Reactor A2W

El reactor A2W es un reactor nuclear naval utilizado por la Marina de los Estados Unidos para proporcionar generación de electricidad y propulsión en buques de guerra. La designación A2W significa:

• A = Plataforma de transporte aéreo
• 2 = núcleo de segunda generación diseñado por el contratista
• W = Westinghouse fue el diseñador contratado

Historia

Este reactor nuclear se utilizó en el primer portaaviones de propulsión nuclear del mundo, el USS Enterprise (CVN-65). Las cuatro plantas de propulsión del Enterprise contenían cada una dos reactores, numerados según el eje que alimentaban, 1A-1B, 2A-2B, 3A-3B y 4A-4B. Cada planta de propulsión era capaz de operar en una planta de reactor en la mayor parte del rango de potencia requerido para impulsar el barco a velocidades superiores a 33 nudos (60 km/h). Ambos reactores habrían estado en línea para proporcionar simultáneamente la velocidad máxima del barco y la capacidad de lanzamiento del avión.

Diseño y funcionamiento

Los reactores son reactores de agua a presión alimentados con uranio-235 altamente enriquecido (más del 93 %). El agua ligera se utiliza como moderador de neutrones y como refrigerante del reactor. Las barras de control de hafnio se utilizan para controlar el funcionamiento del reactor. La extracción de las varillas a una altura calculada permite que el reactor alcance la criticidad, el punto en el que las reacciones de fisión nuclear alcanzan un nivel de autosostenimiento. Posteriormente, el flujo de vapor (de los generadores de vapor) regula la potencia del reactor como se explica a continuación. Las barras de control están "calzadas" hacia adentro o hacia afuera para regular la temperatura promedio del refrigerante o hacia el fondo de la vasija del reactor para apagar el reactor, ya sea de manera lenta y controlada o hacia abajo rápidamente durante lo que se llama SCRAM para apagar el reactor inmediatamente en caso de emergencia.

Gran parte del control de potencia del reactor durante la operación en estado estable se debe al coeficiente de temperatura negativo del agua refrigerante. La potencia del reactor está determinada por la tasa instantánea de eventos de fisión que tienen lugar en el combustible. A medida que el agua se calienta, se expande y se vuelve menos densa, lo que proporciona menos moléculas por volumen para moderar los neutrones, por lo tanto, se ralentizan menos neutrones a las energías térmicas requeridas para sostener la fisión térmica. Por el contrario, cuando la temperatura del agua refrigerante disminuye, su densidad aumenta y un mayor número de neutrones alcanzan la energía térmica requerida, aumentando el número de fisiones por unidad de tiempo, creando más calor. Esto tiene el efecto de permitir que la "demanda de vapor" para controlar la potencia del reactor, requiriendo poca intervención por parte del Operador del Reactor para cambios en la potencia demandada por las operaciones del buque.

El agua caliente de los reactores se envía, a través de grandes tuberías, a intercambiadores de calor llamados generadores de vapor. Allí, el calor del agua de refrigeración del reactor sobrecalentada y presurizada se transfiere, a través de las paredes de los tubos, al agua que se alimenta a los generadores de vapor desde un sistema de alimentación separado. En los sistemas A1W y A2W, el agua refrigerante del reactor se mantiene entre 274 y 285 °C (525 y 545 °F). En los generadores de vapor, el agua del sistema de alimentación se convierte en vapor a 535 °F (279 °C) y una presión de aproximadamente 600 psi (4 MPa). Una vez que el agua de refrigeración del reactor ha cedido su calor en los generadores de vapor, se devuelve, mediante grandes electrobombas (cuatro por reactor), a los reactores para repetir el ciclo.

El vapor saturado a 600 psi se canaliza desde cada generador de vapor a un cabezal común, donde el vapor se envía al motor principal, a los generadores eléctricos, al sistema de catapulta de la aeronave y a varios auxiliares. Hay dos turbinas de propulsión principales, una turbina de alta presión y una turbina de baja presión, con un separador de humedad entre las dos. La turbina de propulsión principal de baja presión tiene dos extremos, por lo que el vapor entra en el centro y se divide en dos corrientes a medida que ingresa a las ruedas de la turbina real, expandiéndose y cediendo su energía al hacerlo, lo que hace que la turbina gire a alta velocidad.. El eje principal entra en un engranaje de reducción en el que la alta velocidad de rotación del eje de la turbina se reduce a un régimen de giro utilizable para propulsar el barco. El vapor gastado del motor principal y otros auxiliares ingresa a los condensadores para ser enfriado en agua líquida y reciclado al sistema de alimentación.