China ha creado el primer reactor nuclear a prueba de fusión
El nuevo reactor de lecho de guijarros puede ofrecer opciones de energía nuclear más seguras para el futuro.
Se utilizan varios métodos para enfriar los reactores nucleares, pero en última instancia, todos requieren intervención humana si todo sale mal. Ahora China ha desarrollado un sistema que puede enfriarse a sí mismo, lo que significa que los riesgos de una crisis son mucho menores.
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China ha creado la primera central nuclear a gran escala que aparentemente es resistente a las fusiones. Aunque este diseño no se puede adaptar a los reactores nucleares existentes, proporciona un modelo que se puede utilizar para cualquier construcción futura.
¿Cómo se enfrían los reactores nucleares?
Los reactores nucleares existentes requieren sistemas de refrigeración motorizados para funcionar. La naturaleza de estos sistemas puede variar según el diseño del reactor (la mayoría usa agua, pero algunos usan refrigerantes como CO2, helio, metales fundidos o sales fundidas), pero todos hacen esencialmente lo mismo: transportan el exceso de calor lejos del núcleo del reactor.
Se sabe que los sistemas de refrigeración por agua proporcionan una alta densidad de potencia que se traduce en una mejor eficiencia térmica (básicamente, la relación entre la producción de trabajo y la entrada total de energía térmica en un sistema), pero tienen desventajas. Por ejemplo, siempre existe la posibilidad de que se produzca una explosión si el reactor se funde. Esto se debe a que, si las bombas de agua pierden potencia, el calor de las barras de combustible del reactor puede dividir el agua en gases explosivos de hidrógeno y oxígeno.
Fue un problema como este el que contribuyó al accidente nuclear de Fukushima en 2011, cuando una pérdida de energía provocó que las barras de combustible, que estaban inundadas, se sobrecalentaran, lo que provocó una explosión.
Los reactores refrigerados por gas tienen menos probabilidades de explotar que sus homólogos refrigerados por agua, pero también tienden a tener una menor eficiencia térmica.
Pero independientemente del tipo de sistema de refrigeración empleado, en caso de emergencia, se necesita intervención humana para apagar el rector y evitar un desastre. Generalmente, esto se debe a que los sistemas de refrigeración dependen de fuentes de energía externas.
¿Qué tiene de especial el nuevo diseño del reactor?
Un tipo nuevo (más o menos) de diseño de reactor, conocido como reactor de lecho de guijarros (PBR), puede tener soluciones a los problemas inherentes a los diseños más antiguos. Estos reactores son seguros “pasivamente”, por lo que pueden apagarse por sí solos si hay algún problema con el sistema de enfriamiento.
A diferencia de otros reactores que dependen de barras de combustible de alta densidad energética, los PBR utilizan “guijarros” de combustible más pequeños y de baja densidad energética en mayores cantidades. Aunque contienen menos uranio que las barras de combustible tradicionales, hay más. También están rodeados de grafito, que se utiliza para moderar la cantidad de actividad de neutrones en el núcleo. Esto ayuda a ralentizar las reacciones nucleares, lo que genera menos calor.
Como tal, una menor densidad de energía significa que el exceso de calor puede distribuirse entre los guijarros y transferirse más fácilmente.
Esto puede sonar bien, pero hasta hace poco los únicos reactores PBR que existían eran prototipos en Alemania y China. Sin embargo, China ha construido un módulo de lecho de guijarros de reactor refrigerado por gas a temperatura a gran escala (HTR-PM) en Shandong, que entró en funcionamiento comercial en diciembre de 2023 y está equipado con estos sistemas.
Para probarlos, los ingenieros apagaron ambos módulos del HTR-PM en el momento en que estaban funcionando a máxima potencia.
“Para confirmar la presencia de reactores inherentemente seguros a escala comercial, se realizaron dos pruebas de enfriamiento natural en el módulo del reactor n.° 1 el 13 de agosto de 2023 y en el módulo del reactor n.° 2 el 1 de septiembre de 2023”, escriben los investigadores. “Durante todas las pruebas, los módulos del reactor se enfriaron de forma natural, sin sistemas de enfriamiento de emergencia del núcleo ni ningún sistema de enfriamiento impulsado por energía. "
Los resultados, que se acaban de publicar, muestran que HTR-PM se enfrió solo y alcanzó una temperatura estable dentro de las 35 horas posteriores al corte de energía.
Poder probar un reactor nuclear en funcionamiento eliminando su potencia de refrigeración es extremadamente inusual. Esto es posible sólo gracias al sistema único del HTR-PM, y aunque se necesitarán más pruebas para garantizar que el sistema funcione correctamente, se espera que sirva como modelo para futuros reactores en otros lugares.
"En resumen, las pruebas de pérdida de enfriamiento realizadas confirman la característica de seguridad inherente de la primera planta de demostración de un HTR-PM del mundo", escribió el equipo. “Para cumplir con el objetivo de mitigación del cambio climático, hemos iniciado nuevos proyectos destinados a suministrar vapor a alta temperatura de hasta 500°C [932°F] y electricidad a la industria petroquímica en China. "
“Los módulos de reactores para las plantas comerciales están diseñados para cumplir con el mismo diseño estandarizado. "
El estudio se publica en Joule.