Departamento de Energía elige dos reactores nucleares avanzados para proyectos de demostración | Ciencias

El reactor de Natrium de TerraPower usaría sodio fundido para enfriar su núcleo (azul). La sal fundida que circula desde (rojo) y hacia (naranja) el reactor alejaría el calor.

TerraPower

Por Adrian Cho

Con la esperanza de revivir la moribunda industria de la energía nuclear de EE. UU., El Departamento de Energía (DOE) anunció esta semana que ayudará a construir dos reactores nucleares radicalmente nuevos. dentro de los 7 años. Fundado por Nuevo programa de demostración de reactores avanzados del DOE, los diseños incluyen características exóticas como enfriamiento con sodio o helio en lugar de agua en un intento por ser más seguros y económicos que los reactores de potencia convencionales.

Los funcionarios del DOE “estaban tratando de hacer algo nuevo e impulsar la tecnología, pero también de mantenerse dentro de ese plazo de 7 años”, dice Ashley Finan, ingeniera nuclear y directora del Centro Nacional de Innovación de Reactores en el Laboratorio Nacional de Idaho que no participó en la elección. “Creo que estos dos [designs] se consideró que estaban listos para la demostración “.

El DOE dividirá el costo total de construcción de cada planta con la industria privada. Cada proyecto recibe $ 80 millones este año y podría recibir un total de entre $ 400 millones y $ 4 mil millones en fondos durante los próximos 5 a 7 años. La agencia también tiene la intención de otorgar premios adicionales más pequeños este año para ideas menos maduras, dice Finan. Un comité de expertos cuya lista no se ha publicado se seleccionó entre varios diseños, dice.

Los dos diseños ganadores se desvían fundamentalmente de un reactor de potencia convencional, que es esencialmente una caldera. Dentro del núcleo de un reactor nuclear, los átomos de combustible de uranio se dividen en una reacción en cadena, liberando energía y neutrones que vuelan libremente, que luego dividen otros átomos de uranio. En un reactor de potencia convencional, la energía calienta el agua de “enfriamiento” altamente presurizada que circula por el núcleo. Aún bajo presión, el agua de enfriamiento fluye a un generador de vapor externo, donde hierve agua en un circuito separado, produciendo vapor que impulsa turbinas para generar electricidad.

En lugar de agua, el reactor de sodio de 345 megavatios de TerraPower, Inc. y GE Hitachi utilizaría sodio metálico fundido como refrigerante. Debido a que el sodio tiene una temperatura de ebullición mucho más alta que el agua, el refrigerante no tendría que estar presurizado, lo que reduce la complejidad y el costo de la planta. El sodio transferiría su calor a la sal fundida, que luego podría fluir directamente a un generador de vapor o a un tanque de almacenamiento, para ser retenido para generar vapor y electricidad más tarde. A diferencia de una planta de energía nuclear convencional, la planta de Natrium podría aumentar o disminuir rápidamente su producción total incluso si su reactor continúa funcionando de manera constante y eficiente. Eso podría complementar las fuentes renovables como la energía eólica y solar, que producen niveles de energía fluctuantes que deben equilibrarse.

En contraste, el diseño Xe-100 de X-Energy usaría gas helio presurizado para enfriar su combustible a base de uranio. Ese combustible no se envasaría en las barras convencionales revestidas de metal, sino en “guijarros”, esferas de grafito impregnadas de innumerables granos de cerámica que contienen el uranio. Como una máquina gigante de chicles, el reactor contendría 220.000 guijarros, que descenderían lentamente a través del núcleo y, a medida que se gastara el combustible, saldrían por un puerto en la parte inferior. Calentado a 750 ° C, el helio generaría vapor en un circuito secundario para producir electricidad. En principio, los guijarros no se pueden derretir, eliminando el riesgo de derretimiento. Cada Xe-100 generaría 80 megavatios y una planta constaría de cuatro de los reactores modulares.

Ambas plantas deberían ser más sencillas y económicas que las centrales nucleares convencionales. Debido a que el refrigerante de sodio y sodio no está presurizado, el reactor requiere una estructura de contención más pequeña que un reactor convencional. La planta también “desacopla” el reactor y las partes de la instalación que generan electricidad, que se encuentran en lados opuestos de los tanques de almacenamiento. Esas características deberían permitir a los ingenieros reducir el uso del costoso hormigón armado en un 80%, dice Tara Neider, ingeniera de TerraPower y directora de proyecto para el diseño de Natrium. “Natrium se trata de hacer una planta nuclear más simple para que pueda ser más eficiente”, dice. Ambas compañías dicen que aún tienen que elegir los sitios para sus reactores.

Ambos reactores también se apartarían de los diseños convencionales al utilizar un combustible más enriquecido en uranio-235, el isótopo fisionable que es clave para generar una reacción en cadena. Para minimizar el riesgo de que el combustible, fresco o gastado, pueda desviarse para crear un arma nuclear, los reactores de potencia refrigerados por agua funcionan con combustible que es 3,5% de uranio 235. Los reactores Natrium y Xe-100 utilizarían combustible enriquecido al 20%, lo que les permitiría funcionar durante más tiempo con un lote de combustible y extraer más energía de él. Dicho combustible no se produce actualmente en los Estados Unidos, pero los fabricantes actuales podrían hacerlo con relativa facilidad, dice Finan. El combustible también sería difícil de desviar a las armas, dice, en parte porque requeriría menos paradas para repostar.

Como en muchas cosas nucleares, lo viejo es nuevo: desde el nacimiento de la era nuclear en la década de 1950, los ingenieros han construido un puñado de reactores refrigerados por sodio e incluso un par de reactores de lecho de guijarros. Pero el diablo está en los detalles de diseño, y tanto TerraPower como X-Energy tienen como objetivo fabricar reactores que sean seguros y puedan competir con formas de energía más baratas. En última instancia, TerraPower espera comercializar una planta de Natrium por menos de mil millones de dólares, dice Neider.

Este año, DOE planea otorgar entre dos y cinco premios más por diseños de reactores avanzados que son aún más frescos, dice Finan. “El DOE quiere proporcionar un camino a seguir para estas tecnologías que bien podrían cambiar las reglas del juego, pero que no están listas para la demostración”, dice. Cada premio de “reducción de riesgo” consistiría en $ 30 millones este año y hasta $ 400 millones en total durante 7 años.

Para los ingenieros nucleares estadounidenses, la perspectiva de construir nuevos reactores avanzados es emocionante, después de más de dos décadas durante las cuales Estados Unidos puso en servicio solo un nuevo reactor de potencia. “Esto es para lo que hemos estado trabajando desde el principio”, dice Neider. “Son tiempos emocionantes”. Pero ese futuro brillante dependerá de la financiación continua del Congreso y del apoyo de lo que podría ser una nueva administración presidencial. Y, en última instancia, los desarrolladores deben demostrar que la energía nuclear puede competir económicamente con otras formas de energía.

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