Todos los reactores nucleares de Estados Unidos, que actualmente proporcionan m\u00e1s de la mitad de la energ\u00eda libre de carbono del pa\u00eds, son reactores de agua ligera de primera o segunda generaci\u00f3n. Esto significa que utilizan agua como refrigerante y moderador de neutrones para controlar la reacci\u00f3n nuclear y producir electricidad \u00fatil. Sin embargo, la creciente necesidad de m\u00e1s energ\u00eda limpia est\u00e1 impulsando a los expertos cient\u00edficos, a los responsables de las pol\u00edticas y a los miembros de la industria privada a buscar con entusiasmo todo tipo de dise\u00f1os de reactores.<\/p>\n\n\n\n
Una nueva generaci\u00f3n de reactores nucleares, “Gen-IV”, tiene como objetivo mejorar la seguridad y, al mismo tiempo, optimizar la eficiencia y el costo. Un dise\u00f1o de reactor Gen-IV que est\u00e1 a la vanguardia del desarrollo es el reactor r\u00e1pido refrigerado por sodio (SFR). Los SFR con combustible de aleaci\u00f3n met\u00e1lica est\u00e1n generando un gran inter\u00e9s porque tienen seguridad pasiva intr\u00ednseca y pueden producir m\u00e1s material de combustible nuclear del que consumen. Esto puede reducir la cantidad de desechos generados durante la vida \u00fatil del reactor.<\/p>\n\n\n\n
En el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energ\u00eda de Estados Unidos (DOE), famoso por la expansi\u00f3n pac\u00edfica del exitoso experimento de fisi\u00f3n Chicago Pile-1 de Enrico Fermi, la tecnolog\u00eda de reactores r\u00e1pidos no es nada nuevo. De hecho, Argonne dise\u00f1\u00f3, construy\u00f3 y oper\u00f3 el reactor reproductor experimental II (EBR-II) a gran escala y prob\u00f3 y valid\u00f3 la tecnolog\u00eda de sodio fundido durante 30 a\u00f1os hasta que el laboratorio cerr\u00f3 de manera segura el EBR-II en 1994.<\/p>\n\n\n\n
La informaci\u00f3n que utiliza la industria nuclear en casi todo el mundo para validar los dise\u00f1os de reactores y la industria estadounidense para tramitar las solicitudes de licencia y obtener las aprobaciones de la Comisi\u00f3n Reguladora Nuclear todav\u00eda est\u00e1 fuertemente influenciada por las operaciones del EBR-II y los datos de prueba y otras investigaciones de Argonne, o se produce directamente a partir de ellos. Hoy, los principales experimentos de SFR y las pruebas de componentes de Argonne se llevan a cabo en una innovadora instalaci\u00f3n de gran altura en el campus del laboratorio, justo en las afueras de Chicago: la instalaci\u00f3n de bucle de prueba de ingenier\u00eda de mecanismos (METL). En METL, cient\u00edficos como el ingeniero nuclear principal Matthew Weathered trabajan con patrocinadores federales y socios de la industria para perseguir un objetivo com\u00fan: probar y validar una nueva generaci\u00f3n de dise\u00f1os de reactores r\u00e1pidos de sodio.<\/p>\n\n\n\n
Una tradici\u00f3n de experiencia e innovaci\u00f3n “La termohidr\u00e1ulica es el estudio de la transferencia de calor”, explic\u00f3 Weathered.<\/p>\n\n\n\n “Transferimos el calor producido por la fisi\u00f3n nuclear sostenida a algo que puede producir electricidad, como el vapor que hace girar una turbina. En los reactores Gen-IV, buscamos optimizar los sistemas (como bombas, intercambiadores de calor y el n\u00facleo del reactor) para que transfiramos el calor de manera eficiente y obtengamos el mejor retorno de la inversi\u00f3n. Tambi\u00e9n queremos entender c\u00f3mo se comportar\u00e1n estos sistemas durante un escenario de accidente”.<\/p>\n\n\n\n El experimento principal de Weathered es el art\u00edculo de prueba experimental termohidr\u00e1ulico (THETA), una instalaci\u00f3n de sodio tipo piscina de 500 litros que ofrece datos de alta fidelidad para el desarrollo y validaci\u00f3n de c\u00f3digos inform\u00e1ticos de reactores nucleares. El THETA tiene aproximadamente una sexta parte del tama\u00f1o de un reactor real, pero posee todos los componentes principales que se encuentran en un reactor de combusti\u00f3n de gas (SFR) t\u00edpico. Puede validar un an\u00e1lisis a escala reducida en el software de dise\u00f1o de reactores nucleares. El THETA funciona perfectamente dentro de uno de los recipientes de prueba de 71 cm de di\u00e1metro de METL y tiene un n\u00facleo calentado el\u00e9ctricamente, bombas mec\u00e1nicas, instrumentaci\u00f3n de caudal\u00edmetro electromagn\u00e9tico \u00fanica en su tipo, sensores \u00f3pticos y un intercambiador de calor intermedio que disipa el calor a un circuito de sodio secundario. Mediante el uso de diversos medios de medici\u00f3n, Weathered puede simular lo que sucede durante las operaciones en estado estable o en condiciones similares a accidentes de un SFR de tama\u00f1o completo.<\/p>\n\n\n\n A la industria nuclear comercial le gusta mucho esta capacidad. THETA puede probar y validar nuevos c\u00f3digos de software y componentes de nuevos dise\u00f1os, lo que permite a las partes interesadas informar qu\u00e9 pruebas se deben realizar para satisfacer mejor sus necesidades en tiempo real. Esta es una capacidad que los datos de los experimentos hist\u00f3ricos de reactores no pueden ofrecer.<\/p>\n\n\n\n “Las pruebas de p\u00e9rdida de flujo sin protecci\u00f3n realizadas a plena potencia en el reactor EBR-II para demostrar la seguridad pasiva intr\u00ednseca son fundamentales para las innovaciones actuales”, dijo Feldman. “Las capacidades proporcionadas por el THETA deber\u00edan contribuir al desarrollo de futuros reactores r\u00e1pidos de combusti\u00f3n interna”.<\/p>\n\n\n\n Weathered complet\u00f3 recientemente m\u00e1s de 100 pruebas diferentes en una matriz de pruebas en el THETA para validar el software de dise\u00f1o de reactores en una serie de escenarios simulados. El THETA tambi\u00e9n puede probar y validar otros dise\u00f1os de reactores r\u00e1pidos de combusti\u00f3n interna emergentes.<\/p>\n\n\n\n “Con los reactores Gen-IV, la mayor parte de esta tecnolog\u00eda a\u00fan no est\u00e1 ‘lista para usar'”, dijo Weathered, quien agreg\u00f3 que dise\u00f1ar e implementar soluciones para problemas complejos de reactores r\u00e1pidos es parte de lo que lo intriga sobre su investigaci\u00f3n. “Esa es realmente la parte m\u00e1s fascinante: el material de vanguardia en el que trabajamos, pasando de los primeros principios a los conceptos operativos en un entorno de reactor”.<\/p>\n\n\n\n \u00bfSer\u00e1 suficiente para mantenerlo en Argonne durante otros 40 a\u00f1os, inspirando a la pr\u00f3xima l\u00ednea de cient\u00edficos en el inicio de su carrera a embarcarse en una carrera en ingenier\u00eda nuclear? Weathered ciertamente reconoce que est\u00e1 a la vanguardia de una nueva era.<\/p>\n\n\n\n “Estamos viviendo un momento realmente emocionante y creo que ser\u00e1 a\u00fan m\u00e1s emocionante en las pr\u00f3ximas d\u00e9cadas”, afirm\u00f3. “Habr\u00e1 una gran demanda de energ\u00eda en relaci\u00f3n con los recursos computacionales para la inteligencia artificial, y la energ\u00eda nuclear es un sistema de energ\u00eda limpia. Eso ser\u00e1 realmente atractivo para la pr\u00f3xima generaci\u00f3n”.<\/p>\n\n\n\n
<\/strong>Weathered obtuvo su doctorado en ingenier\u00eda nuclear y tiene casi una d\u00e9cada de experiencia laboral. Pero en Argonne, donde ingenieros como Earl Feldman (que trabaj\u00f3 en EBR-II en 1974) todav\u00eda realizan investigaciones, Weathered se considera “en el inicio de su carrera”. Sin embargo, al igual que Feldman, su enfoque es la termohidr\u00e1ulica.<\/p>\n\n\n\n