La energía nuclear es una de las fuentes de energía más limpias de la Tierra, pero los materiales que la alimentan pueden degradarse durante su funcionamiento. Un nuevo estudio internacional podría facilitar el desarrollo de un combustible más seguro y duradero para la próxima generación de reactores.
Samrat Choudhury, profesor asociado de ingeniería mecánica de la Universidad de Mississippi, forma parte de un equipo de investigadores que busca formas de hacer que los reactores nucleares sean más estables para su uso a largo plazo. En un estudio publicado en Advanced Materials Interfaces, descubrieron que incorporar nanopartículas de nitruro de uranio en un combustible metálico puede ayudarlo a soportar mejor el entorno extremo de irradiación dentro de los reactores de fisión.
Desafíos del combustible nuclear actual
“Uno de los principales problemas del combustible nuclear actual, especialmente el combustible metálico, es que durante la irradiación, el material se hincha y toca el material de revestimiento circundante”, dijo.
El revestimiento es la capa protectora que mantiene el combustible radiactivo y sus subproductos aislados del reactor. Con el tiempo, la interacción de estos subproductos de la fisión provoca la degradación y fragilización del revestimiento, lo que podría acortar la vida útil del reactor.
“La idea es: ¿podemos atrapar los productos de fisión dentro de la propia matriz metálica antes de que lleguen al revestimiento?”, dijo Choudhury. “Si podemos, estaríamos hablando de combustibles para la próxima generación de reactores nucleares”.
Impacto potencial en la adopción de la energía nuclear
La energía nuclear es una fuente de energía limpia con emisiones casi nulas, ocupa mucho menos terreno que otras fuentes de energía verde y produce menos contaminación que los recursos no renovables, como los combustibles fósiles. Sin embargo, la energía nuclear solo proporciona alrededor del 20% de la electricidad en Estados Unidos. Hacer que la energía nuclear sea más eficiente y menos propensa a la degradación podría contribuir a que se vuelva más frecuente, dijo Indrajit Charit, presidente del Departamento de Ingeniería Nuclear y Gestión Industrial de la Universidad de Idaho.
“Si se puede dejar el combustible más tiempo en el reactor y aprovechar al máximo la energía que se puede extraer, la tasa de acumulación de combustible gastado se ralentizará”, afirmó. “La combustión del combustible también depende del rendimiento del revestimiento.
Si el revestimiento se rompe, no se puede dejar el combustible dentro. Por lo tanto, esta investigación también nos ayuda a mejorar tanto el consumo de combustible como su eficiencia.
Nanopartículas y reducción de residuos nucleares
En un estudio publicado en 2024, los investigadores descubrieron que la formación de diminutas partículas de nitruro de uranio en el combustible puede capturar y retener los gases de fisión y otros subproductos. El estudio de seguimiento de 2025 analizó estas nanopartículas y descubrió que la interfaz entre las nanopartículas de nitruro de uranio y el combustible metálico podría capturar los productos de fisión que provocan la falla del combustible nuclear.
“Si podemos usar el combustible durante más tiempo, existe la posibilidad de reducir la cantidad de residuos que generamos”, afirmó Choudhury. “Uno de los principales obstáculos para la energía nuclear es que genera una gran cantidad de residuos nucleares.
“Si podemos reducir sustancialmente los residuos, la adopción de la energía nuclear será mucho más fácil”.
La preocupación por los residuos radiactivos es uno de los mayores obstáculos para el uso generalizado de la energía nuclear. Sin embargo, al aumentar la vida útil tanto del combustible como de los reactores, la cantidad de residuos generados disminuirá, según los investigadores.
Próximos pasos para la aplicación en el mundo real
Sin embargo, antes de que eso suceda, los investigadores deben probar el combustible mezclado con nanopartículas en condiciones reales para garantizar su seguridad.
“El siguiente paso sería conseguir financiación e intentar perfeccionarlo, y luego colaborar con las industrias para ver si estarían interesadas en implementarlo”, dijo Charit. “Se necesita mucho tiempo para que estas tecnologías maduren y lleguen a un nivel en el que las empresas las adopten, pero este es el primer paso”.
Fuente: Tech Xplore.