Reactor de investigación

Este artículo trata sobre reactores de investigación de fisión nuclear. Para reactores de fusión nuclear de investigación experimental, véase reactor de fusión.

Los reactores de investigación son instalaciones de fisión basadas en reactores nucleares que sirven principalmente como fuente de neutrones. También se les llama reactores sin potencia, a diferencia de los reactores que se utilizan para la producción de electricidad, la generación de calor o la propulsión marina.

El reactor de investigación CROCUS de la Escuela Politécnica Federal de Lausana, en Suiza

Ciencia con neutrones
Fundamentos
Temperatura neutrónica Flujo, Radiación, Transporte Sección transversal, Absorción, Activación
Dispersión de neutrones
Difracción de neutrones Dispersión de neutrones en ángulo pequeño GISANS Reflectometría Dispersión inelástica de neutrones Espectrómetro de triple eje Espectrómetro de tiempo de vuelo Espectrómetro de retrodispersión Espectrómetro de eco de espín
Otras aplicaciones
Tomografía de neutrones Análisis de activación, Análisis gamma de activación rápida por neutrones Investigación fundamental con neutrones: Neutrones ultrafríos, Interferometría Terapia con neutrones rápidos Terapia de captura de neutrones
Infraestructura
Fuentes de neutrones: Reactor de investigación, Espalación, Moderador nuclear Óptica de neutrones: Reflector, Superespejo Detección
Instalaciones de neutrones
América: HFIR, LANSCE, NIST CNR -SNS Australia: OPAL Asia: J-PARC, HANARO Europa: BER II, FRM II, ILL, ISIS, JINR, SINQ Históricos: IPNS, HFBR En construcción: ESS
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Propósito

Los neutrones producidos por un reactor de investigación se utilizan para ensayos de dispersión de neutrones; pruebas no destructivas; análisis y ensayo de materiales; producción de radioisótopos; y educación y divulgación pública. Aquellas instalaciones que producen radioisótopos para uso médico o industrial a veces se denominan reactores de isótopos. Los reactores que están optimizados para experimentos de haces en línea compiten con las instalaciones de generación de neutrones por espalación.

Aspectos técnicos

Los reactores de investigación son más simples que los reactores de potencia y funcionan a temperaturas más bajas. Necesitan mucho menos combustible y se acumulan muchos menos productos de la fisión nuclear a medida que se utiliza el combustible. Por otro lado, su combustible requiere más uranio altamente enriquecido, por lo general hasta un 20% de U-235,^[1] aunque algunos modelos requieren hasta el 93% de U-235. Si bien el enriquecimiento al 20% generalmente no se considera utilizable en armas nucleares, el 93% se conoce comúnmente como de "grado de armamento". También tienen una densidad de potencia muy alta en el núcleo, lo que requiere características de diseño especiales. Al igual que los reactores de potencia, el núcleo necesita enfriamiento, típicamente por convección natural o forzado con agua, y se requiere un material moderador para disminuir la velocidad de los neutrones y mejorar la fisión. Como la producción de neutrones es su función principal, la mayoría de los reactores de investigación emplean reflectores para reducir la pérdida de neutrones del núcleo.

Conversión a funcionamiento con uranio poco enriquecido

El Organismo Internacional de la Energía Atómica y el Departamento de Energía de los Estados Unidos iniciaron un programa en 1978 para desarrollar medios para convertir los reactores de investigación que utilizaban uranio altamente enriquecido (UAE) para que pudieran usar uranio poco enriquecido (UPE), en apoyo de su política de no proliferación de armas nucleares.^[2][3] Para entonces, Estados Unidos había suministrado reactores de investigación con uranio altamente enriquecido a 41 países como parte de su programa Átomos para la Paz. En 2004, el Departamento de Energía de Estados Unidos amplió su programa de Aceptación del combustible nuclear gastado en reactores de investigación en el extranjero hasta 2019.^[4]

En 2016, un informe de las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina concluyó que la conversión de todos los reactores de investigación al uso de uranio poco enriquecido no se puede completar hasta 2035 como muy pronto. En parte, esto se debe a que el desarrollo de combustible poco enriquecido fiable para reactores de investigación con alto flujo de neutrones, que no sea susceptible a fallos por inflamación, ha sido más lento de lo esperado.^[5] En el año 2020 todavía quedaban 72 reactores de investigación de uranio altamente enriquecido.^[6]

Diseñadores y constructores

Si bien en las décadas de 1950, 1960 y 1970 había varias empresas especializadas en el diseño y construcción de reactores de investigación, la actividad de este mercado se enfrió posteriormente, y muchas compañías abandonaron esta actividad.

El mercado se ha consolidado hoy en unas pocas empresas que concentran los proyectos clave a nivel mundial.

La licitación internacional más reciente (1999) para un reactor de investigación fue la organizada por la Australian Nuclear Science and Technology Organisation para el diseño, construcción y puesta en servicio del reactor OPAL. Fueron precalificadas cuatro empresas: Atomic Energy of Canada Limited (AECL), INVAP, Siemens AG y Technicatom. El proyecto fue adjudicado a INVAP, que construyó el reactor. En los últimos años, AECL se retiró de este mercado y las actividades de Siemens y Technicatom se fusionaron en la compañía Areva.

Clases de reactores de investigación

• Reactor acuoso homogéneo
• Reactor clase Argonaut
• Clase DIDO, seis reactores de alto flujo en todo el mundo
• TRIGA, una clase de gran éxito con más de 50 instalaciones en todo el mundo
• Clase del reactor SLOWPOKE, desarrollada por AECL, Canadá
• Clase del reactor OPAL, desarrollada por INVAP, Argentina
• Reactor de fuente de neutrones en miniatura, basado en el diseño SLOWPOKE, desarrollado por AECL, actualmente exportado por China
• Aerojet General Nucleonics, Modelos 201. Desarrollado por Aerojet General en Estados Unidos. En la década de 2020 había tres de estos reactores en funcionamiento: en la Universidad Estatal de Idaho, en la Universidad de Nuevo México y en la Universidad de Texas A&M.

Centros de investigación

Artículo principal: Instalaciones de neutrones

Puede encontrarse una lista completa en el artículo Anexo:Reactores de investigación nuclear. Centros de investigación que operan un reactor:

Nombre del reactor	País	Ciudad	Institución	Nivel de potencia	Fecha de puesta en servicio
Reactor BR2	Bélgica	Mol	Centro Belga de Investigaciones Nucleares SCK•CEN	100 MW
Reactor de investigación de Budapest[7]	Hungría	Budapest	Centro de Investigación Energética de la Academia de Ciencias de Hungría	5 MW[7]	1959[7]
Reactor de formación de la Universidad Tecnológica de Budapest[8]	Hungría	Budapest	Universidad de Tecnología y Economía de Budapest	100 kW	1969
Reactor ILL High-Flux	Francia	Grenoble	Instituto Laue-Langevin	63 MW[9]
RA-6	Argentina	San Carlos de Bariloche	Instituto Balseiro / Centro Atómico Bariloche	1 MW[10]	1982[10]
Reactor ZED-2	Canadá	Deep River (Ontario)	Laboratorios de Chalk River de la compañía Atomic Energy of Canada Limited	200 W[11]	1960
Reactor nuclear McMaster	Canadá	Hamilton (Ontario)	Universidad McMaster	5 MW	1959
Reactor universal de investigación nacional	Canadá	Deep River (Ontario)	Laboratorios de Chalk River de la compañía Atomic Energy of Canada Limited	135 MW	1957
Reactores nucleares de Petten	Países Bajos	Petten	Grupo Neerlandés de Investigación y Consultoría Nuclear,[12] EU Joint Research Centre	30 kW and 60MW	1960
ORPHEE	Francia	Saclay	Laboratorio Léon Brillouin	14 MW	1980
FRM II	Alemania	Garching bei München	Universidad Técnica de Múnich	20 MW	2004
HOR	Países Bajos	Delft	Reactor del Instituto de Delft, Universidad Técnica de Delft	2 MW
BER II	Alemania	Berlín	Helmholtz-Zentrum de Berlín	10 MW
Mainz	Alemania	Maguncia	Instituto de Química de la Universidad de Mainz	100 kW[13]
TRIGA Mark II[14]	Austria	Viena	Instituto Atómico de la Universidad Técnica de Viena	250 kW	1962[14]
IRT-2000	Bulgaria	Sofía	Centro de investigación de la Academia de Ciencias de Bulgaria	2 MW
Reactor OPAL	Australia	Lucas Heights	Australian Nuclear Science and Technology Organisation	20 MW	2006
IEA-R1	Brasil	São Paulo	Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares	3.5 MW	1957
IRT-2000[15]	Rusia	Moscú	Instituto de Ingeniería Física de Moscú	2.5 MW[15]	1967[15]
SAFARI-1	Sudáfrica	Pelindaba	Corporación Sudafricana de Energía Nuclear	20 MW[16]	1965[16]
Reactor de Aplicación Avanzada de Neutrones de Alto Flujo	Corea del Sur	Daejeon	Instituto de Investigación de la Energía Atómica de Corea	30 MW[17]	1995[17]
LVR-15	República Checa	Řež	Instituto de Investigaciones Nucleares	10 MW[18]	1995[18]
Programa de reactores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte	Estados Unidos	Raleigh	Universidad Estatal de Carolina del Norte	1 MW[19]	1953[19]
Reactor de Isótopos de Alto Flujo	Estados Unidos	Oak Ridge (Tennessee)	Laboratorio Nacional Oak Ridge
Reactor de Pruebas Avanzado	Estados Unidos	Idaho	Laboratorio Nacional de Idaho	250 MW[20]
Centro de reactores de investigación de la Universidad de Missouri	Estados Unidos	Columbia (Misuri)	Universidad de Misuri	10 MW	1966
Maryland University Training Reactor	Estados Unidos	College Park (Maryland)	Universidad de Maryland	250 kW[21]	1970[21]
Reactor de la Universidad Estatal de Washington	Estados Unidos	Pullman (Washington)	Universidad Estatal de Washington	1 MW[22]
CROCUS	Suiza	Lausana	Escuela Politécnica Federal de Lausana
Reactor Maria	Polonia	Świerk-Otwock	Centro Nacional de Investigación Nuclear	30 MW	1974
TRIGA Mark I	Estados Unidos	Irvine (California)	Universidad de California en Irvine
Reactor de formación e investigación TRIGA Mark-II de la ITU	Turquía	Estambul	Universidad Politécnica de Estambul
ETRR-1	Egipto	Inshas	Centro de Investigación Nuclear	2 MW	1961
ETRR-2	Egipto	Inshas	Centro de Investigación Nuclear	22 MW	1997
Reactor de Investigación-1 de Ghana[23]	Ghana	Acra	Instituto Nacional de Investigación Nuclear de la Comisión de Energía Atómica de Ghana	30 kW

Reactores de investigación fuera de servicio:

Nombre del reactor	País	Ciudad	Institución	Nivel de potencia	Fecha de puesta en servicio	Fecha de cancelación	Desclasificado
ASTRA	Austria	Seibersdorf	Instituto Austriaco de Tecnología	10 MW	1960	1999
CONSORT	Reino Unido	Ascot	Imperial College London	100 kW
Reactor JASON	Reino Unido	Greenwich	Real Colegio Naval	10 kW	1962	1996
MOATA	Australia	Lucas Heights	Comisión Australiana de la Energía Atómica	100 kW	1961	1995
Reactor australiano de alto flujo	Australia	Lucas Heights	Comisión Australiana de la Energía Atómica		1958	2007
HTGR (Pin-in-Block Design)	Reino Unido	Winfrith, Dorset	Organismo Internacional de la Energía Atómica	20MWt	1964	1976	Julio de 2005[24]
DIDO	Reino Unido	Harwell	Establecimiento de investigación de energía atómica			1990
Nuclear Power Demonstrator	Canadá	Deep River (Ontario)	Planta de Rolphton de la compañía Atomic Energy of Canada Limited (AECL)	20 MW	1961	1987
NRX	Canadá	Deep River (Ontario)	Laboratorios de Chalk River de la compañía Atomic Energy of Canada Limited		1952	1992
Reactor PLUTO	Reino Unido	Harwell	Establecimiento de Investigación de la Energía Atómica	26 MW	1957	1990
Reactor PTR	Canadá	Deep River (Ontario)	Laboratorios de Chalk River de la compañía Atomic Energy of Canada Limited	10 kW	1957	1990
Reactor WR-1	Canadá	Pinawa (Manitoba)	Laboratorios Whiteshell de la compañía Atomic Energy of Canada Limited	60 MW	1965	1985
Reactor ZEEP	Canadá	Deep River (Ontario)	Laboratorios de Chalk River de la compañía Atomic Energy of Canada Limited		1945	1973
More Hall Annex	Estados Unidos	Seattle	Universidad de Washington	100 kW	1961	1988
Reactor Ewa	Polonia	Świerk-Otwock	Instituto de la Energía Nuclear POLATOM	10 MW	1958	1995
FiR 1	Finlandia	Espoo	Universidad Politécnica de Helsinki, posteriormente Centro de Investigación Técnica VTT de Finlandia	250 kW[25]	1962[25]	2015[26]
RV-1	Venezuela	Caracas	Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas	3 MW	1960	1994