24 julio 2021

Reactor nuclear Basado en sales liquidas de torio (CENIC)

Por: Fabrízzio Txavarría Velázquez. (CENIC)

(Las sales, como al final veremos, no son la mejor manera)

 

Para producir electricidad habitualmente necesitamos algo que produzca movimiento, que sea capaz de accionar un generador. Ese algo generalmente suele ser vapor de agua. El vapor de agua se emplea en casi todas las centrales térmicas, es decir, de carbón, de fuel-oil, de gas y también en las nucleares. Cuando ese vapor se comprime mucho tiene mucha energía, que se transfiere por medio de una turbina al generador eléctrico. Al perder esa energía el vapor deja de tener una alta densidad y ya no es capaz de producir movimiento, por lo que es enfriado y recuperado en forma de agua líquida. Lo que diferencia a las tecnologías entre sí, es lo que produce el calor. En el caso del carbón es su combustión, al pasar de carbono a CO2, una vez se combina con el oxígeno de la atmósfera. En el caso del gas natural es la rotura del enlace de metano CH4 al combinarse con el oxígeno de la atmósfera para formar CO2 y H2O. En el caso de las centrales nucleares de agua ligera es la rotura de los núcleos de los átomos de uranio 235 y también del plutonio 239 que se va formando a medida que se irradia el uranio 238 contenido en las barras de combustible.

¿Y en un LFTR? También ocurre algo parecido. El calor lo produciría la ruptura de los núcleos de los átomos de uranio 233 (o uranio 235, opcionalmente) dentro del reactor. Pero aquí acabarían las semejanzas. El combustible nuclear no estaría en forma sólida, es decir, en forma de barras de combustible en estado sólido, sino que se disolvería en una sal de fluoruro de litio y fluoruro de berilio. No vale cualquier sal, tiene que ser una sal que sea casi transparente al flujo de neutrones, es decir, que no absorba neutrones y que, además, sea capaz de disolver el tetrafluoruro de uranio así como el tetrafluoruro de torio. Ambos están presentes en el reactor en forma de disolución. Su concentración dentro de las sales es muy pequeña, pero suficiente para que en el reactor se genere una masa critica que permita mantener una reacción en cadena. Las sales, con el material fisible en disolución, entrarían en el reactor en estado líquido a 650ºC, se calentarían dentro del reactor hasta los 700-750ºC como consecuencia de la fisión que tiene lugar dentro del mismo, y saldrían hacia el primer intercambiador de calor. El calor se transfiere a otro bucle de sales fundidas, esta vez sin presencia de material nuclear. Posteriormente, el calor se transfiere a un tercer bucle, esta vez de gas de helio, en lugar de agua. El helio super calentado y a alta presión es capaz de mover varias turbinas de gas que accionan, por un medio de un eje, el generador eléctrico que produce la electricidad.

¿Qué sucede en el primer bucle? Una vez se han enfriado relativamente, las sales de flúor con el material nuclear vuelven al reactor para volver a calentarse. Lo interesante es que sólo se produce la reacción nuclear en el reactor ya que sólo allí existen las condiciones para que se produzca ésta: la presencia de una masa critica suficiente y de un moderador que frene la velocidad de los neutrones para que hagan fácilmente “blanco” en los núcleos de uranio 233 y de torio. Fuera del reactor, en las diversas conducciones, bombas y depósitos del sistema primario no se produce ninguna reacción nuclear, si bien los elementos de fisión sí generan calor residual para alcanzar su estabilidad.

Para dar la máxima seguridad al reactor es necesario un sistema de seguridad que sea único y que funcione el 100% de las veces. Y este sistema está basado en la gravedad y está siempre funcionando. El ingenioso y sencillo sistema de seguridad que caracteriza a este reactor se llama freeze plug (tapón solidificado) y no es más que un tubo sobre el cual un ventilador sopla aire para mantener dicha sal en estado sólido. Si por, cualquier motivo, el reactor se sobrecalentara también fundiría ese tapón y las sales saldrían del reactor hacia unos depósitos especialmente diseñados para detener cualquier reacción nuclear y evacuar el calor de desintegración del material nuclear. Estos depósitos son capaces de evacuar el calor de forma pasiva, sin requerir ningún tipo de energía eléctrica. Por tanto, este reactor está totalmente diseñado para pararse automáticamente y sin ninguna intervención humana, cualquiera que sean las condiciones de energía en la planta, tanto, en situación de falta de suministro eléctrico como en situación de sobrecalentamiento no prevista.

En Noruega, Thor Energy ha conseguido crear un reactor de fisión nuclear basado en torio – pero no de la manera que mucha gente cree cuando oyen la palabra torio. Los noruegos no han resuelto la crisis energética ni el calentamiento global de un plumazo – no se trata de un reactor de fusión fría con torio. Lo que han hecho, aunque todavía está muy bien, es usar torio en lugar de uranio en un reactor convencional. Fácilmente, el uso de torio como combustible, que es más seguro, menos problemático de limpiar, y no es utilizable para la proliferación de armas nucleares, podría aplacar las quejas de los críticos de la energía nuclear en todo el mundo.

En un reactor nuclear convencional, uranio enriquecido se convierte en plutonio y otras pequeñas cantidades de componentes transuránicos. Existen maneras de reciclar plutonio, pero para muchos países, como EEUU, es simplemente un desecho nuclear – que puede ser peligrosamente radioactivo durante milenios. Mientras la seguridad de las centrales nucleares es activamente puesta en duda, nadie habla sobre los problemas del plutonio. Cualquier desarrollo tecnológico que reduzca la producción de plutonio, o consuma las ingentes cantidades de plutonio que tenemos, sería una enorme bendición para el bienestar de la Tierra (y la humanidad).

Y aquí nos encontramos con el torio. El torio natural, abundante y barato (más que el uranio), no contiene suficiente material físil (torio-231) para sostener una reacción en cadena nuclear. Pero mezclando óxido de torio y un 10% de óxido de plutonio se alcanza el punto de criticidad para conseguirla. Este combusitble, llamado thorium-MOX (mixed-oxide, óxido mezclado), puede hacerse en varillas y ser usado en reactores convencionales. No sólo significa que podemos dejar de usar uranio, que es caro de enriquecer y permite la proliferación de armamento nuclear, sino que que es una manera sencilla de reciclar plutonio. Además, el el ciclo del combustible thorium-MOX no produce más plutonio; por lo que reduce las cantidades almacenadas de plutonio. Oh, thorium-MOX hace que los reactores nucleares sean más seguros, debido a su mayor punto de fusión y mayor conductividad térmica.

El combustible thorium-MOX, en resumen, es una buena noticia para la industria nuclear. Antes que pueda ser usado, Thor Energy necesita asegurarse que el ciclo de combustible es comprendido en su totalidad. Para ello, la compañía ha construido un pequeño reactor de pruebas en Halden, Noruega, donde varillas de thorium-MOX proporcionan vapor a una fábrica de papel cercana. Este reactor funcionará durante cinco años, para analizar después si el combustible está listo para usos comerciales.

El primer lote de gránulos de thorium-MOX, que están dentro de las varillas, se fabricaron en Alemania, mientras que el siguiente será hecho en Noruega, y el último, que se espera de calidad comercial, será hecho en el Laboratorio Nuclear Nacional del Reino Unido. Westinghouse Electric Company, uno de los mayores productores mundiales de reactores nucleares, es uno de los patrocinadores comerciales de Thor Energy.

El elemento torio debe su nombre a Thor, dios nórdico del trueno.

El torio por si mismo no es capaz de desencadenar una reacción en cadena sostenida . Los residuos supuestamente no contienen plutonio y son menos peligrosos. Su vida media es muy alta, así que es menos radioactivo que el uranio.

Lo explica el catedrático de Física Atómica, Molecular y Nuclear de la Universidad de Sevilla, Manuel Lozano Leyva, en su libro “Nucleares, ¿por qué no?”. Dice que todo el torio extraído en una mina se puede emplear en un reactor, frente al exiguo 0, 7% del uranio natural. “Si se hace un balance de masa y energía, resulta que cierta cantidad de torio ofrece unas 40 veces más energía que la misma de uranio”, detalla el físico.

Nota: El presente artículo no desvela la tecnología necesaria para el compuesto “thorium-MOX” propiedad de sus desarolladores.