¿Qué es el volumen?
El volumen es una cantidad física básica . El volumen es una cantidad derivada y expresa la extensión tridimensional de un objeto . El volumen a menudo se cuantifica numéricamente usando la unidad derivada del SI, el metro cúbico . Por ejemplo, el volumen dentro de una esfera (que es el volumen de una bola) se deriva para ser V = 4 / 3πr 3 , donde r es el radio de la esfera. Como otro ejemplo, el volumen de un cubo es igual a lado por lado por lado por lado. Dado que cada lado de un cuadrado es el mismo, puede ser simplemente la longitud de un lado en cubos .
Si un cuadrado tiene un lado de 3 metros, el volumen sería 3 metros por 3 metros por 3 metros, o 27 metros cúbicos.
Volumen de un átomo y núcleo
El átomo consiste en un núcleo pequeño pero masivo rodeado por una nube de electrones que se mueven rápidamente . El núcleo está compuesto de protones y neutrones . Los radios nucleares típicos son del orden de 10 −14 m. Asumiendo forma esférica, los radios nucleares se pueden calcular de acuerdo con la siguiente fórmula:
r = r 0 . A 1/3
donde r 0 = 1.2 x 10-15 m = 1.2 fm
Si usamos esta aproximación, por lo tanto, esperamos que el volumen del núcleo sea del orden de 4 / 3πr 3 o 7,23 × 10 −45 m 3 para los núcleos de hidrógeno o 1721 × 10 −45 m 3 para los núcleos de 238 U. Estos son volúmenes de núcleos y los núcleos atómicos (protones y neutrones) contienen aproximadamente el 99.95% de la masa del átomo.
Volumen de refrigerante en el sistema de refrigerante del reactor
Fuente: gidropress.podolsk.ru
utilizado con permiso de АО ОКБ “ГИДРОПРЕСС”
En los reactores de agua a presión modernos (PWR) modernos, el Sistema de refrigerante del reactor (RCS), que se muestra en la figura, consta de:
- el recipiente del reactor , que contiene el combustible nuclear
- cuatro bucles de transferencia de calor paralelos conectados a un recipiente reactor.
- cada circuito contiene una bomba de refrigerante principal y un generador de vapor .
- El sistema incluye un presurizador y sus sistemas auxiliares.
Todos los componentes RCS están ubicados dentro del edificio de contención .
En funcionamiento normal, hay un agua líquida comprimida dentro del recipiente del reactor, bucles y generadores de vapor. La presión se mantiene a aproximadamente 16MPa . A esta presión, el agua hierve a aproximadamente 350 ° C (662 ° F). La temperatura de entrada del agua es de aproximadamente 290 ° C (554 ° F). El agua (refrigerante) se calienta en el núcleo del reactor a aproximadamente 325 ° C (617 ° F) a medida que el agua fluye a través del núcleo. Como se puede ver, el reactor contiene aproximadamente 25 ° C de refrigerante subenfriado (distancia desde la saturación).
Esta alta presión es mantenida por el presurizador , un recipiente separado que está conectado al circuito primario (pierna caliente) y parcialmente llena con agua (parcialmente con vapor saturado ) que se calienta a la temperatura de saturación (punto de ebullición) para la presión deseada por calentadores eléctricos sumergidos . La temperatura en el presurizador se puede mantener a 350 ° C. En condiciones normales, aproximadamente el 60% del volumen del presurizador ocupa el agua comprimida y aproximadamente el 40% del volumen ocupa el vapor saturado .
Los volúmenes de PWR típicos se encuentran en la siguiente tabla.
Es un ejemplo ilustrativo, los siguientes datos no corresponden a ningún diseño de reactor.
Debe tenerse en cuenta que el volumen de refrigerante cambia significativamente con la temperatura del refrigerante. La masa total del refrigerante permanece siempre igual, un cambio en el volumen de agua no es un cambio en el inventario de agua. El volumen de refrigerante del reactor cambia con la temperatura debido a cambios en la densidad . La mayoría de las sustancias se expanden cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían . Sin embargo, la cantidad de expansión o contracción varía, dependiendo del material. Este fenómeno se conoce como expansión térmica . El cambio en el volumen de un material que sufre un cambio de temperatura viene dado por la siguiente relación:
donde ∆T es el cambio de temperatura, V es el volumen original, ∆V es el cambio de volumen y α V es el coeficiente de expansión del volumen .
El coeficiente de expansión térmica volumétrica para el agua no es constante en el rango de temperatura y aumenta con la temperatura ( especialmente a 300 ° C ), por lo tanto, el cambio de densidad no es lineal con la temperatura (como se indica en la figura).
Ver también: Tablas de vapor
En condiciones normales, el volumen total de refrigerante en el sistema de refrigeración del reactor es casi constante. Por otro lado, durante condiciones de carga transitoria, el volumen puede cambiar significativamente . Estos cambios se reflejan naturalmente en un cambio en el nivel del agua del presurizador. Cuando la temperatura promedio del refrigerante del reactor disminuye gradualmente, el volumen total de agua también disminuye, lo que disminuye el nivel del presurizador. En una recogida gradual de la carga, el aumento en la temperatura promedio del refrigerante del reactor hace que el volumen total de agua se expanda, lo que eleva el nivel del presurizador. Estos efectos deben ser controlados por el sistema de control de nivel del presurizador.
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