Reactor rápido puede multiplicar por 60 la tasa de utilización de los recursos de uranio

(Foto: Cortesía de la Corporación Nuclear Nacional de China)

Por Leng Shumei

La carcasa del reactor rápido refrigerado por plomo Brest-OD-300 de Rusia en Seversk está a punto de completarse, informó el martes la revista técnica nuclear Nuclear Engineering International, citando al contratista general Titan-2.

El Brest-OD-300 se está construyendo en la Planta Química de Siberia (SCC, parte de la compañía de combustible Rosatom TVEL) como parte del complejo piloto de demostración de energía ODEK - Opitno Demonstratsionovo Energo-Kompleksa, que forma parte del proyecto Breakthrough (Proryv) destinado a demostrar la tecnología de ciclo cerrado de combustible.

Unos dos meses antes, la revista Nuclear Engineering International también informó que se espera que el reactor de investigación de neutrones rápidos refrigerado por sodio más grande del mundo, una instalación de 150 megavatios, MBIR (Mnogotselevoi Bistrii Issledovatelskii Reaktor), comience a funcionar en 2027. La medida permitirá a Rusia dar un gran salto en la investigación nuclear.

Desde su nacimiento en 1960, los reactores rápidos han atraído cada vez más atención en todo el mundo porque pueden proporcionar energía eficiente, segura y sostenible. El ciclo cerrado de combustible de los reactores rápidos puede apoyar el desarrollo a largo plazo de la energía nuclear como parte de la futura estructura energética mundial y reducir la carga de los residuos nucleares. Por lo tanto, el reactor rápido se ha convertido en una de las direcciones de desarrollo de la energía nuclear mundial de cuarta generación.

Como eslabón intermedio en la hoja de ruta de la tecnología de energía nuclear de "tres pasos" de China de "reactor de neutrones térmicos - reactor rápido - reactor de fusión nuclear controlada", el desarrollo de reactores rápidos siempre ha atraído la atención de la industria. El primer reactor de neutrones rápidos refrigerado por sodio de China, el Reactor Rápido Experimental de China (MCER), ubicado en el Instituto de Energía Atómica de China (CIAE), con sede en Beijing, adscrito a la Corporación Nuclear Nacional de China (CNNC), es la piedra angular del desarrollo de la tecnología de reactores rápidos del país.

De acuerdo al Organismo Internacional de Energía Atómica, los reactores rápidos refrigerados por sodio son la tecnología de reactores rápidos más madura, con más de 400 años de experiencia acumulada en reactores adquiridos a través del diseño, construcción, operación y desmantelamiento de reactores experimentales, prototipos, de demostración y comerciales en múltiples países como China, Francia, Alemania, India, Japón, Rusia, Reino Unido y Estados Unidos.

"El sistema de energía nuclear de cuarta generación demuestra una nueva etapa de desarrollo de la energía nuclear con sus amplias ventajas. Mediante el establecimiento de un sistema de energía nuclear de reactor rápido y la aplicación de un ciclo cerrado de combustible, se puede lograr el reciclaje de los recursos de uranio, aumentando la tasa de utilización de los recursos de uranio de menos del 1 por ciento hasta alrededor del 60 por ciento, y se espera que el desarrollo de la energía de fisión nuclear se extienda de una escala de tiempo de cien años a una escala de tiempo de mil años”, destacó Zhou Peide, ingeniero jefe adjunto del Instituto de Energía Atómica de China y diseñador jefe del proyecto de reactor rápido integrado de China.

La estrategia de "reactor de neutrones térmicos-reactor rápido-reactor de fusión nuclear controlado" se propuso por primera vez en 1983 con el fin de resolver los problemas asociados con el desarrollo sostenible de la energía nuclear y el suministro seguro y eficaz a largo plazo de combustible nuclear en China.

Después de décadas de desarrollo, la tecnología de reactores térmicos de China se está volviendo cada vez más madura, y los reactores de neutrones térmicos representan más del 90 por ciento de la generación de energía nuclear. En comparación con la tecnología de reactores térmicos, los sistemas de energía nuclear de reactores rápidos tienen ventajas como una alta tasa de utilización de recursos de uranio, una alta seguridad de los reactores y la minimización de los desechos de alto nivel.

Zhou señaló que la mayoría de los reactores nucleares de tercera generación son reactores de agua a presión, que pertenecen a la categoría de reactores de neutrones térmicos. El principal material utilizado en estos reactores es el uranio-235, que representa apenas alrededor del 0,7 por ciento del uranio natural que se encuentra en el planeta. En comparación, los reactores rápidos pueden utilizar el uranio-238, que está presente en un 99,3 por ciento del uranio natural. Este cambio hace que aumente la tasa de utilización del uranio natural a más del 60 por ciento.

En términos de seguridad, la presión de trabajo dentro de la vasija del reactor rápido es ligeramente superior a la presión atmosférica, perteneciendo a un sistema de baja presión con una temperatura de trabajo del refrigerante a más de 300 grados por debajo del punto de ebullición. Al mismo tiempo, la seguridad inherente del reactor es alta y se pueden usar sistemas no energéticos para eliminar durante un accidente el calor residual del reactor.

Un sistema completo de energía nuclear de reactor rápido consta de centrales eléctricas de reactor rápido, plantas de fabricación de combustible de reactor rápido, instalaciones de reprocesamiento de combustible gastado de reactor rápido y otras partes.

Al colocar el reactor rápido, los elementos de reciclaje de combustible (incluido el reprocesamiento del combustible gastado y la fabricación de combustible nuevo) y otros elementos de apoyo en el mismo sitio, se formará un sistema integrado de energía nuclear con circulación de combustible autosostenida y circulación rápida dentro de la planta.

De acuerdo a los cálculos de la Asociación de la Industria de Energía Nuclear de China, para 2060, la capacidad instalada de energía nuclear de China debe alcanzar los 400 millones de kilovatios.

"Teniendo en cuenta tanto la seguridad como el suministro de uranio, continuar construyendo reactores de agua a presión con una capacidad instalada de 200 millones de kilovatios y luego hacer la transición a reactores rápidos integrados será un enfoque tecnológico factible para lograr el objetivo de casi 400 millones de kilovatios de energía de fisión nuclear instalada total para 2060", subrayó Zhou.

“Sin embargo, la construcción de reactores rápidos integrados aún se enfrenta a un largo y arduo camino. Los reactores rápidos integrados aún necesitan abrirse paso a través de tecnologías clave como reactores avanzados, combustibles avanzados y reprocesamiento avanzado, lo que requiere una innovación significativa en ingeniería y tecnología”, concluyó Zhou.