lo que no representa peligro alguno para el observador, aun
9
19
23
8
8
cuando el reactor opere a potencia máxima.
18
15
6
11
20
21
16
Una ventaja más es que el núcleo puede ser visto directamente a través del agua
10
10
El TRIGA Mark III del ININ cuenta con la Licencia de Operación de Instalaciones
Nucleares, CNM-001, expedida por la Secretaría de Energía y cuenta con un
Certificado ISO 9001:2000.
Las principales componentes del reactor son:
1. Acceso a columna térmica (CT).
2. Puerta de columna térmica.
3. Hohlraum (espacio vacío en CT).
4. Columna térmica horizontal.
5. Columna térmica vertical.
6. Tapón de columna térmica vertical.
7. Acceso a columna térmica vertical.
8. Tubos radiales al núcleo del reactor.
9. Tubo lateral de acceso a CT horizontal.
10. Tubos tangenciales al núcleo del reactor.
22
11
14
cuadrado, por segundo) en estado estable y de 4.5 x 10 n/cm s, durante el pulso.
Una de las principales ventajas del TRIGA Mark III es su combustible, compuesto de
13
22
2
Las dos últimas letras de TRIGA, la
General Atomics, la casa que
12
instituto nacional de investigaciones nucleares
11. Blindaje de concreto.
12. Puente móvil.
13. Mecanismos de manejo de barras.
14. Tanque del reactor (aluminio).
15. Sistema neumático de transferencia de muestras.
16. Sistema rotatorio de irradiación de muestras.
17. Núcleo del reactor.
18. Cuarto de exposición.
19. Puerta del cuarto de exposición.
20. Tubos de acceso al cuarto de exposición.
21. Concreto boratado del cuarto de exposición.
22. Placa móvil para acceso a CT vertical.
23. Sistemas para apertura de puertas.
Contacto Nuclear
23
Instalaciones del reactor TRIGA Mark III
El reactor TRIGA instalado en el Centro Nuclear 'Dr. Nabor Carrillo Flores” del
¿Qué significa TRIGA Mark III?
Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares (ININ), es el único reactor nuclear
“Las tres primeras letras de TRIGA
de investigación que hay en México. Es una herramienta que permite realizar
subrayan 3 de las finalidades del
investigación en el campo nuclear, entrenar personal, así como producir isótopos
Centro Nuclear: La T, que es inicial
radiactivos que se utilizan en la investigación, la industria y la medicina nuclear.
en inglés de la palabra training, se
refiere al adiestramiento de
El TRIGA Mark III es un reactor de investigación tipo piscina con núcleo movible
personal; la R, inicial de la palabra
enfriado y moderado con agua ligera. La potencia máxima nominal del reactor es
inglesa research, significa
de 1 mega watt térmico en operación a nivel estable y puede ser pulsado a una
investigación científica, y la i,
potencia máxima de 2,000 mega watts por aproximadamente 10 milisegundos. En
hace alusión a la palabra
el núcleo del reactor se alcanzan flujos de 3 x 1013 n/cm2s (neutrones porcentímetro
“isótopos” y se refiere a la
fabricación de estos elementos.
11
O y la A son las iniciales de
una mezcla de hidruro de circonio con uranio. Esto significa que se trata de un
construye este tipo de reactores.
El
Mark
III
del
nombre
corresponde al tercer modelo de
los que ha desarrollado la General
Atomics”.
Carlos Graef Fernández,
primer director general del
Centro Nuclear de México
reactor muy seguro, pues el combustible mismo del reactor contiene el extinguidor,
que detiene de golpe la reacción cuando la temperatura del combustible nuclear
sobrepasa los 350 grados centígrados.
7
17
5
1
2
4
3
que sirve de blindaje, lo que no representa peligro alguno para el observador, aun
9
19
23
8
8
cuando el reactor opere a potencia máxima.
18
15
6
11
20
21
16
Una ventaja más es que el núcleo puede ser visto directamente a través del agua
10
10
El TRIGA Mark III del ININ cuenta con la Licencia de Operación de Instalaciones
Nucleares, CNM-001, expedida por la Secretaría de Energía y cuenta con un
Certificado ISO 9001:2000.
Las principales componentes del reactor son:
1. Acceso a columna térmica (CT).
2. Puerta de columna térmica.
3. Hohlraum (espacio vacío en CT).
4. Columna térmica horizontal.
5. Columna térmica vertical.
6. Tapón de columna térmica vertical.
7. Acceso a columna térmica vertical.
8. Tubos radiales al núcleo del reactor.
9. Tubo lateral de acceso a CT horizontal.
10. Tubos tangenciales al núcleo del reactor.
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cuadrado, por segundo) en estado estable y de 4.5 x 10 n/cm s, durante el pulso.
Una de las principales ventajas del TRIGA Mark III es su combustible, compuesto de
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2
Las dos últimas letras de TRIGA, la
General Atomics, la casa que
12
instituto nacional de investigaciones nucleares
11. Blindaje de concreto.
12. Puente móvil.
13. Mecanismos de manejo de barras.
14. Tanque del reactor (aluminio).
15. Sistema neumático de transferencia de muestras.
16. Sistema rotatorio de irradiación de muestras.
17. Núcleo del reactor.
18. Cuarto de exposición.
19. Puerta del cuarto de exposición.
20. Tubos de acceso al cuarto de exposición.
21. Concreto boratado del cuarto de exposición.
22. Placa móvil para acceso a CT vertical.
23. Sistemas para apertura de puertas.
Contacto Nuclear
23
Núcleo del reactor y elementos
combustibles
El núcleo del reactor consiste es un arreglo
cilíndrico con 85 elementos combustibles
(con su moderador) y 4 barras de control,
colocados en cinco anillos concéntricos,
además de 34 elementos de grafito,
colocados en un sexto anillo exterior del
Control del reactor
Componente
Estándar
FLIP
Uranio
Circonio
Hidrógeno
Erbio (Veneno consumible)
Enriquecimiento
U-235 por elemento
Razón de átomos H:Zr
Dimensiones
Encamisado
8.5 %
8.5 %
9.85 %
38.3 %
1.65 %
1.6%
--1.56 %
20 %
70 %
38 grs.
133 grs.
1.7
1.7
Longitud: 72 cm, Diámetro: 3.73 cm
Acero Inoxidable 304 de 0.508 mm de espesor.
b) automática: se programa una cierta
potencia, menor o igual a 1000 kW y la
El TRIGA tiene un conjunto de interbloqueos
consola de control realiza
que evitan que inadvertidamente se opere el
automáticamente los movimientos de
reactor o sus instalaciones de irradiación.
dos barras de control para alcanzarla;
Adicionalmente cuenta con cortes que evitan
C) escalón: (también conocido como
que sobrepase los límites operacionales
onda cuadrada) Este modo de
establecidos de potencia o de calor.
operación permite incrementar
núcleo, los cuales actúan como reflector de
El reactor TRIGA Mark III cuenta con cuatro
rápidamente la potencia del reactor,
neutrones. Se trata de un núcleo mixto con
barras de control hechas de mezclas
hasta un nivel preestablecido por el
59 elementos combustibles estándar con
por uno de los elementos antes mencionados. Una tercera parte del volumen del
20% de enriquecimiento y 26 combustibles
núcleo está ocupado por agua incluso entre los elementos combustibles, lo cual
fina, de seguridad y reguladora,
tipo FLIP (Programa para la mejora de vida
permite el enfriamiento por convección natural. Los combustibles están distribuidos
respectivamente) tienen una región absorbente compuesta de grafito y carburo de
del combustible, por sus siglas en inglés)
alrededor de una posición central vacía conocida como dedal central. A los anillos
boro y se operan por medio de mecanismos de piñón y cremallera; la cuarta barra
con 70% de enriquecimiento en 235U. Los
donde se ubican los combustibles se les identifica con una letra (de la B a la G),
(transitoria) tiene una región absorbente de neutrones y una llena de aire y se
elementos tipo FLIP contienen además
cada posición del anillo tiene un número secuencial, de tal manera que cada
acciona por un sistema electromecánico neumático Cuando se encuentran
erbio como veneno quemable. En la tabla
posición dentro del núcleo tiene una identificación única. El anillo 8 tiene 6
completamente insertadas en el núcleo, las barras tienen el suficiente material
de la derecha se muestran las principales
combustibles estándar; el anillo C tiene 10 combustibles FLIP y dos barras de
absorbedor de neutrones como para mantener siempre el reactor subcrítico. Como
características de los combustibles
control (la barra transitoria en la posición C-4 y la reguladora en la C-10); el anillo D
su nombre lo indica, las barras son elementos que permiten regular la fisión
utilizados en el TRIGA del ININ.
tiene 16 combustibles FLIP y dos barras de control (barra fina en D-1 y barra de
nuclear y mediante su movimiento es posible llevar el reactor a una determinada
seguridad en D-10); el anillo E tiene 23 combustibles estándar y una cámara
potencia o apagarlo.
gamma en la posición E-16; el anillo F tiene 30 combustibles estándar; y el anillo G
tiene 34 barras de grafito, el sistema neumático en la posición G-7 y el tubo seco en
la G-20 Ver página 32).
especiales. Tres de as cuatro barras (llamadas
Barra de americio berilio
operador, entre 1 kW y 1MW; y
d) pulso: se extrae rápidamente la barra
transitoria y la potencia se incrementa
hasta llegar a unos 2000 MW durante
unos 10 milisegundos. Por las
características de seguridad
intrínsecas, el reactor se apaga.
Para iniciar la reacción de fisión se acerca a los combustibles una fluente cíe
neutrones que, en el caso del TRIGA del ININ, es de americio-berilio (Am-Be). El
americio es un elemento inestable emisor de partículas alfa que, al ser absorbidas
por el berilio, lo vuelven inestable y emite neutrones que, a su vez, los capta el
uranio del combustible y se inicia la fisión nuclear
Tubo de acero
inoxidable
Interior del núcleo del reactor
Modos de operación
Tapón superior
de acero
Grafito
Todos estos componentes tienen forma de
cuarto de control adyacente a la plataforma del reactor El TRIGA Mark III tiene
barra y se encuentran en posición paralela
al eje del cilindro. Visto desde uno de los
extremos, el núcleo tiene el aspecto de un
panal, en el que cada orificio está ocupado
24
El control y la mayoría de la instrumentación están localizados en una consola en el
Grafito
Hidruro de circonio con
8.5% en peso de uranio
Elemento combustible encamisado de acero inoxidable del reactor TRIGA Mark III
instituto nacional de investigaciones nucleares
cuatro modos de operación:
a) manual: el operador manipula las barras de control para establecer una
determinada potencia;
Contacto Nuclear
Pantallas de la consola de control del
reactor TRIGA Mark III
25
Núcleo del reactor y elementos
combustibles
El núcleo del reactor consiste es un arreglo
cilíndrico con 85 elementos combustibles
(con su moderador) y 4 barras de control,
colocados en cinco anillos concéntricos,
además de 34 elementos de grafito,
colocados en un sexto anillo exterior del
Control del reactor
Componente
Estándar
FLIP
Uranio
Circonio
Hidrógeno
Erbio (Veneno consumible)
Enriquecimiento
U-235 por elemento
Razón de átomos H:Zr
Dimensiones
Encamisado
8.5 %
8.5 %
9.85 %
38.3 %
1.65 %
1.6%
--1.56 %
20 %
70 %
38 grs.
133 grs.
1.7
1.7
Longitud: 72 cm, Diámetro: 3.73 cm
Acero Inoxidable 304 de 0.508 mm de espesor.
b) automática: se programa una cierta
potencia, menor o igual a 1000 kW y la
El TRIGA tiene un conjunto de interbloqueos
consola de control realiza
que evitan que inadvertidamente se opere el
automáticamente los movimientos de
reactor o sus instalaciones de irradiación.
dos barras de control para alcanzarla;
Adicionalmente cuenta con cortes que evitan
C) escalón: (también conocido como
que sobrepase los límites operacionales
onda cuadrada) Este modo de
establecidos de potencia o de calor.
operación permite incrementar
núcleo, los cuales actúan como reflector de
El reactor TRIGA Mark III cuenta con cuatro
rápidamente la potencia del reactor,
neutrones. Se trata de un núcleo mixto con
barras de control hechas de mezclas
hasta un nivel preestablecido por el
59 elementos combustibles estándar con
por uno de los elementos antes mencionados. Una tercera parte del volumen del
20% de enriquecimiento y 26 combustibles
núcleo está ocupado por agua incluso entre los elementos combustibles, lo cual
fina, de seguridad y reguladora,
tipo FLIP (Programa para la mejora de vida
permite el enfriamiento por convección natural. Los combustibles están distribuidos
respectivamente) tienen una región absorbente compuesta de grafito y carburo de
del combustible, por sus siglas en inglés)
alrededor de una posición central vacía conocida como dedal central. A los anillos
boro y se operan por medio de mecanismos de piñón y cremallera; la cuarta barra
con 70% de enriquecimiento en 235U. Los
donde se ubican los combustibles se les identifica con una letra (de la B a la G),
(transitoria) tiene una región absorbente de neutrones y una llena de aire y se
elementos tipo FLIP contienen además
cada posición del anillo tiene un número secuencial, de tal manera que cada
acciona por un sistema electromecánico neumático Cuando se encuentran
erbio como veneno quemable. En la tabla
posición dentro del núcleo tiene una identificación única. El anillo 8 tiene 6
completamente insertadas en el núcleo, las barras tienen el suficiente material
de la derecha se muestran las principales
combustibles estándar; el anillo C tiene 10 combustibles FLIP y dos barras de
absorbedor de neutrones como para mantener siempre el reactor subcrítico. Como
características de los combustibles
control (la barra transitoria en la posición C-4 y la reguladora en la C-10); el anillo D
su nombre lo indica, las barras son elementos que permiten regular la fisión
utilizados en el TRIGA del ININ.
tiene 16 combustibles FLIP y dos barras de control (barra fina en D-1 y barra de
nuclear y mediante su movimiento es posible llevar el reactor a una determinada
seguridad en D-10); el anillo E tiene 23 combustibles estándar y una cámara
potencia o apagarlo.
gamma en la posición E-16; el anillo F tiene 30 combustibles estándar; y el anillo G
tiene 34 barras de grafito, el sistema neumático en la posición G-7 y el tubo seco en
la G-20 Ver página 32).
especiales. Tres de as cuatro barras (llamadas
Barra de americio berilio
operador, entre 1 kW y 1MW; y
d) pulso: se extrae rápidamente la barra
transitoria y la potencia se incrementa
hasta llegar a unos 2000 MW durante
unos 10 milisegundos. Por las
características de seguridad
intrínsecas, el reactor se apaga.
Para iniciar la reacción de fisión se acerca a los combustibles una fluente cíe
neutrones que, en el caso del TRIGA del ININ, es de americio-berilio (Am-Be). El
americio es un elemento inestable emisor de partículas alfa que, al ser absorbidas
por el berilio, lo vuelven inestable y emite neutrones que, a su vez, los capta el
uranio del combustible y se inicia la fisión nuclear
Tubo de acero
inoxidable
Interior del núcleo del reactor
Modos de operación
Tapón superior
de acero
Grafito
Todos estos componentes tienen forma de
cuarto de control adyacente a la plataforma del reactor El TRIGA Mark III tiene
barra y se encuentran en posición paralela
al eje del cilindro. Visto desde uno de los
extremos, el núcleo tiene el aspecto de un
panal, en el que cada orificio está ocupado
24
El control y la mayoría de la instrumentación están localizados en una consola en el
Grafito
Hidruro de circonio con
8.5% en peso de uranio
Elemento combustible encamisado de acero inoxidable del reactor TRIGA Mark III
instituto nacional de investigaciones nucleares
cuatro modos de operación:
a) manual: el operador manipula las barras de control para establecer una
determinada potencia;
Contacto Nuclear
Pantallas de la consola de control del
reactor TRIGA Mark III
25
Aspectos de seguridad
Como se ha mencionado, la mezcla uraniohidruro de circonio de los elementos
potencialmente contaminadas. En la sala del reactor se realizan dos cambios de
Cuando el reactor está operando en uno de los extremos de la piscina, la radiación
aire por hora y se mantiene una presión negativa con respecto a la presión exterior,
en el otro extremo es, en general, lo suficientemente baja en cualquier punto para
con el fin de evitar la fuga accidental de material radiactivo.
que permita a una persona trabajar en la preparación de otros experimentos. En la
combustibles tipo TRIGA constituye la
Además de la seguridad intrínseca del núcleo, el TRIGA Mark III tiene una serie de
principal característica de seguridad
dispositivos automáticos y manuales que evitan prácticamente cualquier
intrínseca del reactor. Al incrementarse la
posibilidad del derrame accidental de algún material.
potencia de la reacción, también lo hace la
temperatura, y si se registrara exceso del
Piscina del reactor
parte inferior del reactor hay un blindaje de 1.5 metros de concreto, para evitar que
se active la tierra sobre la que está construido este aparato.
muestras.
instalaciones experimentales que ofrecen
una gran variedad de posibilidades de
Diseño termohidráulico
con espesores que varían desde los 6.3 mm en la parte, alta hasta los 19.0 mm en la
El TRIGA Mark III está
detendría súbitamente, sin ninguna
parte baja de la pared y en el fondo de la piscina. Las dimensiones de la piscina son:
diseñado para operar y
operación mecánica, electrónica o
7.60 m de longitud, 3.10 m de ancho y 7.60 m de profundidad y contiene
enfriarse por La
humana. No obstante, para evitar que se
aproximadamente 150 m3 de agua desmineralizada. La pureza química y biológica
convección natural del
sobrepase la potencia nominal de
del agua se conserva mediante filtración a través de resinas de intercambio iónico,
agua desmineralizada
operación de manera inadvertida, se han
lo que evita la presencia de partículas que pudieran quedar radiactivas durante la
de la piscina. Además
incorporado en la consola del reactor
fisión nuclear La transparencia del agua permite un acceso fácil al núcleo y
de permitir que el
circuitos automáticos que cesan la
proporciona una excelente visibilidad al personal localizado en el puente.
operador vea al interior
una indicación anormal en la consola (por
ejemplo, de potencia o de temperatura), el
circuito de apagado interrumpe la energía
a los electroimanes y las barras de control
caen por gravedad y apagan el reactor.
neutrones muy elevados; basta que estén en contenedores a prueba de agua.
Blindaje
irradiación de muestras o equipos con
de la piscina, el agua
El espacio dentro de la alberca que no está ocupado por el núcleo se puede
aprovechar para irradiar sistemas grandes que deban sujetarse a flujos de
una fuente intensa de neutrones y de
radiaciones, cuenta con varias
temperatura (>350 °C) la reacción se
mecanismos mediante electroimanes; ante
experimental, se utiliza básicamente como
La coraza de concreto contiene también varias instalaciones para la irradiación de
El núcleo del TRIGA Mark III se encuentra sumergido en una piscina de aluminio
barras de control están acopladas a sus
El TRIGA Mark III, como reactor
radiación gamma. Para aprovechar estas
nivel de potencia (>1 MW o alta
operación si se rebasan los límites. Las
Instalaciones experimentales
tiene dos funciones
principales: por una parte y junto con la coraza de concreto, actúa como un
blindaje; por otra parte, sirve para disipar el calor generado en el núcleo del reactor
diferentes componentes y niveles.
Las instalaciones de irradiación están
diseñadas pensando en la eficiencia de su
utilización, pero sobre todo, en la seguridad.
Con este precepto, se establecen las
condiciones de irradiación de tal manera
que, cualquier falla en un experimento no
afecte el funcionamiento del sistema de
seguridad del reactor Los experimentos e
irradiaciones se realizan en las siguientes
instalaciones experimentales.
Esto implica que el agua tenga que enfriarse por medio de un intercambiador de
La tina de aluminio está contenida por una estructura de concreto reforzado
diseñada para soportar sismos de hasta 0.2 grados de aceleración horizontal que
calor ubicado sobre la coraza a la altura del primer piso del edificio del reactor, y
una torre de enfriamiento localizada en el exterior del edificio.
sirve como blindaje biológico. Esta coraza de concreto mide 17 m de largo por 10 m
El sistema de tratamiento de agua en el reactor consiste principalmente en una
El sistema de ventilación maneja separado
de ancho. El concreto del blindaje (denominado baritado por estar mezclado con
bomba, un filtro de cartuchos de fibra desechables, un desmineralizador tipo lecho
las áreas limpias de contaminación de las
grava de barita) tiene una densidad de 2.35 gramos por centímetro cúbico, excepto
mixto, 7 medidores de flujo y un intercambiador de calor de tubo y coraza de 1000
en la puerta horizontal de la columna térmica hecha de concreto boratado (con
kW de capacidad. Este sistema cumple con cinco funciones: 1) mantiene baja la
3
boro) y en la que la densidad es de 3,5 g/cm . Cabe recordar que la densidad del
conductividad del agua para minimizar la corrosión de los componentes del
3
concreto convencional es de 2.2 g/cm . En la parte superior del blindaje, se
reactor, particularmente los elementos combustibles; 2) reduce la radiactividad en
encuentra una plataforma con rieles, sobre los cuales corre el puente de donde se
el agua al remover prácticamente todas las partículas e impurezas solubles; 3)
sostiene el núcleo del reactor Al encontrarse el núcleo muy cercano al fondo de la
mantiene la claridad óptica del agua, lo cual facilita realizar las maniobras para
piscina, prácticamente el agua absorbe toda la radiación, por lo que la radiación
colocar y retirar muestras y las de manejo de los combustibles; 4) proporciona un
gamma es de sólo 10 milirems/hora en la superficie.
medio de disipación del calor generado en el núcleo del reactor; y 5) proporciona un
medio de disipación del calor generado en las paredes de concreto del cuarto de
exposición.
Puente sobre la piscina del reactor.
A los lados, se aprecia la coraza de concreto
26
instituto nacional de investigaciones nucleares
Contacto Nuclear
Interior del cuarto de exposición; se aprecia el
sitio donde se ubica el núcleo del reactor
27
Aspectos de seguridad
Como se ha mencionado, la mezcla uraniohidruro de circonio de los elementos
potencialmente contaminadas. En la sala del reactor se realizan dos cambios de
Cuando el reactor está operando en uno de los extremos de la piscina, la radiación
aire por hora y se mantiene una presión negativa con respecto a la presión exterior,
en el otro extremo es, en general, lo suficientemente baja en cualquier punto para
con el fin de evitar la fuga accidental de material radiactivo.
que permita a una persona trabajar en la preparación de otros experimentos. En la
combustibles tipo TRIGA constituye la
Además de la seguridad intrínseca del núcleo, el TRIGA Mark III tiene una serie de
principal característica de seguridad
dispositivos automáticos y manuales que evitan prácticamente cualquier
intrínseca del reactor. Al incrementarse la
posibilidad del derrame accidental de algún material.
potencia de la reacción, también lo hace la
temperatura, y si se registrara exceso del
Piscina del reactor
parte inferior del reactor hay un blindaje de 1.5 metros de concreto, para evitar que
se active la tierra sobre la que está construido este aparato.
muestras.
instalaciones experimentales que ofrecen
una gran variedad de posibilidades de
Diseño termohidráulico
con espesores que varían desde los 6.3 mm en la parte, alta hasta los 19.0 mm en la
El TRIGA Mark III está
detendría súbitamente, sin ninguna
parte baja de la pared y en el fondo de la piscina. Las dimensiones de la piscina son:
diseñado para operar y
operación mecánica, electrónica o
7.60 m de longitud, 3.10 m de ancho y 7.60 m de profundidad y contiene
enfriarse por La
humana. No obstante, para evitar que se
aproximadamente 150 m3 de agua desmineralizada. La pureza química y biológica
convección natural del
sobrepase la potencia nominal de
del agua se conserva mediante filtración a través de resinas de intercambio iónico,
agua desmineralizada
operación de manera inadvertida, se han
lo que evita la presencia de partículas que pudieran quedar radiactivas durante la
de la piscina. Además
incorporado en la consola del reactor
fisión nuclear La transparencia del agua permite un acceso fácil al núcleo y
de permitir que el
circuitos automáticos que cesan la
proporciona una excelente visibilidad al personal localizado en el puente.
operador vea al interior
una indicación anormal en la consola (por
ejemplo, de potencia o de temperatura), el
circuito de apagado interrumpe la energía
a los electroimanes y las barras de control
caen por gravedad y apagan el reactor.
neutrones muy elevados; basta que estén en contenedores a prueba de agua.
Blindaje
irradiación de muestras o equipos con
de la piscina, el agua
El espacio dentro de la alberca que no está ocupado por el núcleo se puede
aprovechar para irradiar sistemas grandes que deban sujetarse a flujos de
una fuente intensa de neutrones y de
radiaciones, cuenta con varias
temperatura (>350 °C) la reacción se
mecanismos mediante electroimanes; ante
experimental, se utiliza básicamente como
La coraza de concreto contiene también varias instalaciones para la irradiación de
El núcleo del TRIGA Mark III se encuentra sumergido en una piscina de aluminio
barras de control están acopladas a sus
El TRIGA Mark III, como reactor
radiación gamma. Para aprovechar estas
nivel de potencia (>1 MW o alta
operación si se rebasan los límites. Las
Instalaciones experimentales
tiene dos funciones
principales: por una parte y junto con la coraza de concreto, actúa como un
blindaje; por otra parte, sirve para disipar el calor generado en el núcleo del reactor
diferentes componentes y niveles.
Las instalaciones de irradiación están
diseñadas pensando en la eficiencia de su
utilización, pero sobre todo, en la seguridad.
Con este precepto, se establecen las
condiciones de irradiación de tal manera
que, cualquier falla en un experimento no
afecte el funcionamiento del sistema de
seguridad del reactor Los experimentos e
irradiaciones se realizan en las siguientes
instalaciones experimentales.
Esto implica que el agua tenga que enfriarse por medio de un intercambiador de
La tina de aluminio está contenida por una estructura de concreto reforzado
diseñada para soportar sismos de hasta 0.2 grados de aceleración horizontal que
calor ubicado sobre la coraza a la altura del primer piso del edificio del reactor, y
una torre de enfriamiento localizada en el exterior del edificio.
sirve como blindaje biológico. Esta coraza de concreto mide 17 m de largo por 10 m
El sistema de tratamiento de agua en el reactor consiste principalmente en una
El sistema de ventilación maneja separado
de ancho. El concreto del blindaje (denominado baritado por estar mezclado con
bomba, un filtro de cartuchos de fibra desechables, un desmineralizador tipo lecho
las áreas limpias de contaminación de las
grava de barita) tiene una densidad de 2.35 gramos por centímetro cúbico, excepto
mixto, 7 medidores de flujo y un intercambiador de calor de tubo y coraza de 1000
en la puerta horizontal de la columna térmica hecha de concreto boratado (con
kW de capacidad. Este sistema cumple con cinco funciones: 1) mantiene baja la
3
boro) y en la que la densidad es de 3,5 g/cm . Cabe recordar que la densidad del
conductividad del agua para minimizar la corrosión de los componentes del
3
concreto convencional es de 2.2 g/cm . En la parte superior del blindaje, se
reactor, particularmente los elementos combustibles; 2) reduce la radiactividad en
encuentra una plataforma con rieles, sobre los cuales corre el puente de donde se
el agua al remover prácticamente todas las partículas e impurezas solubles; 3)
sostiene el núcleo del reactor Al encontrarse el núcleo muy cercano al fondo de la
mantiene la claridad óptica del agua, lo cual facilita realizar las maniobras para
piscina, prácticamente el agua absorbe toda la radiación, por lo que la radiación
colocar y retirar muestras y las de manejo de los combustibles; 4) proporciona un
gamma es de sólo 10 milirems/hora en la superficie.
medio de disipación del calor generado en el núcleo del reactor; y 5) proporciona un
medio de disipación del calor generado en las paredes de concreto del cuarto de
exposición.
Puente sobre la piscina del reactor.
A los lados, se aprecia la coraza de concreto
26
instituto nacional de investigaciones nucleares
Contacto Nuclear
Interior del cuarto de exposición; se aprecia el
sitio donde se ubica el núcleo del reactor
27
Instalaciones experimentales fuera
máximo la activación del concreto. Las paredes se enfrían por medio de un circuito
Columna térmica horizontal. Es un
del núcleo del reactor
de tubo insertados en el concreto por los que circula agua, lo que evita esfuerzos en
paralelepípedo de grafito, forrado de
ese material provocados por el calentamiento que produce la radiación. El reactor
aluminio. Dentro de esta instalación existe
tiene un interbloqueo que impide que la puerta del cuarto se abra cuando el núcleo
un espacio vacío (denominado Hohlraum)
se encuentra en las proximidades del cuarto y hay un alto riesgo radiológico.
de 91 cm por 91 cía por 100 cm. Está
Cuarto de exposición
cerrada por una pesada puerta que
Tubos de haces
Puerta del cuarto de exposición
contiene boro, polietileno y concreto de alta
En el extremo norte de la piscina, se localizan [os puertos o tubos de haces, que van
densidad. Dentro de la columna térmica
desde el interior de la piscina,
existe un espacio para irradiar muestras, o
atraviesan el concreto, y llegan hasta
bien, desviar un flujo de neutrones térmicos
el exterior del blindaje.
hacia la columna térmica vertical. Se puede
tener acceso a este espacio abriendo la
Cuando el puente se desplaza al
puerta o solo retirando el tapón que se
El cuarto de exposición es una cavidad que
extremo norte de la piscina, cuatro de
se encuentra en el extremo sur de la
los tubos quedan colocados en forma
estrúctura del blindaje. En esta instalación
radial al núcleo y otros dos, en forma
se pueden irradiar muestras o equipos muy
tangencial. Los tubos radiales
voluminosos con campos intensos de
comienzan en la periferia de la tina y llegan hasta la parte exterior del blindaje. Se
radiación gamma o neutrones. Tiene 3 m
llaman radiales porque su línea de centro apunta directamente al eje del núcleo. Su
de ancho por 3.5 m de argo y,
diámetro de salida es de 15 cm. Por su parte, los tubos tangenciales atraviesan el
aproximadamente, 3 m de alto, lo que
blindaje de un lado a otro interceptándose en su parte media, donde tocan al
encuentra sobre ella. Del interior de la
columna térmica horizontal salen dos
representa un volumen de 31 m3.
Prácticamente, el núcleo del reactor se
puede colocar dentro de este cuarto, pues
(como puede verse en la fotografía de la
página 27). La intensidad y el espectro de la
Tubo de
acceso a la
columna
térmica
radiación en el cuarto pueden variarse
cambiando la posición del núcleo en la
alberca o poniendo filtros entre el núcleo y
Tubos
radiales
el cuarto.
concreto de 3.35 m de espesor y una
densidad de 2.6 g/cm3. El material de las
Núcleo
paredes del cuarto tiene una cierta
Tubos
tangenciales
Columna
térmica
Ubicación de las columnas térmicas horizontal y vertical
tubos se pueden obtener haces de
neutrones térmicos (de manera similar a
los tubos de haces) y cuando no están en
núcleo. El diámetro de salida de estos tubos es de 20cm. Las líneas de centro de los
uso, se cubren con un tapón de grafito
tubos radiales interceptan la parte media del núcleo 7.5 cm por arriba y os tubos
boratado.
Cuando los tubos no se están utilizando, quedan obturados con tapones especiales
grafito de 80 cm por lado ubicado en la
por lo que el nivel de radiación frente a ellos es suficientemente bajo para permitir
parte superior de a horizontal. Su acceso es
que las personas permanezcan cerca.
a través de un tapón de concreto localizado
Por medio de haces de neutrones o de rayos gamma se pueden realizar una gran
variedad de experimentos, como difracción y espectrometría de neutrones,
mediciones de secciones transversales, radiografías con neutrones y
espectrometría gamma, entre otros.
en el mezanine de la estructura de concreto
de la piscina del reactor. Este dispositivo es
muy conveniente para hacer experimentos
con recipientes que contengan líquidos. En
su parte horizontal el flujo de neutrones
Columna térmica
térmicos promedio es de 5 x 107 n/cm2s.
En la posición norte de la piscina se encuentra situada la columna térmica en un
entrante que hace el recubrimiento de aluminio hacia el interior de la piscina. Está
Distribución de los tubos de haces
cantidad de boro, con el objeto de evitar al
28
exterior del blindaje es de 15 cm. De estos
Columna térmica vertical. Es un cubo de
en el interior del cuarto de irradiación
El cuarto está blindado con paredes de
el blindaje y cuyo diámetro en la parte
tangenciales, 7.5 cm por abajo del mismo punto.
Espacio para
irradiación
entra en el nicho de la tina que está situado
tubos en dirección opuesta que atraviesan
Puerta del cuarto de exposición
instituto nacional de investigaciones nucleares
formada por dos secciones: una horizontal y otra vertical.
Contacto Nuclear
29
Instalaciones experimentales fuera
máximo la activación del concreto. Las paredes se enfrían por medio de un circuito
Columna térmica horizontal. Es un
del núcleo del reactor
de tubo insertados en el concreto por los que circula agua, lo que evita esfuerzos en
paralelepípedo de grafito, forrado de
ese material provocados por el calentamiento que produce la radiación. El reactor
aluminio. Dentro de esta instalación existe
tiene un interbloqueo que impide que la puerta del cuarto se abra cuando el núcleo
un espacio vacío (denominado Hohlraum)
se encuentra en las proximidades del cuarto y hay un alto riesgo radiológico.
de 91 cm por 91 cía por 100 cm. Está
Cuarto de exposición
cerrada por una pesada puerta que
Tubos de haces
Puerta del cuarto de exposición
contiene boro, polietileno y concreto de alta
En el extremo norte de la piscina, se localizan [os puertos o tubos de haces, que van
densidad. Dentro de la columna térmica
desde el interior de la piscina,
existe un espacio para irradiar muestras, o
atraviesan el concreto, y llegan hasta
bien, desviar un flujo de neutrones térmicos
el exterior del blindaje.
hacia la columna térmica vertical. Se puede
tener acceso a este espacio abriendo la
Cuando el puente se desplaza al
puerta o solo retirando el tapón que se
El cuarto de exposición es una cavidad que
extremo norte de la piscina, cuatro de
se encuentra en el extremo sur de la
los tubos quedan colocados en forma
estrúctura del blindaje. En esta instalación
radial al núcleo y otros dos, en forma
se pueden irradiar muestras o equipos muy
tangencial. Los tubos radiales
voluminosos con campos intensos de
comienzan en la periferia de la tina y llegan hasta la parte exterior del blindaje. Se
radiación gamma o neutrones. Tiene 3 m
llaman radiales porque su línea de centro apunta directamente al eje del núcleo. Su
de ancho por 3.5 m de argo y,
diámetro de salida es de 15 cm. Por su parte, los tubos tangenciales atraviesan el
aproximadamente, 3 m de alto, lo que
blindaje de un lado a otro interceptándose en su parte media, donde tocan al
encuentra sobre ella. Del interior de la
columna térmica horizontal salen dos
representa un volumen de 31 m3.
Prácticamente, el núcleo del reactor se
puede colocar dentro de este cuarto, pues
(como puede verse en la fotografía de la
página 27). La intensidad y el espectro de la
Tubo de
acceso a la
columna
térmica
radiación en el cuarto pueden variarse
cambiando la posición del núcleo en la
alberca o poniendo filtros entre el núcleo y
Tubos
radiales
el cuarto.
concreto de 3.35 m de espesor y una
densidad de 2.6 g/cm3. El material de las
Núcleo
paredes del cuarto tiene una cierta
Tubos
tangenciales
Columna
térmica
Ubicación de las columnas térmicas horizontal y vertical
tubos se pueden obtener haces de
neutrones térmicos (de manera similar a
los tubos de haces) y cuando no están en
núcleo. El diámetro de salida de estos tubos es de 20cm. Las líneas de centro de los
uso, se cubren con un tapón de grafito
tubos radiales interceptan la parte media del núcleo 7.5 cm por arriba y os tubos
boratado.
Cuando los tubos no se están utilizando, quedan obturados con tapones especiales
grafito de 80 cm por lado ubicado en la
por lo que el nivel de radiación frente a ellos es suficientemente bajo para permitir
parte superior de a horizontal. Su acceso es
que las personas permanezcan cerca.
a través de un tapón de concreto localizado
Por medio de haces de neutrones o de rayos gamma se pueden realizar una gran
variedad de experimentos, como difracción y espectrometría de neutrones,
mediciones de secciones transversales, radiografías con neutrones y
espectrometría gamma, entre otros.
en el mezanine de la estructura de concreto
de la piscina del reactor. Este dispositivo es
muy conveniente para hacer experimentos
con recipientes que contengan líquidos. En
su parte horizontal el flujo de neutrones
Columna térmica
térmicos promedio es de 5 x 107 n/cm2s.
En la posición norte de la piscina se encuentra situada la columna térmica en un
entrante que hace el recubrimiento de aluminio hacia el interior de la piscina. Está
Distribución de los tubos de haces
cantidad de boro, con el objeto de evitar al
28
exterior del blindaje es de 15 cm. De estos
Columna térmica vertical. Es un cubo de
en el interior del cuarto de irradiación
El cuarto está blindado con paredes de
el blindaje y cuyo diámetro en la parte
tangenciales, 7.5 cm por abajo del mismo punto.
Espacio para
irradiación
entra en el nicho de la tina que está situado
tubos en dirección opuesta que atraviesan
Puerta del cuarto de exposición
instituto nacional de investigaciones nucleares
formada por dos secciones: una horizontal y otra vertical.
Contacto Nuclear
29
Instalaciones experimentales en la
a las muestras. Su capacidad es de cuarenta posiciones dobles y una sencilla y se
periferia del núcleo del reactor
carga por medio de un tubo sellado instalado en el puente del reactor. Las muestras
Sistema de Irradiación Neumática de
Cápsulas (SINCA)
pueden colocarse o retirarse con el reactor en operación. Este sistema cuenta con
unas cámaras de flotación que al inyectarles aire a presión hacen que el SIRCA
suba hasta su posición más elevada; al expulsar el aire el SIRCA baja y en esta
posición se realizan las irradiaciones por presentar el máximo flujo de neutrones.
En la figura de abajo se presenta un esquema de este sistema.
Este sistema se utiliza para irradiar varias muestras en forma simultánea para la
producción de radioisótopos, con un tiempo exposición máximo de 20 minutos. La
irradiación de las muestras en este sistema rotatorio es más simétrica, por su
movimiento circular alrededor del núcleo.
El sistema de transferencia neumática de
alta velocidad está colocado en el anillo de
Contenedores llamados “rabbits” para la irradiación de muestras.
Su diseño permite colocarlos en las distintas instalaciones experimentales (de izq. a der.)
tubo seco, SIRCA, SINCA, muestras de 10 miligramos y líquidos.
los elementos de grafito del núcleo del
reactor, en la posición G7. Con el SINCA se
envían muestras al núcleo del reactor y se
recuperan después de la irradiación en tres
Posición de
las muestras
Líneas
de aire
Engrane
motriz
Tubo de
carga
estaciones de envío, localizadas en igual
número de laboratorios. Su operación
Charola
rotatoria de
muestras
puede ser automática o manual; en el
Instalaciones experimentales dentro del núdeo del reactor
Dedal central
Es un tubo de aluminio de 3.35 cm de diámetro interior que se extiende desde el
primer caso se fija el tiempo de irradiación y
puente hasta la placa de seguridad del núcleo. Tiene cuatro perforaciones de 0.63
al concluir éste, el sistema regresa la
cm de diámetro en su parte inferior que sirven para llenar de agua el tubo o
muestra a la estación de envío.
Tanque de flotación
expulsarla inyectándole aire a presión. Está colocado en el centro del núcleo del
reactor, donde se tiene el mayor flujo de neutrones, lo que la convierte en la
Sistema de Irradiación Rotatoria de
principal instalación para la producción de isótopos radiactivos. Las muestras se
Cápsulas (SIRCA)
Sistema de Irradiación Fijo de Cápsulas (SIFCA)
colocan y retiran desde el puente del reactor Puede verse su ubicación en las
ilustraciones de la página 32.
Es un soporte semicircular de aluminio con quince compartimentos para alojar
contenedores de cápsulas. Cuenta
Existen además, otras instalaciones que se han agregado al reactor o que se
con un pedestal que lo ubica a la
pueden utilizar para realizar irradiaciones, entre las que pueden mencionarse: tubo
altura media del núcleo y se puede
seco, hexágono removible, triángulo removible y perforaciones en la placa superior
acoplar acercándolo o alejándolo a la
para medición de flujos.
Es una instalación de aluminio sellada en
estructura envolvente del núcleo. Es
En el núcleo del reactor se encuentra también el Tubo Seco que se mencionará en
forma de toroide que gira alrededor de la
útil cuando el núcleo del reactor está
el siguiente apartado.
coraza del núcleo, con el fin de
en los extremos y se quiere irradiar
proporcionar una irradiación más uniforme
por periodos largos.
30
instituto nacional de investigaciones nucleares
Contacto Nuclear
Maniobras para colocar una muestra en el
SIFCA: se toma el “rabbit” con una pinza
especial, se introduce el SIFCA a la piscina y se
sumerge hasta el fondo de la piscina
31
Instalaciones experimentales en la
a las muestras. Su capacidad es de cuarenta posiciones dobles y una sencilla y se
periferia del núcleo del reactor
carga por medio de un tubo sellado instalado en el puente del reactor. Las muestras
Sistema de Irradiación Neumática de
Cápsulas (SINCA)
pueden colocarse o retirarse con el reactor en operación. Este sistema cuenta con
unas cámaras de flotación que al inyectarles aire a presión hacen que el SIRCA
suba hasta su posición más elevada; al expulsar el aire el SIRCA baja y en esta
posición se realizan las irradiaciones por presentar el máximo flujo de neutrones.
En la figura de abajo se presenta un esquema de este sistema.
Este sistema se utiliza para irradiar varias muestras en forma simultánea para la
producción de radioisótopos, con un tiempo exposición máximo de 20 minutos. La
irradiación de las muestras en este sistema rotatorio es más simétrica, por su
movimiento circular alrededor del núcleo.
El sistema de transferencia neumática de
alta velocidad está colocado en el anillo de
Contenedores llamados “rabbits” para la irradiación de muestras.
Su diseño permite colocarlos en las distintas instalaciones experimentales (de izq. a der.)
tubo seco, SIRCA, SINCA, muestras de 10 miligramos y líquidos.
los elementos de grafito del núcleo del
reactor, en la posición G7. Con el SINCA se
envían muestras al núcleo del reactor y se
recuperan después de la irradiación en tres
Posición de
las muestras
Líneas
de aire
Engrane
motriz
Tubo de
carga
estaciones de envío, localizadas en igual
número de laboratorios. Su operación
Charola
rotatoria de
muestras
puede ser automática o manual; en el
Instalaciones experimentales dentro del núdeo del reactor
Dedal central
Es un tubo de aluminio de 3.35 cm de diámetro interior que se extiende desde el
primer caso se fija el tiempo de irradiación y
puente hasta la placa de seguridad del núcleo. Tiene cuatro perforaciones de 0.63
al concluir éste, el sistema regresa la
cm de diámetro en su parte inferior que sirven para llenar de agua el tubo o
muestra a la estación de envío.
Tanque de flotación
expulsarla inyectándole aire a presión. Está colocado en el centro del núcleo del
reactor, donde se tiene el mayor flujo de neutrones, lo que la convierte en la
Sistema de Irradiación Rotatoria de
principal instalación para la producción de isótopos radiactivos. Las muestras se
Cápsulas (SIRCA)
Sistema de Irradiación Fijo de Cápsulas (SIFCA)
colocan y retiran desde el puente del reactor Puede verse su ubicación en las
ilustraciones de la página 32.
Es un soporte semicircular de aluminio con quince compartimentos para alojar
contenedores de cápsulas. Cuenta
Existen además, otras instalaciones que se han agregado al reactor o que se
con un pedestal que lo ubica a la
pueden utilizar para realizar irradiaciones, entre las que pueden mencionarse: tubo
altura media del núcleo y se puede
seco, hexágono removible, triángulo removible y perforaciones en la placa superior
acoplar acercándolo o alejándolo a la
para medición de flujos.
Es una instalación de aluminio sellada en
estructura envolvente del núcleo. Es
En el núcleo del reactor se encuentra también el Tubo Seco que se mencionará en
forma de toroide que gira alrededor de la
útil cuando el núcleo del reactor está
el siguiente apartado.
coraza del núcleo, con el fin de
en los extremos y se quiere irradiar
proporcionar una irradiación más uniforme
por periodos largos.
30
instituto nacional de investigaciones nucleares
Contacto Nuclear
Maniobras para colocar una muestra en el
SIFCA: se toma el “rabbit” con una pinza
especial, se introduce el SIFCA a la piscina y se
sumerge hasta el fondo de la piscina
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