Cerrando el Ciclo Nuclear: Reactor Ruso de IV Generación BREST-OD-300
Reactor BREST-OD-300. Fuente: youtube.com
Reactor con "uranio empobrecido"
Los volúmenes cada vez mayores de combustible nuclear gastado están obligando a enajenar enormes territorios para su eliminación. Al menos 350 mil toneladas de materiales radiactivos se han acumulado en la Tierra en este momento. Las potencias que tienen plantas de energía nuclear están tratando de encontrar al menos algún uso para las sustancias peligrosas. Recientemente, se ha hablado de municiones rellenas con uranio empobrecido producido a partir de combustible gastado. Los caparazones son agradables, pero rara vez se usan para el propósito previsto. Por lo tanto, no son adecuados como principal usuario de combustible nuclear.
¿Por qué necesitamos un reactor de neutrones rápidos? ¿Qué tiene de malo el método tradicional basado en neutrones moderados artificialmente?
En primer lugar, se trata de combustible. Una planta de energía nuclear clásica, como Akkuyu en Turquía, que Rusia está construyendo actualmente para Turquía, consume el isótopo uranio-235 como combustible. No hay mucho en el mineral de uranio, es caro y las reservas deberían agotarse en cien años.
Los reactores de neutrones rápidos se "alimentan" de isótopos de uranio-238. Parecería que la diferencia es de solo tres unidades, pero hay un verdadero abismo entre estos isótopos. El 99 por ciento de todo el uranio en el mineral es el mismo isótopo 238. Es decir, hay mucho y es relativamente barato. Y es adecuado solo para plantas de energía nuclear en neutrones rápidos.
El bono principal de todos historias – El uranio-238 se genera como combustible gastado en reactores de neutrones lentos clásicos.
Sitio en Seversk, donde se está construyendo BREST-OD-300. Fuente: youtube.com
Volvamos al Akkuyu turco, que aún no se ha completado, pero ya recibió el primer lote de gránulos de uranio de Novosibirsk.
Tan pronto como se ponga en marcha la planta de energía nuclear, y en un par de años aparezca el combustible gastado, los científicos nucleares rusos se lo llevarán para usarlo en reactores de neutrones rápidos. Tal es el ciclo del uranio en la naturaleza.
Pero eso no es todo.
Tan pronto como el uranio-238 se lanza a un reactor de neutrones rápidos, no solo libera calor durante una reacción nuclear, sino que también genera un nuevo isótopo: el plutonio-239. Resulta ya un nuevo combustible mixto y universal, llamado "combustible MOX". Este es un buen producto: los japoneses y los europeos lo compran para sus plantas de energía nuclear con neutrones lentos o térmicos.
Para resumir la introducción, las centrales nucleares clásicas producen muchos residuos con una alta proporción de uranio-235, que se utiliza en los reactores de neutrones rápidos. Los reactores "rápidos", a su vez, dejan prácticamente listo el "combustible MOX" después de la operación. Estos desechos pueden devolverse a las centrales nucleares convencionales. El ciclo se cierra y la necesidad de “ecologizar” la industria energética global desaparece automáticamente.
Aprende a usar correctamente el átomo pacífico, y no necesitarás molinos de viento caprichosos, paneles solares u otros adornos. En manos de la civilización hay ahora una base de combustible sin fin, que durará varios milenios. En este escenario, incluso la fusión termonuclear semimítica parece superflua.
Todo está bien en esta historia, pero solo Rusia tiene tecnologías prioritarias en el campo de la energía nuclear libre de residuos. Y a nuestros antiguos socios en Occidente no les gusta mucho esto.
En un momento, participaron activamente en tecnologías de "neutrones rápidos" en el extranjero, pero debido al alto costo y la aparente falta de rentabilidad, todos los proyectos se cerraron. En los EE. UU., el reactor EBR-II se detuvo en 1994, en el Reino Unido, el DFR se detuvo en 1977 y el Superphenix francés se cerró en 1998.
Rusia siguió trabajando con reactores de neutrones rápidos, los únicos en el mundo. Esto debe ser recordado por todos los que siguen hablando de la aguja del petróleo y el gas, en la que supuestamente nuestro país se sentó definitivamente y de manera irrevocable.
Proyecto "Avance"
Teóricamente, no es difícil convertir un reactor ordinario de neutrones lentos en uno "rápido", para esto es suficiente reemplazar el agua en el núcleo con otra sustancia. El hecho es que el agua, el vapor de agua, algunas sustancias orgánicas y el dióxido de carbono atrapan y ralentizan los neutrones, deteniendo así el desarrollo de una reacción nuclear.
Si el cliente quiere un dispositivo basado en neutrones rápidos, entonces los metales de bajo punto de fusión, como el sodio, deberán cargarse en la zona caliente del reactor como refrigerante. Es el sodio fundido el que transfiere el calor de las barras de uranio al generador de vapor en el reactor de neutrones rápidos ruso BN-800. Se lanzó en 2015 en la central nuclear de Beloyarsk y ahora es la única unidad de este tipo en el mundo: los reactores clásicos de neutrones lentos gobiernan el mundo.
Quizás la principal desventaja del BN-800 es un refrigerante controvertido. Cualquiera que esté familiarizado con un curso de química escolar probablemente sepa que el sodio es muy activo y está listo para estallar en el aire, sin mencionar el contacto con el agua. Ya hay bastantes complicaciones con la chaqueta térmica de sodio. Por ejemplo, es necesario recargar combustible de un reactor en cámaras de vacío.
Sin embargo, los problemas tienen solución; de lo contrario, Rosatom no habría construido un segundo reactor rápido BN-1200, aún más potente. Su lanzamiento está previsto para la década de 2030 con una vida útil estimada de hasta 2090.
Pero la serie BN ya no pertenece a la corriente tecnológica rusa: la tecnología de transferencia de calor con plomo líquido ahora está en primer plano. En torno a esto gira el proyecto Proryv, cuyo elemento clave es el reactor experimental BREST-OD-300 (Natural Safety Lead-Cooled Fast Reactor).
La idea de construir un reactor de neutrones rápidos con plomo en el circuito primario nació a principios de los años 80, pero recién alcanzó su implementación práctica en 2021. BREST se está construyendo en la ciudad de Seversk en la región de Tomsk y prometen ponerlo en operación de prueba para fines de la década.
No es tan fácil venir y ver la construcción de un reactor único: Seversk es una ciudad cerrada, totalmente ocupada con la producción y la investigación nucleares. El sitio fue elegido por Siberian Chemical Combine, uno de los principales productores de combustible para Rosatom.
El plomo nunca se ha utilizado como refrigerante en reactores nucleares. Fuente: youtube.com
El plomo para los científicos nucleares es un refrigerante único. En el aire y en contacto con el agua, no se enciende, sino que se solidifica. Absorbe débilmente y no frena los neutrones, y la radiación ionizante, por el contrario, se retrasa muy bien. Como resultado, BREST y otros similares emitirán apenas más radiación que un refrigerador doméstico.
Una pregunta natural es ¿por qué BREST-OD-300 se clasifica como un reactor de cuarta generación? Aparte del plomo, ¿no es esencialmente diferente de la generación anterior de reactores de neutrones rápidos?
La cuarta generación de reactores nucleares implica toda una gama de parámetros, entre los que se encuentran en primer plano la seguridad, el respeto por el medio ambiente y el costo de la electricidad en la salida.
BREST-OD-300. Fuente: ippe.ru
BREST es famoso por una serie de soluciones no triviales.
En primer lugar, es caro y difícil fabricar combustible nuclear. Su nombre oficial es combustible mixto de nitruro de uranio y plutonio o combustible MNUP, fabricado cerca del reactor permanente en los talleres de Siberian Chemical Combine. Un hecho habla con elocuencia sobre la complejidad del nuevo producto: está hecho en una atmósfera de gas inerte.
El combustible SNP es muy seguro debido a su mínima reactividad. Si es bastante simple, entonces es imposible dispersarlo hasta límites catastróficos, como sucedió en Chernobyl. Según Rosatom, el proyecto Breakthrough en Seversk debería convertirse en
“un grupo de tecnologías nucleares del futuro, que incluye tres instalaciones interconectadas que no tienen análogos en el mundo: un módulo para la producción (fabricación/refabricación) de combustible nuclear de uranio-plutonio; unidad de potencia BREST-OD-300; así como un módulo de reprocesamiento de combustible irradiado”.
En teoría, BREST se autoabastecerá de plutonio-239 como componente principal del combustible, simplemente quemando la "minería" de otros reactores, consistente en uranio-238.
Elementos del proyecto "Breakthrough". Fuente: youtube.com
Ahora, las perspectivas del proyecto Proryv en general y del reactor BREST en particular están limitadas por una gran cantidad de “peros”.
En primer lugar, hasta que no se ponga en funcionamiento este costoso y complejo complejo, será imposible hablar de un renacimiento mundial de la energía nuclear rusa.
Ahora a todos les asusta la posibilidad de que se repita Fukushima y Chernóbil, lo que nos obliga a trabajar con reactores clásicos de agua a presión de neutrones lentos. Que, por cierto, son mejor construidos por los rusos. Pero esto conduce a un aumento inexorable de los desechos nucleares ya un agotamiento gradual de los minerales de uranio.
Pasarán entre 10 y 15 años, o incluso varias décadas, antes de que los equipos de clase BREST-OD-300 ocupen su lugar en el Olimpo mundial de la energía. No se puede hacer nada: tales son los términos de las revoluciones tecnológicas en el átomo civil.
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