Estar con amigos bolivianos docentes de física e investigadores, nos animó a compartir parte de nuestra experiencia. Ellos están por construir un reactor nuclear de investigación, qué buena oportunidad para compartir nuestra experiencia buena y mala. Es parte del trabajo.
REACTOR NUCLEAR RP10 Y FISICA DE REACTORES EN EL IPEN-PERU
1. EL REACTOR NUCLEAR RP10
FISICA DE REACTORES NUCLEARES EN EL PERÚ
Dr. Agustin Zúñiga Gamarra
Subdirector de Operación de Reactores Nucleares
Instituto Peruano de Energía Nuclear (IPEN-Perú)
19-21 de setiembre de 2016
UMSA-La Paz - Bolivia
2. Neutrones en el reactor nuclear - RP10
INSTITUTO PERUANO DE ENERGÍA NUCLEAR
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 2
3. INVITACIÓN
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 3
1. La física de reactores nucleares en
el IPEN-Perú. Una visión
experimental
2. La experiencia con el reactor
nuclear RP10 del Perú.
4. Contenido
1. Los reactores nucleares
1. Fundamentos físico
2. Centrales nucleares
3. Reactores de investigación
2. La física de reactores nucleares
1. Problema
2. Antes de la PES, Durante la PES, Comercial (visión
experimental)
3. La experiencia con el reactor nuclear del Perú (RP10).
1. El reactor nuclear RP0
2. El reactor nuclear RP10
3. Ejemplos de trabajos en FR con el RP10
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 4
6. TEMAS
1. El IPEN
a. Estructura orgánica
b. Video
c. Otros
2. El reactor nuclear
a. Reactor nuclear de investigación
b. El reactor nuclear central
c. La fuentes de neutrones
3. Accidentes
a. Accidentes nucleares
b. Accidente de Fukushima
c. De la Guerra a la Paz
4. Usos
a. La producción de radioisótopos (A.
robles, iridio)
b. El análisis multielemental (P.Bedregal)
c. Dosimetría neutrones (SEGURIDAD)
5. Educación
a. La Educación con los RR
b. El RP0
c. La física nuclear para iniciantes o
practicantes
d. Los practicantes
6. La física de reactores
a. Criticidad
b. Reactividad
c. Distribución de neutrones
d. Seguridad
e. Combustibles
7. Perspectivas:
a. Extensión de vida
b. Modernización
c. Utilización
Fin
Lima, 17 de Setiembre de 2016
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 6
7. Contenido
1. Los reactores nucleares
1. Fundamentos físico
2. Centrales nucleares
3. Reactores de investigación
2. La física de reactores nucleares
1. Problema
2. Antes de la PES, Durante la PES, Comercial (visión
experimental)
3. La experiencia con el reactor nuclear del Perú (RP10).
1. El reactor nuclear RP0
2. El reactor nuclear RP10
3. Ejemplos de trabajos en FR con el RP10
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 7
8. 1. LOS REACTORES NUCLEARES
1. Fundamentos físico
2. Centrales nucleares
3. Reactores de investigación
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 8
10. ¿De qué está hecha la materia?
A.ZuñigaUMSA-BOLIVIA 10
Griegos: Aristóteles Hoy: ATOMOS
Núcleo
Protones
Neutrones
Electrones
Ejercicio: Parte una tiza en dos 29 vecesDe qué tamaño es el átomo:
0.00000001 cm
11. ¿Qué es la energía nuclear?
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 11
Núcleo (Energía Nuclear): Electrones (Reacciones Químicas):
Mil camiones de 10 Toneladas de Carbón1 kg de Uranio
13 eV
Universo
Energía Materia 2
cmE
(Masa: m)(Masa: m=0)
1000000 eV
Huéspedes
p
n
Incomodidad
(Reacción
Nuclear)
Energía
Materia
FISION
12. ¿Qué es el uranio?
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 12
uranita
Productores de uranio
Producción de combustible nuclear
FISIÓN
Mil camiones de 10 Toneladas de Carbón1 kg de UranioFISION
200MeV
17. A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 17
¿Qué ocurrió en la fisión?
Caso:
Fisión del
Toda vez que se alcanza regiones de mayor
B, se libera energía
A menores lleva a FUSIÓN
A mayores lleva a FISIÓN
FUSIÓN
FISIÓN
IAEA -
RPhysics
18. K = 1.001, l = 10E-4 s
t = 1s
22000 veces
Importancia de los
neutrones retardados.
Capacidad de controlarlo.
np: 10E-15 s
nr: 0.2 a 55 s (0.65% U235)
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 18
20. REACTORES NUCLEARES DE
INVESTIGACIÓN
Dr. Agustín Zúñiga
ASOCIACIÓN DE PROFESIONALES NUCLEARES DEL PERÚ
Lima, Agosto 2012
Encuentro Científico Internacional, Agosto 2012
21. ¿Qué es esta construcción?
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 21
22. Preguntas
• ¿Qué es un reactor nuclear de investigación
(RNI)?
• ¿En qué se utilizan?
• ¿Cómo están los RNI en el mundo?
• ¿Hacia donde se orientan los RNI?
22A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA
23. 23
USO DE LOS RNI
• Alimentación y
Agricultura
• Medicina
• Industria
• Hidrología
• Medioambiente
• Análisis por Activación
Neutrónica
• Gamas prontos
• Neutrografía
• Difracción de neutrones
• BNCT
• Geocronología
• Ciencia de materiales
• Dosimetría
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA
25. 25
EL RNI RP10 (Caso Perú)
Sala Experimental
Cúpula del RP10
Potencia: 10 MW
Columna térmica
Haz de neutrografia
Tubo neumático
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA
26. 26
Consola del RP10
Boca de Tanque y
Pileta Auxiliar
Núcleo Reactor
Posiciones de Irradiación
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA
27. 27
Distribución del número de reactores de investigación para
países industrializados y en desarrollo.
Distribucion de Reactores de Investigación
6 14
38
155
283
324 327
314
288
257
220
190190
0 0 0
18
41
55
73 79 86 89 84 8686
6 14
38
173
324
379
400 393
374
346
304
276276
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Años
NúmerodeRI
Industrializados En desarrollo Total
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA
28. 28
Distribución de países que poseen reactores de
investigación en operación
Distribución de Paises con RI
3% 4%
5%
1%
7%
21%
19%
9%
5%
26%
Canada
Alemania
Francia
Reino Unido
Japón
Federación Rusa
Estados Unidos
China
Otros Industrializados
Otros en Desarrollo
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA
30. ¿Qué es Una central nuclear?
¿Cómo funciona una central nuclear?, ¿Cuántas centrales hay en el mundo?, ¿Cuál es el tiempo de vida
de un reactor?, ¿Cuál es el país que mas energía eléctrica nuclear utiliza?, ¿Cuáles son las centrales de
Japón?, ¿Qué es la potencia de una central?, ¿Cuáles son las perspectivas de los nuevos diseños de
centrales?, ¿Qué tiempo se demora en construir una central nuclear?
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 30
30
31. Partes de una central BWR
• Combustible nuclear (C)
• La turbina (T)
• Generador eléctrico (G).
• Condensador (K)
• bombas (P)
• Vasija que contiene el
núcleo (V).
• Moderador y refrigerante
(M)
• Elementos de control (D).
A.Zuñiga 31UMSA-BOLIVIA
35. Energía
nucleoeléctrica
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 35
Country Total MW
USA 99,784
France 58,493
Japan 38,875
Germany 22,657
Russian Federation 19,843
Canada 15,755
Ukraine 12,679
United Kingdom 11,720
Sweden 10,002
Republic of Korea 8,170
36. 2. LA FÍSICA DE REACTORES
NUCLEARES
1. Problema
2. Antes de la PES, Durante la PES, Comercial (visión
experimental)
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 36
37. Problema fundamental
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 37
Conocer (calcular o medir), para cualquier instante, t,
las características de la población neutrónica que se
extiende en una región, que contiene una arbitraria
pero conocida mezcla de materiales. La cantidad
principal, entonces, es la densidad neutrónica.
Densidad neutrónica
38. Ecuación de transporte de neutrones
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 38
Física de reactores es sobre todo el cálculo de la densidad o el flujo neutrónico
44. Magnitudes experimentales
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 44
De acuerdo a la vida del reactor (Antes de la PES, Durante la PES y Posterior a la PES
(comercial)):
1. Voltaje de trabajo
2. Tiempo muerto del detector
3. Masa crítica
4. Primera configuración crítica
5. Flujo neutrónico
6. Factores de pico
7. Potencia neutrónica
8. Valor en reactividad de barras de control
9. Coeficientes de reactividad
10. Evolución del veneno
11. Tiempo muerto de la configuración
12. Quemado del combustible
13. Dosis neutrónica
14. Evaluación de reacciones nucleares para la
producción de radioisótopo
45. Ejemplos de trabajos:
45
1. Distribuciones
2. Reactividades
3. Quemados
4. Dosis
5. Tasas de reacciones
1.2 Factor de Pico y Potencia
1.1 Carta de Activación
1.3 Distribución Tubo Tangencial
2.2 Tiempo Muerto
2.1 Tiempo Máximo de Veneno
3.1 Medicion de Quemado
4.1 Dosis de Neutrones por
Huellas Nucleares
5.1 Producción de Iridio 192
Monitores de Activación
Flujo Neutrónico
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA
46. OTAN: Reglamento LEY 28028
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 46
Lista de informes presentados para la
modificación de una configuración
nuclear
52. Consola del reactor
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 52
PSI (panel superior izquierdo)
PSC (panel superior central)
PSD (panel superior derecha)
PII (panel inferior izquierdo)
PIC (panel inferior central)
PID (panel inferior derecha)
CAP 8. INST CONT
53. 3. LA EXPERIENCIA CON EL REACTOR
NUCLEAR DEL PERÚ (RP10).
1. El reactor nuclear RP0
2. El reactor nuclear RP10
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 53
54. Aproximación a la Educación con el Reactor
Nuclear RP0. (Cuzco, 23-26-Nov- 20015)
Reactor nuclear RP0 –IPEN-PERÚ
SIMPOSIO INTERNACIONAL SOBRE EDUCACIÓN, CAPACITACIÓN Y GESTIÓN DEL CONOCIMIENTO EN
ENERGÍA NUCLEAR Y SUS APLICACIONES
A.Zuñiga
UMSA-BOLIVIA
54
56. Figura 6. El núcleo del reactor RP0, dispone de sistema de posicionamiento
neumático y manual de muestras. Facilidades para estudios con detectores de
neutrones y física de reactores.
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 56
58. Problema: débilmente integrado a la
educación
El RP0 débilmente integrado a la educación
Facilita el cierre
Pobre uso
Poco interés por
conocimiento nuclear
Poco impacto
en la sociedad
Estudiantes con limitada
preparación experimental
materias nucleares poco
experimentales
Pocos
clientes
Inadecuados
productos
Insuficiente
instrumentación
Insuficientes
materiales
Insuficientes
especialistas
Opción 1 Opción 2 Opción 3 Opción 3 Opción 4
A.ZuñigaUMSA-BOLIVIA
58
59. 1. Hallazgo de la fuente radioactiva
2. Identificación de un sistema nuclear de
medición (SNM)
3. Calibración en energía del sistema
4. Determinación de la eficiencia del SNM
5. Medición del periodo de semidesintegración
de una fuente radiactiva
6. Medición de la actividad absoluta de un
radioisótopo
A.Zuñiga 59UMSA-BOLIVIA
Experimentos:
60. Figura 14. Resultados de la medición de la actividad del radioisótopo producido en
el reactor, (a) condiciones de irradiación y contaje del radioisótopo, (b)
determinación de la eficiencia para la muestra (In-116), (c) determinación de la
actividad del radioisótopo. (Experimento 6)
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 60
E6)
63. Física Nuclear
1. Características de una cadena nuclear
2. Medición de voltaje de trabajo
3. Estadística nuclear
4. Medición del tiempo muerto
5. Medición del periodo de semidesintegración
6. Medición de efecto compton, fotoeléctrico y producción
de pares
7. Medición de eficiencia de fotopico
8. Medición de actividades absolutas
9. Espectrometría gamma
10. Medición de secciones eficaces
11. Medición de efecto compton
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 63
64. Física de Reactores
1. Características de detectores del reactor
2. Medición de voltaje de trabajo
3. Medición de tiempo muerto
4. Medición de eficiencia
5. Medición de masa crítica
6. Medición de reactividad por periodo
7. Medición de flujo neutrónico
8. Producción de radioisótopo
9. Medición de espectro neutrónico
10. Medición de dosis neutrónica
11. Medición de potencia del reactor
12. Medición de coeficientes de reactividad
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 64
68. Calibración del multicanal
Análisis de espectrometría gamma
Determinación de la eficiencia de fotopico
Espectro gamma
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 68
69. EL REACTOR NUCLEAR RP10
Características básicas: Combustibles, Flujos, Aplicaciones, Actuales y
Perspectivas
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 69
70. Figura 3. Esquema de un reactor nuclear de investigaciones: el núcleo, facilidades de irradiación dentro
del núcleo y externas, sistemas de refrigeración, consola de mando para la operación y la contención.
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 70
RP10
71. Consola del RP10
Boca de Tanque y
Pileta Auxialiar
Núcleo Reactor
Posiciones de Irradiación
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 71
72. 72
EL RNI RP10 (Caso Perú)
Sala Experimental
Cúpula del RP10
Potencia: 10 MW
Columna térmica
Haz de neutrografia
Tubo neumático
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA
73. Planta de producción de radioisótopos
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 73
Pasadizo caliente: se recoge los
blancos irradiados en el
reactor
Celdas de trabajo
74. 74
¿Qué hace el RP10?
Producción de
Radioisótopos
Análisis por
Activación
Neutrónica
Educación y
Entrenamiento
Investigación y
Desarrollo en
Ciencias
Nucleares y
Materiales
Radiografía
Neutrónica
RP10
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA
75. Figura 4. Matriz de usos de un reactor nuclear de investigación. (E&T: educación y entrenamiento, NAA:
análisis por activación neutrónica, PGNAA: … por gamas prontos; IP: producción de radioisótopos;
Geocronología; Efectos de transmutación; Imagen con neutrones; dispersión neutrónica; fuente de
positrones; BNCT: terapia por captura de neutrones en boro: ensayos)
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 75
76. Tabla 1. Utilización de los
reactores de investigación
en la actualidad, [3]
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 76
Tipo de aplicación
Número de
reactores de
investigación
involucrados (a)
Número de
estados
miembros con la
facilidades
utilizadas
Educación y entrenamiento 172 54
Análisis por activación
neutrónica
125
54
Producción de radioisótopos 94 45
Irradiación de materiales 75 29
Radiografía neutrónica 71 40
Dispersión de neutrones 50 33
Transmutación (dopado de
silicio)
31
20
Geocronología 25 21
Terapia por captura de
neutrones en boro (incluyendo
investigación y desarrollo)
23
13
Transmutación (gemas) 22 13
Otros (b) 126 31
(a) De los 273 reactores de investigación considerados, 248 estuvieron operativos, 15
en parada temporal, 4 en construcción y 6 planeados.
(b) Otras aplicaciones incluyen: calibración y ensayo de instrumentos y dosimetría;
experimentos de blindajes; experimentos de física de reactores; mediciones de data
nuclear; y turismo para público y seminarios. Fuente: IAEA Base de datos de reactores
de investigación (marzo 2011)
77. Matriz de utilización en los RIN
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 77
1. Educación y entrenamiento
2. NAA
3. Producción de radioisótopos
4. Geocronología
5. Transmutación de Si
6. Radiografía neutrónica
7. Estudios de estructura de materiales
8. AAN con gamas prontos
9. Fuente de positrones
10. Terapia por captura de neutrones
11. Ensayos
RP10
IAEA
91. TRABAJOS EJEMPLOS
• Características nucleares (voltaje trabajo, tiempo muerto detector)
• Aproximación a crítico (primer crítico, ahorro por reflector)
• Distribución de neutrones (indicadores, flujo neutrónico, potencia,
factor pico)
• Reactividad (tiempo muerto, veneno, quemado)
• Otros (geocronología, neurografía, Iridio-192, burnup, dosis
neutrónica)
• Educación con RR, Accidentes nucleares, Educación RP0, Practicantes
RP10, Huellas nucleares alfa, De la Guerra a la Paz.
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 91
92. TEMAS
1. El IPEN
a. Estructura orgánica
b. Video
c. Otros
2. El reactor nuclear
a. Reactor nuclear de investigación
b. El reactor nuclear central
c. La fuentes de neutrones
3. Accidentes
a. Accidentes nucleares
b. Accidente de Fukushima
c. De la Guerra a la Paz
4. Usos
a. La producción de radioisótopos (A.
robles, iridio)
b. El análisis multielemental (P.Bedregal)
c. Dosimetría neutrones (SEGURIDAD)
5. Educación
a. La Educación con los RR
b. El RP0
c. La física nuclear para iniciantes o
practicantes
d. Los practicantes
6. La física de reactores
a. Criticidad
b. Reactividad
c. Distribución de neutrones
d. Seguridad
e. Combustibles
7. Perspectivas:
a. Extensión de vida
b. Modernización
c. Utilización
Lima, 17 de Setiembre de 2016
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 92
93. EL IPEN
VIDEO 1: IPEN (imágenes, poco volumen)
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 93
95. Ejemplos de trabajos:
95
1. Distribuciones
2. Reactividades
3. Quemados
4. Dosis
5. Tasas de reacciones
1.2 Factor de Pico y Potencia
1.1 Carta de Activación
1.3 Distribución Tubo Tangencial
2.2 Tiempo Muerto
2.1 Tiempo Máximo de Veneno
3.1 Medicion de Quemado
4.1 Dosis de Neutrones por
Huellas Nucleares
5.1 Producción de Iridio 192
Monitores de Activación
Flujo Neutrónico
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA
103. PERSPECTIVAS:
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 103
I. Modernización del reactor y sus sistemas auxiliares, incluido el cambio de
combustibles.
II. Incremento de uso (nacional o internacional)
III. Ampliación de vida útil, gestionando el envejecimiento de sistemas,
estructuras y componentes.
IV. Mejoramiento de la seguridad integral (nuclear, física, radiológica,
salvaguardias, etc.)
V. PER 1015: Mejoramiento de Seguridad y Utilización del RP10
(mercado, plan de usos, difusión, mantenimiento, envejecimiento,
calidad, cultura de seguridad)
VI. ARCAL (2016-2107: 012): Calificación de personal para reactores
de investigación (Regional, usando RP10 y RP0)
105. BOLIVIA Y PERU HACIA ATENEA
A.Zuñiga UMSA-BOLIVIA 105
Bandas de diabladas es su emblema tradicional
Olor a oro y plata dice su historia encomiable
Los colores de su bandera recuerdan a Incas o Aymaras
Invocando con ello respeto y compromiso con sus raíces
Venimos motivados por compartir conocimiento nuclear
Invitados por la cortesía fraternal de colegas físicos
Amantes de la docencia e investigación rigurosa e integral
La ciudad de Nuestra Señora de la Paz nos espera
Aman la paz y la hermandad desde su cuna
Perú y Bolivia compartieron entrañas con Pachacutec el Líder
Ahora con historia y corazón exigen mar propio
Zares del dinero y la corrupción saquearon sus riquezas
Universidades e institutos de investigación unámonos
Manejemos nuestros saberes locales lanzándolos al mundo
Sumémonos a la ciencia de frontera resolviendo nuestros problemas
Andinos y amazónicos somos, es nuestra geografía reto y ventaja
Portemos el estandarte de la ciencia desde la infancia
Entremos en morenada por la puerta grande a la era del conocimiento
Rompiendo las cadenas de atávicas jerarquías y paradigmas
Uniendo corazón, tecnología, y mente encontraremos atajos a la gloria de Atenea