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¿Cómo produce energía el torio?

El torio es un elemento de la tabla periódica de símbolo Th y número atómico 90, perteneciente a la serie de los actínidos. En 1815, el químico sueco Jöns Jakob Berzelius decidió nombrarlo como tal en honor a Thor, el dios nórdico de la tormenta y el relámpago. Es un elemento de baja radiactividad, ya que su periodo de semidesintegración o semivida es del orden de 10.000 millones de años, lo que quiere decir que si tomamos una cierta cantidad de torio, y esperamos a que se desintegre espontáneamente, tendremos que esperar dos veces la edad de la Tierra para ver que se ha desintegrado la mitad de la cantidad que teníamos. Es por la lentitud de este proceso que su radioactividad debe ser tan baja.

 

Podemos encontrar torio en estado natural en los minerales monacita, torita y torianita. En estado puro es un metal blando de color blanco-plata que se oxida lentamente. Si se tritura finamente y se calienta, arde y emite luz blanca.

Torio y monazita

Cristal de monacita y torio metálico puro

 

El torio no es un material fisible con neutrones lentos (lo que quiere decir que no es capaz de fisionarse), por lo que no puede  mantener una reacción en cadena por sí solo. A grandes rasgos la fisión es un proceso mediante el cual un núcleo pesado (como el del uranio) se fragmenta a causa de la colisión con un neutrón externo y se libera calor, este es el proceso clave en una central nuclear. (Ver ejemplos ilustrativos en las figuras siguientes)

Fisión del U235, similar a la del U233

Fisión del uranio 235, similar a la del uranio 233.

 

Entonces, ¿cómo el torio puede producir energía?

A pesar de que como hemos dicho el torio no es un material fisible, su  potencial como combustible se debe a que es un material fértil, lo que quiere decir que si se le bombardea con neutrones se transmuta en un material fisible, en este caso el torio 232 se convierte en uranio 233. A este proceso de transmutación se le conoce como ciclo del torio, que explicamos a continuación con la figura siguiente:

 

Cómo puede producir energía el Torio

Proceso de generación de U233 a partir de Th232 y un neutrón

 

Debemos recordar que el uranio 233 que produce este ciclo es totalmente distinto al uranio 235 comúnmente empleado en las centrales tradicionales. Este 233 un candidato para la fisión perfecto por la cantidad de neutrones que emite al fragmentarse, alrededor de 2,5 neutrones por fisión, lo que permite continuar la reacción en cadena, al ser éste número superior a 2.

Como se observa en la figura, hay dos procesos clave que entran en juego en este ciclo:

-La captura de un neutrón por un núcleo de torio (2)

-La fisión del U233 por un neutrón (1)

La gran ventaja del torio es que tiene una buena capacidad para capturar neutrones, y puede ocurrir entonces que más de la mitad de los neutrones disponibles en el reactor, sean capturados por el torio. Lo que se traduce en que, al final, se produce más uranio 233 del que se fisiona. Esto hace que no sea necesario ir añadiendo material fisible cada cierto tiempo al reactor, tan solo ir abasteciéndolo con material fértil (torio), pues el mismo reactor ya se encarga de producir su propio combustible. A los reactores que consiguen funcionar de esta manera se les llama regeneradores o breeders.

Una consecuencia inmediata de estas ventajas es una enorme reducción en la producción de isótopos de larga vida radiactiva por poder consumir casi todo su combustible.

Es posible que venga a la mente del lector la pregunta, ¿pero entonces, con un reactor breeder no estaremos creando un exceso de material fisible, al generar más uranio del que consumimos?

La respuesta es que se genera muy, muy poco, y además si se quiere quemar este exceso, sólo hay que dejar de introducir torio y quemar en el reactor el uranio que nos sobra. Se ha pensado también utilizar este exceso de uranio233 para iniciar nuevos reactores.

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Transatomic Power. Un reactor incinerador de residuos nucleares.

En algunas de las anteriores entradas hemos aludido a la capacidad de los MSR para convertirse en incineradores de residuos nucleares generados por centrales nucleares convencionales de agua ligera.
Transatomic Power es una “start-up” radicada en Cambridge MA orientada a diseñar reactores nucleares capaces de “quemar” los residuos nucleares y obtener energía a partir de ellos. De esta forma se lograrían dos objetivos: deshacerse de los residuos nucleares de larga vida, con los cuales no sabemos muy bien que hacer, especialmente cuando contienen actínidos transuránicos y, por otra parte obtener energía eléctrica generando una contaminación medioambiental mínima (mínima emisión de CO2) a la vez que se hace un uso muy eficiente del combustible nuclear disponible.
Anteriormente se habían propuesto diseños de reactores capaces de destruir plutonio generado en las centrales convencionales, sin embargo, se trataba de diseños que utilizaban elementos combustibles en estado sólido, refrigerados por sodio y de neutrones rápidos (sin moderar). El sodio presenta, al menos teóricamente, una energía química potencial extraordinaria ya que reacciona violentamente con el agua e incluso con el aire atmosférico. Sin embargo, en este caso, se trata de un reactor de sales líquidas (con una energía química potencial mínima), trabajando a presiones bajas, y de neutrones lentos (moderados), lo cual resulta revolucionario para lo que se había hecho hasta la fecha.
Transatomic Power acaba de lanzar en enero de 2014 su libro blanco donde se describe los aspectos fundamentales de su reactor. Se trata de un reactor de 550 MWe, un tamaño bastante grande para tratarse de reactores MSR pero inferior a los mayores reactores de agua ligera disponibles en el mercado (Un EPR como el que se está construyendo en Flamaville en Francia, ofrece alrededor de 1.600MWe).
El diseño es el de un MSR cuyas sales son LiF (sin fluoruros de berilio) y moderado por hidruro de circonio, en lugar del más tradicional grafito (carbono) utilizado en el Molten Salt Reactor Experiment (MSRE) de los años sesenta. El LiF, sin berilio, tiene la ventaja de permitir una mayor capacidad de disolución de los fluoruros de valencia III, es decir la mayor parte de los transuránidos que están presentes en el combustible nuclear “gastado”, como son el plutonio, etc.
Pero sin duda, la mayor novedad reside en el moderador. Según se plantea en el texto el hidruro de circonio resulta un mejor moderador que el grafito, ya que el hidrógeno es un mejor moderador que el carbono. Gracias a ello es posible hacer un reactor en el cual el 50% de su volumen esté ocupado por el moderador y el 50% restante por las sales fundidas con el material fisible disuelto en ellas, en lugar del 90% y 10% respectivo del MSRE. Ello permite que el grado de enriquecimiento del uranio empleado pueda ser muy bajo, tan bajo como un 1,8% (recordemos que el uranio natural tiene un 0,7% de U235, mientras que el que se emplea en un reactor de agua ligera convencional se sitúa entre el 3 y el 3,5%). Por otro lado, según informa el diseñador no sería necesario reemplazar el moderador, a diferencia de lo que ocurre en los MSR moderados por grafito.
Este reactor podría utilizar bien uranio fresco ligeramente enriquecido o bien los transuránidos presentes en el combustible nuclear gastado de un reactor de agua ligera, que típicamente se compone de una mezcla de uranio enriquecido al 1%, y plutonio y otros actínidos menores (alrededor del 1%).
Transatomic Power no descarta utilizar torio en el futuro en este reactor o en otro de similares características pero han centrado su estudio en primer lugar en el ciclo del uranio-plutonio por ser más conocido y también para resolver el problema que presenta la acumulación de combustible gastado en las centrales de agua ligera. Según plantean este reactor sería capaz de generar 75 veces más energía con la misma cantidad de combustible que un reactor de agua ligera convencional con unas condiciones de seguridad mejores que los reactores convencionales, por ejemplo utilizando sistemas de seguridad pasiva que funcionarían incluso en circunstancias de apagón eléctrico total.
El coste estimado de un reactor completo funcionando para una unidad n-esima se situaría alrededor de los 2.000 millones de dólares USA, lo resulta claramente inferior que los últimos reactores en construcción (Vogtle 3 y 4 en construcción en EE.UU. costarán alrededor de 14.000 millones de dólares para una potencia conjunta de 2.200 MWe).
En el lado negativo hay que decir que se trata de un proyecto y no hay hasta la fecha una experimentación real con un prototipo físico. Es necesario una experimentación y un desarrollo previo, así como obtener las correspondientes bendiciones oficiales de un organismo de control como la NRC (Nuclear Regulatory Commission) estadounidense. Este tipo de organismos si bien han contribuido a lo largo de su historia a evitar accidentes a través de la aplicación de criterios de seguridad muy estrictos, están centrados casi en exclusiva en la tecnología de reactores de agua ligera. Deben cambiar de mentalidad para evitar que, en la práctica, constituyan una importante barrera de entrada para el desarrollo futuro de otro tipo de reactores alternativos como los MSR.

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Los reactores de sales líquidas: un poco de historia

El primer reactor de sales fundidas (MSR) se construyó en Oak Ridge National Laboratory (ORNL) en 1954 como parte de un programa de propulsión nuclear de la Aviación Militar de Estados Unidos. El programa pretendía diseñar y construir un bombardero nuclear que pudiera volar de forma continuada sobre la Unión Soviética sin tener que aterrizar a reponer el combustible. El Experimento de Reactor de Aviación (Aircraft Reactor Experiment –ARE) era un reactor de 2,5MW cuya finalidad era proporcionar energía a un avión. El ARE utilizaba sales de fluoruros fundidos como combustible (con uranio como elemento fisible) y funcionó de forma satisfactoria durante 100MW/H a lo largo de un periodo de nueve días a temperaturas superiores a los 860ºC. Aunque el concepto de bombardero nuclear finalmente se abandonó, el éxito de este primer MSR supuso las bases de la investigación posterior de esta tecnología con fines civiles.

Historia del reactor nuclear para propulsión aeronáutica

Historia del reactor nuclear destinado a propulsar un avión.

 

A partir de 1960 bajo la dirección de Alvin Weinberg, el ORNL comenzó a diseñar plantas productoras de energía eléctrica impulsadas por reactores de sales líquidas de torio. Los primeros trabajos se centraron en diseños de reactores llamados de un fluído y medio, en los cuales las sales de “combustible” en el núcleo tenían tanto material fisible como material fértil, mientras que un segundo fluido con material sólo fértil envolvía el núcleo. El torio es químicamente similar a los elementos denominados tierras raras, procedentes del proceso de fisión (lo que podríamos denominar coloquialmente cenizas de fisión) y resulta difícil extraerlas sin eliminar, a su vez el torio. Por ello a partir de 1960 se comenzó a desarrollar en ORNL diseños de dos fluidos que trataban de solventar este problema mediante la separación del torio en el circuito exterior y el uranio y los productos de fisión en el circuito del núcleo. Para realizar esta separación se empleaba una barrera de grafito entre las sales del núcleo y las del envolvente. Esta separación en dos fluidos obligaba a un diseño de conexiones complejo ya que involucraba multitud de tubos de grafito.

A lo largo de la vida del programa de sales líquidas este problema de diseño nunca se llegó a resolver y, por tanto, obligó a centrar los esfuerzos en el diseño de reactores de un solo fluido. El Experimento del Reactor de sales fundidas (Molten salt reactor experiment –MSRE) que estuvo en funcionamiento desde 1965 hasta 1969 supuso la construcción y operación satisfactoria de un reactor de 7,4 MW alimentado por sales fundidas que contenían uranio y plutonio. El diseño sencillo del reactor del MSRE funcionó sin problemas durante los cuatro años que duraron los experimentos.

Vista superior del Molten Salt Reactor Experiment

Vista superior del Molten Salt Reactor Experiment 1965-1969

La investigación llevada a cabo en el ORNL en los años sesenta también se orientaron a diseñar un reactor regenerador de sales fundidas denominado Reactor Regenerador de Sales Fundidas (Molten Salt Breeder Reactor -MSBR) que utilizara el torio como elemento fértil del combustible líquido. Este reactor podría generar su propio combustible a través de la transmutación del Th-232 en U-233 que sí era fisible. El MSBR se concibió como un reactor de dos fluídos con un moderador de grafito. En 1968 debido al desarrollo del proceso de Extracción Reductiva a través de Bismuto Líquido, y de la ausencia de una solución definitiva al problema de tuberías que presentaban todos los diseños de dos fluidos, el diseño de dos fluidos se abandonó. En 1972 el ORNL propuso un programa para construir a lo largo de un periodo de 11 años y con un coste de 350 millones de dólares el desarrollo y construcción de una planta de demostración del MSBR. El Gobierno de Estados Unidos a través de la Atomic Energy Comission rechazó la propuesta después de realizar su propia valoración del MSBR, entre las que se citaba la corrosión de los materiales y el control del tritio como importantes barreras técnicas para el desarrollo del reactor.

En 1973 el AEC retiró la financiación del programa MSBR. A pesar de ello se asignó pequeñas cantidades de dinero a trabajos intermitentes en el MSBR hasta que en 1976 la AEC finalmente canceló el programa MSBR bajo el argumento de limitaciones presupuestarias. La investigación y desarrollo llevados a cabo en ORNL habían, de hecho, demostrado que las barreras técnicas citadas en 1972 por la AEC en su valoración del MSBR podrían ser razonablemente superadas si se diera continuidad a dichos trabajos. Es muy probable que el programa MSR de la ORNL se cancelara porque el Gobierno de Estados Unidos había decidido dirigir toda la financiación disponible al desarrollo de los Reactores Regeneradores Rápidos de Metal Líquido (Liquid Metal Fast Breeder Reactors – LMFBR). De hecho los trabajos en el LMFBR habían sido iniciados anteriormente a los del MSR y se había invertido ya una considerable cantidad de dinero en esta tecnología. Además las investigaciones en el LMFBR se estaban realizando en varios laboratorios del Gobierno, mientras que el MSR sólo se había desarrollado en uno de ellos, el ORNL.

Dinero asignado por EEUU a reactores regeneradores

Dinero asignado por el Gobierno de EEUU a programas de reactores regeneradores

 

 

 

 

Un programa de investigación en MSR muy modesto continuó a partir de 1976, centrándose en diseños resistentes a la proliferación nuclear. Durante este periodo se proyectaron diversos diseños del denominado Reactor de Sales Fundidas Denaturalizado (Denatured Molten Salt Reactor – DMSR) que incluía un diseño simplificado sin necesidad de procesar las sales también conocido como “30 años de una sola vez”. Este diseño funcionaría con uranio de bajo enriquecimiento (hasta el 20% de U235) o uranio proveniente del torio U233, que no serían aptos para construir ningún arma atómica. El reactor funcionaría con una vida esperada de 30 años sin necesidad de extraer productos de fisión (los productos de fisión gaseosos sí se extrerían) y sin necesidad de reemplazar el moderador de grafito.

El interés por los MSR se recuperó cuando el Foro Intergubernamental de Investigación y Desarrollo para los reactores de 4ª generación (GIF) eligió el MSR como uno de los seis diseños de reactores nucleares más prometedores para el desarrollo futuro. El GIF se estableció en el año 2001 para apoyar diseños basados en la sostenibilidad, seguridad, economía y resistencia a la proliferación. El trabajo de desarrollo del MSR dentro del GIF está liderado por la Comunidad Europea de Energía Atómica (EURATOM) y Francia, con Rusia y Estados Unidos como principales observadores. China y Japón también han participado como observadores temporales.

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¿Una historia que se repite?

Supongamos que disponemos de una tecnología capaz de cambiar para bien el mundo que conocemos, capaz de proporcionar energía y otros bienes relacionados con ella a un precio reducido, siendo más abundante y disponible que las que se utilizan actualmente.

Supongamos que esta tecnología es revolucionaria, tanto en términos económicos como en términos de utilización de los recursos naturales y medioambientales.

Supongamos que estemos a 10-15 años en I+D+I y que, por tanto, el plazo de implantación de esta tecnología esté más allá de un periodo político, ciclo político o ciclo de amortización de bienes de capital habituales. Incluso puede ocurrir que esté fuera del plazo vital y académico de muchos de los científicos o técnicos que trabajen en el proyecto. Supongamos también que se trabaja con incertidumbre, sobre el volumen del esfuerzo inversor necesario, ya que muchos de sus aspectos son novedosos o, incluso, debido a que se esconden o ignoran los avances ya realizados.

Supongamos que tenemos un estado de opinión pública hipersensibilizado y, en general, aterrado con una tecnología anterior ya implantada y muy relacionada con ésta, de tal manera que ambas se confunden, lo que hace que los medios de comunicación, temiendo perder audiencias, prefieran posicionarse en contra de ella o no involucrarse.

Supongamos que existe un gran ruido mediático que impide que nos ocupemos de cosas realmente relevantes e importantes y que, por el contrario, prestemos más atención a otras cuestiones más acuciantes y/o vanales, pero que nos son más útiles a corto plazo. Incluso este estado de opinión también se extiende a otros ámbitos como el académico, y como consecuencia, se impide discriminar adecuadamente lo que es ciencia de lo que son creencias con apariencia de ciencia pero sin bases científicas sólidas.

Supongamos que el sector de la energía está muy conforme con mantener el status quo actual y las formas de energía que usamos actualmente, como el petróleo, el gas, el carbón o incluso con matices la energía nuclear clásica, ignorando el gran daño ambiental que la utilización de las tecnologías actuales de la energía provoca, aunque sea a largo plazo, y ocultando el coste real de ese deterioro medioambiental, no trasladado a los precios de la producción que lo genera.

Si juntamos todo esto, nos encontramos, precisamente, con la situación actual de la tecnología del torio. Y como resultado de lo anterior podemos considerar que se ha generado un círculo vicioso que parece que nuestra civilización actual no es capaz de romper:

  1. El ruido mediático desvía la atención: Debido al estado de opinión reinante, pocas personas acceden al conocimiento de esta tecnología, o son capaces de entender el mensaje y valorar adecuadamente su relevancia.
  2. La falta de atención favorece los prejuicios: Muy pocos de los que acceden al conocimiento de la existencia de esta tecnología revolucionaria van a confiar en el mismo, es decir, le van a dar la credibilidad e importancia que merece.
  3. Los prejuicios restan posibilidades de financiación: De los pocos que le dan credibilidad, poquísimos van a hacer algo por divulgarlo o invertir en promocionar activamente esta tecnología. En estas condiciones, lograr financiación para un proyecto como éste será una proeza y más en las actuales circunstancias de estrechez económica.
  4. La falta de financiación dilata los plazos de desarrollo: En general, la investigación sobre esta materia está claramente infrafinanciada, lo que provoca que una I+D+i que podría estar lista en 15 años, o incluso en 5 años con un grado de financiación importante (como el que recibió, por ejemplo, la llegada del hombre a la luna en los años 60) se dilate a plazos de 30 años o más con el bajo nivel de esfuerzo financiero actual.
  5. Los plazos del proyecto y el proyecto mismo superan a los actores de decisión: Los políticos, en general, tienen otras prioridades, actúan a corto plazo y muchos de ellos son simplemente ignorantes en cuestiones científicas. Difícilmente se van a implicar para dar apoyo público para esta labor, a pesar de las ventajas evidentes que pueden obtenerse para la sociedad en el largo plazo. Sólo unos pocos parecieron entender las implicaciones de este desarrollo en Estados Unidos en los años 60 y hoy en la China actual.
  6. Los costes del proyecto y los intereses particulares alejan la inversión privada: Los fondos de capital no invierten en tecnologías con retornos a la inversión tan a largo plazo aunque, curiosamente no les importa financiar con bonos a 10 e incluso a 30 años a gobiernos que derrochan el dinero público en cosas improductivas, como subvencionar industrias obsoletas y contaminantes, u organizar guerras estériles por mantener el control de un petróleo que perdería peso en la economía tras desplegar esta nueva tecnología energética. Porque lo  paradójico del cortoplacismo y los intereses espúreos que mueven a quienes toman las decisiones es tal que, sólo si se hubiera destinado el 1% de lo gastado en la guerra de Irak y Afganistán, al desarrollo de esta tecnología, desde que se inició esa guerra, se habría reducido considerablemente el interés estratégico por controlar la región y los primeros reactores estarían ya casi disponibles…

Y así, una vez más, seremos sólo humanos tropezando siempre con las mismas piedras. Porque en definitiva, esto no es nada nuevo en la historia de la humanidad, que está llena de casos como éste.

*

Un ejemplo paradigmático fue la incapacidad en tiempos del Imperio Romano de adoptar y poner en práctica la fuente de Herón,  una tecnología descubierta en el siglo I d.c , que usaba el vapor para proporcionar movimiento mecánico. Es decir, despreciaron el desarrollar una máquina de vapor, ya entonces a su alcance,  útil para sustituir el esfuerzo humano o animal. Algunos autores incluso sostienen que esta incapacidad para evolucionar, unida a otros muchos acontecimientos, como el colapso del sistema de producción esclavista y su paulatina sustitución por la servidumbre, llevaron al Imperio Romano a su decadencia y, por último, a su desaparición…

La buena noticia es que la historia también nos demuestra que al final la razón acaba por imponerse. Podemos tardar 15, 30, 60, o 200 años, pero la energía del torio, si no se descubre otra fuente de energía mejor ( y de momento ni se ha hecho ni tiene pinta de hacerse), es algo que se utilizará tarde o temprano y que cambiará de forma determinante el modo de vida de la humanidad, de la misma forma que la combustión de la madera, el carbón o el petróleo lo hicieron en el pasado.  Eso sí, confiemos que no haya que esperar 1.600 años como con la  máquina de vapor… ¿Vamos a hacer algo ya, o vamos a esperar a que lo hagan nuestros nietos, cuando el cambio climático y la escasez de otros recursos hayan conseguido hacer de este planeta un páramo yermo?.

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¿Si los reactores de torio son tan buenos por qué no se han desarrollado completamente?

Hay algunas preguntas que todos nos hacemos ¿Si los reactores de torio son tan buenos por qué no se han desarrollado totalmente y difundido ampliamente?¿Por qué los Estados Unidos abandonaron un desarrollo que les habría brindado una gran ventaja competitiva en el mundo?¿Por qué aún nadie ha tomado el relevo de Estados Unidos en este desarrollo?

Estas aparentemente sencillas preguntas tienen una explicación, sin embargo, compleja. Si queremos una respuesta coherente lo primero que deberíamos hacer es huir de explicaciones maniqueas o conspirativas (del tipo al lobby del petróleo no le interesaba).

Bruce Hoglund aporta algunas pistas sobre esta cuestión en este escrito de cuatro páginas y recuerda las explicaciones que recibían los estudiantes de ingeniería nuclear o física cuando se abordaba sólo superficialmente la materia de los reactores de sales fundidas. Era habitual recibir el mensaje de “…era un reactor prometedor que desafortunadamente padecía problemas de materiales” o esta otra “…padecía problemas de corrosión”, y que pueden parecer convincentes dado el nombre genérico de este tipo de reactores: “sales fundidas”. Tristemente puede considerarse un mito que los reactores de sales fundidas sufran problemas de materiales ya que Oak Ridge National Laboratories (ORNL) realizó una amplia y sistemática investigación para resolverlos y lo demostró activamente experimentando el funcionamiento de un reactor de este tipo durante más de cuatro años. De hecho, el MSRE que funcionó entre 1965 y 1969 tuvo la misión principal de demostrar que un reactor de sales fundidas podía funcionar durante un periodo de tiempo extenso sin problemas de materiales. Naturalmente, la investigación posterior de los materiales detectó determinados problemas específicos que fueron objeto de estudios para minimizar sus efectos sobre la seguridad y la fiabilidad de los materiales. Estas medidas correctivas no pudieron ser aplicadas en un nuevo prototipo comercial porque simplemente la idea de desarrollar este tipo de reactores se abandonó a favor del proyecto estrella del momento, el reactor rápido regenerador de plutonio refrigerado por sodio (Liquid Metal Fast Breeding Reactor, también conocido como LMFBR).

Bruce Hoglund también realizó una pregunta a principios de los años noventa a muchos de los investigadores del proyecto de Sales Fundidas en el ORNL: “Si era tan bueno, por qué entonces no han sido totalmente desarrollados y ampliamente construidos” y la respuesta general que recibió fue:

“No existían razones técnicas que justificaran que los reactores de sales fundidas no se hayan desarrollado.”

Si descontamos motivos técnicos, nos quedan los argumentos políticos y económicos para tratar de explicar el porqué de su abandono. Kirk Sorensen aporta en este vídeo de una presentación realizada el año pasado en GoogleTalk una muy convincente explicación política para este abandono. La explicación no es precisamente corta, sino más bien compleja y extensa, pero merece la pena tratar de comprenderla. En ella se mezclan argumentos políticos (por ejemplo, Richard Nixon era de California y prefería un proyecto de reactor rápido en el sur de California a un reactor alternativo de sales fundidas en otro emplazamiento) con argumentos personales (lucha de poder en el seno de la cúpula de la Atomic Energy Commission, AEC). Se mezclan también acontecimientos históricos como el estallido de la primera bomba atómica en India, en el año 1974 ligada al cambio de política en EEUU en contra del procesamiento de los residuos nucleares para separar el plutonio. Más tarde llegaría el cambio de política de la Administración Carter en relación con el reprocesado del plutonio y otros acontecimientos. En definitiva, este vídeo es un relato histórico fascinante que merece la pena ver.

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China da a conocer sus planes sobre reactores de sales fundidas

El pasado 6 de agosto de 2012 el Dr. Kun Chen de la SINAP (Shanghai Institute of Applied Physics), que forma parte de la Chinese Academy of Sciences (CAS) ofreció una conferencia en la Universidad de California-Berkeley en la cual hacía públicos los planes de China en investigación y desarrollo de reactores de sales fundidas. El Dr. Kun Chen ha estudiado en los EEUU y ha trabajado durante 4 años en Argonne National Laboratory.

Curiosamente en el video que se acompaña, editado por Gordon McDowell, se han montado primero las preguntas del público (que son científicos nucleares de EEUU) y luego la presentación en sí.

 

 

El proyecto que describe está dotado de un presupuesto de 350 millones de dólares durante un periodo de 5 años y empleará a unas 400 personas (300 a tiempo completo y 100 parcialmente). Se trata de construir y hacer funcionar dos reactores de sales líquidas.

El primero, y objetivo principal de este proyecto será poner en funcionamiento a finales de 2015 un reactor refrigerado por sales líquidas FLIBE (una mezcla de fluoruros de litio y berilio). El litio utilizado se enriquecerá (empobrecerá sería el término más adecuado) hasta un 99,95% de Litio7. Su combustible será sólido, en forma de bolas (pebbles) de TRISO-fuel de 6 Cm de diámetro. En total habrá 10.600 de estas bolas con un contenido de 110 Kg de uranio enriquecido al 10%. Estas bolas están compuestas de capas sucesivas de distintos materiales, entre los que se encuentran el oxido de uranio, carbono y quizá silicio. El refrigerante del circuito secundario será FLiNaK (una mezcla de fluoruros de litio, sodio y potasio). El reactor tendrá unas dimensiones de 1,3 metros de altura por 1,3 metros de diámetro y será construido con una aleación denominada Hastelloy-N y quizá composites de carbono y silicio. Tendrá un reflector de grafito. La potencia inicial será de 2MW térmicos, es decir muy baja y la densidad de potencia será también muy reducida.

El propósito de este proyecto es recuperar las capacidades perdidas desde los años setenta. Se encuentran, como la mayoría de los países del mundo, en una situación en la que no tienen científicos nucleares jóvenes y, por medio de este proyecto quieren entrenar a 300-400 nuevos científicos que estén familiarizados con una tecnología muy diferente a la de los reactores de agua ligera (PWR, principalmente). Se trata de desarrollar codificación para la física nuclear, hidráulica térmica, estructuras, maquinaria para la manipulación de combustible, control de reactividad, bombas para sales, válvulas, sistemas de purificación, química nuclear, desarrollo de materiales composites de carbono silicio, seguridad y certificación. Se trata de comprobar en la práctica cómo funciona lo ya probado en Berkeley y en Oak Ridge National Laboratory.

El diseño preconceptual se hizo en junio de 2012 y fue supervisado en Estados Unidos en el mes de julio. El diseño técnico se hará en 2013, en 2014 se construirá y en 2015 se pondrá en funcionamiento. Confían en implementar un programa de prototipos de reactores de 10MW, 50-100MW y 300MW con el fin de alcanzar plenas capacidades de producción comercial hacia el 2030.

El segundo proyecto es el embrión de un auténtico reactor LFTR. Está dos años por detrás en desarrollo respecto al primer reactor y se espera ponerlo en funcionamiento en el año 2017, aprovechando la experiencia que proporcione el desarrollo del primero. Tendrá también 2MW de potencia y contendrá torio además de U235. No está previsto en este reactor experimental una unidad de tratamiento químico de las sales.

En conjunto, la presentación es muy interesante. No es aún el impulso definitivo hacia los reactores LFTR con unidades de tratamiento químico de las sales para extraer los productos de fisión disueltos en las mismas, alimentados por torio y U233, pero es motivador ver como China, una superpotencia económica en ascenso se toma en serio esta tecnología para desarrollar la metalurgia, las bombas, válvulas, hidráulica térmica, radioquímica, que se consideran un requisito previo para el despegue definitivo de la energía del torio.

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Superfuel, un libro recomendable

Me ha gustado mucho el libro Superfuel, escrito por Richard Martin que he podido leer este verano. Yo dudaba de que realmente mereciera la pena el tiempo y gastar los 24 euros que cuesta en Amazon en la versión en papel. Había leído algunas críticas que indicaban que el libro era prescindible y que era más interesante leer el blog de Kirk Sorensen www.energyfromthorium.com. Finalmente me decidí y compre la versión Kindle por poco más de 13 euros y tengo que decir que posiblemente estén entre los mejor gastados de mi vida. Richard Martin es un periodista especializado en temas de energía, no es un tecnólogo, sino un buen comunicador que se mantiene fiel a los principios de la profesión; la investigación en distintas fuentes para componer un relato muy interesante, coherente y comprensible.

El libro no es un texto técnico ni mucho menos. Cualquiera con una cultura general media lo puede leer (eso sí, no está traducido al castellano ni a otros idiomas, así que toca leerlo en su inglés original). Y está redactado para un público norteamericano fundamentalmente, y hace mención al hecho de que a pesar de que EEUU fue el pionero en la investigación nuclear en el mundo actualmente su Administración pública haya renunciado a desarrollar esta forma de energía, aunque muchos individuos y organizaciones privadas de este país estén empujando e intentando que no se apague la llama del conocimiento en esta materia. La cita atribuida al candidato presidencial interpretado por George Clooney en la película Los Idus de Marzo sirve para defender su tesis: “Vamos a liderar al mundo o vamos a enterrar nuestra cabeza en la arena”. Según Martin, la cuestión sobre el torio no es si se convertirá en una importante fuente de energía sino cuándo y quién liderará el camino. Martin intenta subir la moral y apela a los sentimientos patrióticos de sus lectores.

Cada capítulo está dividido en partes bien organizadas muy al estilo de los escritores norteamericanos, todo muy ordenado y bien enlazadas sus diferentes partes. El libro está dividido en 10 capítulos:

El capítulo 1 se titula “El libro perdido de la energía del torio” y en él se relata la historia del re-descubrimiento de la energía del torio por parte de un joven ingeniero de la NASA, Kirk Sorensen, así como la frustración que le embargaba ante sus dos retos previos: conseguir energía solar en el espacio exterior y la dificultad objetiva que representaba la energía nuclear de fusión.

El capítulo 2 “El Elemento torio” se explica lo que conocemos del torio y la historia de su utilización y experimentación desde su descubrimiento hasta la fecha. Muy interesante en este capítulo es la exposición de que a pesar del amplio conocimiento que se tiene sobre el torio, a pesar de su amplia experimentación en laboratorios nucleares en Estados unidos, y a pesar de los problemas evidentes que la utilización de los reactores de uranio han planteado a lo largo de décadas tenemos que esperar a la entrada en el Siglo XXI para que resurja el interés en la energía nuclear con torio.

El capítulo 3 “El único reactor seguro” explica las diferencias existentes entre los reactores nucleares actuales (actualmente un 90% de ellos de agua ligera) frente a los reactores de torio LFTR.

El capítulo 4 “Rickover y Weinberg” explica biográficamente los perfiles de los dos personajes que más han influido en el desarrollo de la industria nuclear actual y a la energía del torio. En el capítulo 5 “El nacimiento de la energía nuclear” se explica el éxito del Almirante Rickover para imponer sus tesis y con ellas el desarrollo posterior de la industria nuclear primero en los Estados Unidos y luego en el resto del mundo.

En el capítulo 6 “El fin de la energía nuclear” se desarrollan las razones por las que a pesar de sus logros técnicos y científicos la tecnología de la energía nuclear con torio en reactores de sales fundidas fue abandonada a favor de una tecnología mucho menos eficiente pero ya desarrollada y apoyada activamente por el sector industrial. Una frase resume la posición oficial del poder político ante el éxito tecnológico logrado por el equipo de Alvin Weinberg: “No se puede hacer porque nunca se ha hecho antes”.

En el capítulo 7 “la carrera asiática por la energía nuclear” se describen y comentan los esfuerzos que están llevando a cabo los dos gigantes económicos mundiales representados por la India y China en el desarrollo de esta nueva tecnología. Es interesante contrastar el relativo caos existente en la India y su previsible retraso consecuente en el desarrollo de esta tecnología, frente a la determinación y habilidad de los dirigentes de China para velar por sus propios intereses en perjuicio de los del resto del mundo. También nos ilustra sobre su política proteccionista en relación al monopolio que mantiene en la explotación de tierras raras, de donde se obtiene el elemento torio y a la prohibición de exportar estos elementos para atraer a la industria que los utiliza a su territorio.

El capítulo 8 “La próxima generación de reactores nucleares” trata sobre los proyectos en desarrollo en los que se fundamentará la próxima generación de reactores nucleares en el mundo. La mayoría de ellos son desarrollos marginales y versiones mejoradas sobre reactores ya existentes salvo uno: el reactor de sales fundidas, que supone una verdadera discontinuidad, una auténtica innovación sobre lo ya existente.

El capítulo 9 “la cruzada empresarial” versa sobre la aventura empresarial que están acometiendo un puñado de pequeñas empresas en todo el mundo para desarrollar esta tecnología y las oportunidades, dificultades, fortalezas y debilidades de cada una de ellas. Martin se ha tenido que recorrer el mundo para intentar sonsacar a los responsables de estas start ups algunas ideas sobre lo que se disponen a realizar, una tarea en absoluto sencilla por motivos obvios en esta fase incipiente de sus proyectos. Entre estas empresas están las estadounidenses Flibe Energy, Lightbridge así como otras menos conocidas como DBI, dirigida por el chileno Hector Dauvergne; Terrapower en cuyo consejo de administración se sienta el mismísimo Bill Gates y South African LFTRs (SAL). Otras iniciativas también se comentan como la iniciativa política defendida por la miembro de la Cámara de los Lores británica Byrony Worthington o la representada por el japonés Takashi Kamei, antiguo alumno del pionero japonés Kazuo Furukawa en reactores MSR. En resumen, un periodismo de investigación que justifica de sobra, por si solo, el precio del libro.

El capítulo último, el 10º “lo que debemos hacer”, sirve de conclusión. Se remonta a una de las causas de la caída del Imperio Romano como fue la renuncia a utilizar fuentes de energía ya entonces conocidas como el vapor para revitalizar su economía para analizar la situación actual. Nuevamente apela a la relativa decadencia económica de Estados Unidos y Europa Occidental frente a los gigantes asiáticos y reclama que los ciudadanos y el poder político reaccionen en esta situación tan dramática en cuanto a la producción de energía, polución y cambio climático se refiere. Acaba con estas frases:

“Durante millones de años el torio ha estado ahí, esperando el momento oportuno, las circunstancias exactas y las mentes adecuadas para que fuera descubierto y nos proporcionara miles de años de energía segura y barata. Alvin Weinberg tenía razón. El momento es ahora. La tecnología existe, el momento económico es favorable y la necesidad es urgente. La elección es nuestra.”

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La seguridad en los LFTR

Uno de los aspectos que favorecen el desarrollo y la implantación de los LFTR es en la seguridad. He aquí un resumen en español de estos aspectos de seguridad que están fundamentados en la información que figura en Wikipedia, que me parece excelente.

Seguridad inherente. Los LFTR pueden diseñarse para que sean inherentemente seguros, es decir, puede disponer de seguridad nuclear pasiva, es decir, disponer de un elevado coeficiente de reactividad negativo ante variaciones de la temperatura . Esto quiere decir que cuanto más elevada sea la temperatura en el núcleo menor potencia desarrollará el reactor e inversamente, cuanto menor sea la temperatura del reactor, mayor tenderá a ser la potencia que desarrolle. Esta propiedad del reactor proviene dos fuentes. La primera, que el torio tiende a absorber más neutrones a medida que se calienta; es el llamado efecto Doppler. Esta mayor absorción disminuye el número de neutrones que está disponible para continuar la reacción en cadena, reduciéndose, con ello, la potencia. El segundo efecto está relacionado con la expansión térmica del combustible. A medida que el combustible se calienta, se dilata considerablemente, lo cual, debido a la naturaleza líquida del combustible, desplazará parte del mismo fuera de la región activa del núcleo, reduciendo la reacción en cadena, evitando que se produzcan daños en los componentes del reactor. Por el contrario, esto no sucede en los reactores de combustible sólido, que no pueden expandir mucho su combustible sin que se dañen los elementos combustibles, ya que se encuentran confinados en sus vainas contenedoras. Estas características del LFTR se producen al estar integrados el refrigerante y el combustible, siendo ambos inseparables, por lo que cualquier fuga o movimiento de combustible será intrínsecamente acompañada por una gran cantidad de refrigerante. De este modo, el refrigerante sigue la fuente de calor.

Es un regenerador lento. Los LFTR generan U-233 a partir del torio. Para completar este proceso es preciso pasar antes por una etapa intermedia, donde el torio primero decae a protactinio, que no es fisible. Posteriormente, el protactinio decae lentamente, en el transcurso de meses, en U-233 que es fisible. Esta generación lenta, no directa del material fisible constituye una característica de seguridad inherente. El material fisible se produce lentamente y, por tanto, la energía del torio no puede liberarse a la vez.

Refrigerante estable. Los fluoruros fundidos son químicamente estables y resistentes a la radiación. Las sales no se queman, ni explotan ni se descomponen, incluso bajo condiciones de temperaturas y radiación extremas. No hay ningún tipo de reacciones rápidas ni violentas con el agua y aire como sí ocurre en el caso de reactores cuyo refrigerante es el sodio. No hay ninguna producción de hidrógeno a partir del agua porque ésta no está presente en ninguna parte del circuito. El refrigerante de fluoruro fundido no tiene reacciones químicas significativas con cualquiera de los materiales presentes en el sistema del reactor.

Funcionamiento a baja presión. Los LFTR funcionan a presiones atmosféricas. El núcleo no está presurizado, no puede explotar ni está expuesto a un accidente por sobrepresión. Debido a su funcionamiento a baja presión y las escasas diferencias de presión en los intercambiadores de calor y bombas, se reduce también considerablemente el potencial de grandes fugas. Las sales tienen puntos de ebullición muy altos, por ejemplo, el fluoruro de cesio, 1.251 grados Celsius, el tetrafluoruro de uranio 1.417 grados Celsius, el fluoruro de torio 1680 grados Celsius, el fluoruro de estroncio 2.460 grados Celsius. Incluso una elevación de la temperatura de cien grados durante un evento inesperado o un accidente no provocaría ningún aumento significativo de la presión. No hay agua ni hidrógeno en el reactor que pueda causar una gran elevación de la presión o una explosión, como ocurrió en el accidente nuclear Fukushima Daiichi. En un LFTR, el edificio de contención no puede estar presurizado y, por tanto, no puede estallar.

No hay acumulación de presión procedente de los productos de fisión. Los LFTR impiden la acumulación de presión debido a gases que se van formando durante el proceso de fisión. El proceso de fisión produce gases como el xenon o el kripton que son de naturaleza volátil y que no están combinados con el flúor, por ser gases nobles. En reactores convencionales de combustible sólido las barras de combustible están sometidas a incrementos de presión muy importantes debidos a la producción de estos gases. En el caso de un incremento súbito de la potencia o un accidente esto puede ser un problema importante ya que las barras de combustible pueden hincharse y deformarse a medida que se sobrecalientan, bloqueando el flujo de refrigerante entre las mismas barras de combustible, agravando el accidente. En un LFTR los productos gaseosos y volátiles son bien extraídos como el xenón y el kripton o bien permanecen en forma químicamente estable como fluoruros no volátiles en la propia sal (como el cesio en forma de fluoruro de cesio).

No hay reserva de combustible y hay menos radiactividad en el núcleo. Dado que en un LFTR el combustible es líquido, un equipo pequeño y relativamente simple puede estar extrayendo de forma continua los productos de fisión (las cenizas nucleares) y añadiendo nuevo combustible. Ello simplifica de forma determinante el comportamiento del reactor. Es más predecible, tiene menos productos de fisión en el núcleo y no tiene una gran reserva de combustible como si ocurre en los reactores de combustible sólido. Esto hace que el reactor sea más fácilmente controlable y más seguro que un reactor convencional de agua ligera (LWR).

Fácil de controlar. El reactor es fácil de controlar en todo momento. En los reactores de combustible sólido la presencia del xenón-135, un importante absorbente de neutrones dificulta el control de la reactividad y por tanto de la potencia. En un reactor LFTR, puede extraerse dicho gas en un lugar predecible, donde el combustible esté más frío, que es en el sistema de bombeo. En los reactores de combustible sólido, sigue estando presente junto al propio combustible y, por tanto, interfiere con el control del reactor. Esta característica de los LFTR, combinada con una reserva de reactividad baja que permite la alimentación continua de combustible y la retroalimentación negativa de reactividad en función de la temperatura, así como la ausencia de daños por radiación, térmicos o químicos en el combustible de fluoruro, simplifican el control de potencia del reactor.

Calentamiento lento. Los fluoruros líquidos tienen una elevada inercia térmica (elevada capacidad de absorber calor para un volumen dado) y en algunos casos como los fluoruros de litio y berilio, superior incluso al agua. Esto les permite absorber grandes cantidades de calor durante elevaciones inesperadas de la potencia o en caso de accidentes.

Enfriamiento pasivo del calor de decaimiento. Los LFTR funcionan a alta temperatura, por lo menos 650 grados Celsius, lo que facilita su enfriamiento pasivo tras el apagado del reactor del calor de decaimiento de forma mucho más efectiva; los objetos más calientes pierden el calor mucho más rápido que los objetos menos calientes. El edificio de la celda caliente y la contención podrían diseñarse para perder algo de calor de forma constante al medio ambiente, con el fin de garantizar la eliminación eficaz del calor de desintegración después de su apagado. De un modo similar, los intercambiadores de calor pueden diseñarse para enfriarse completamente de forma pasiva (sin presencia de bombas ni partes móviles). Esto haría imposible el tipo de accidente nuclear que ocurrió en Fukushima.

Núcleo a prueba de fallos. Los LFTR pueden incluir un tapón congelado (freeze plug) en la parte inferior que tiene que ser continua y activamente enfriado, generalmente por un pequeño ventilador eléctrico. Si el enfriamiento falla, digamos debido a un fallo de alimentación eléctrica, el ventilador se detiene, se funde el tapón y el combustible se drena hacia un tanque de almacenamiento subcrítico, enfriado pasivamente. Esto no sólo detiene el reactor, también el tanque de almacenamiento puede evacuar más fácilmente el calor de decaimiento de la desintegración radiactiva de corta vida de los combustibles nucleares irradiados. Incluso en el caso extremo de que se produjera un grave accidente en el núcleo, como una ruptura de una tubería, la sal se derramaría en la celda caliente donde el reactor se encuentra, con el suelo en pendiente y se drenaría la sal-combustible, por gravedad, al tanque de vaciado, que se encuentra pasivamente refrigerado.

Escasa movilidad de la radiactividad. Incluso si hay un accidente más allá de la base de diseño de los múltiples niveles de contención y sistemas de refrigeración pasiva, los fluoruros no tienden a dispersarse fácilmente en la biosfera. Las sales no se queman ni explotan ni se degradan químicamente en el aire y reaccionan lentamente con el agua. El Flúor se combina iónicamente con los productos de fisión de manera estable formando fluoruros. Esto no sólo constituye un primer nivel de contención propio de los reactores de sales fundidas de flúor sino que constituye un elevado nivel de seguridad inherente en cualquier suceso que pueda ocurrir más allá de la base de diseño. El flúor es especialmente bueno en el secuestro de determinados residuos, como el cesio-137 y el estroncio-90 que podrían llegar a ser biológicamente activos, para formar los compuestos estables y no volátiles CsF y SrF. Las sales de fluoruros radiactivos de actínidos y de productos de fisión no son generalmente solubles en agua a temperatura ambiente. Aunque el fluoruro de cesio es uno de los fluoruros de productos de fisión que son altamente hidrosolubles, su punto de ebullición es extremadamente alto y es químicamente estable, lo que combinado con la ausencia de fuentes de energía almacenada (en forma de hidrógeno, vapor, etc.) en el LFTR, impide que sea dispersado en el aire y que por efecto del viento pueda llegar a contaminar una gran superficie de tierra, como sucedió en el accidente nuclear de Fukushima Daiichi .

Refrigerante transparente. Los fluoruros fundidos son transparentes, como el agua, así que se pueden utilizar diversos instrumentos ópticos para inspeccionar y mantener el sistema del reactor.

Muy baja corrosión. Los fluoruros fundidos presentan tasas muy bajas de corrosión, inferiores a las que se observan en reactores de agua ligera, cuando el control de la química es correcto y se utiliza la aleación Hastelloy N modificada con un 2% de niobio. Dado que los LFTR usan combustible líquido, el estado químico de este combustible es relativamente fácil de controlar para que no sean corrosivas a los componentes del reactor. Por el contrario, en los reactores alimentados por combustible sólido existentes actualmente el combustible se encuentra completamente contenido en pequeñas barras de metal, lo cual no permite un control total de su estado químico. El proceso de fisión produce diversos elementos corrosivos, que pueden dañar las barras de combustible de metal con el tiempo.

Menos residuos por activación neutrónica. Los LFTR tienen muy poco material estructural dentro del núcleo. Sólo la sal portadora, el combustible disuelto en ella, el grafito y pequeñas cantidades de metales o compuestos se encuentran dentro del núcleo del reactor. Esto reduce la cantidad de neutrones perdidos en componentes estructurales, y permite mejorar la economía de neutrones reduciendo la cantidad de residuos estructurales. Ni el flúor, ni el litio ni el berilio tienen una activación neutrónica a largo plazo.

No se producen residuos de larga duración. Los LFTR pueden disminuir considerablemente la radiotoxicidad a largo plazo de los desechos del reactor. Los reactores de combustible sólido de uranio refrigerados por agua ligera tienen una composición de más del 95% de U-238. Estos reactores transmutan normalmente parte de U-238 a Pu-239, un isótopo transuránico tóxico. Casi todo el combustible, por tanto, está a sólo un paso de convertirse en un elemento transuránico de larga duración. El plutonio-239 tiene una vida media de 24.000 años y es el más común de los transuránicos que se producen en los reactores de agua ligera. Los transuránicos como Pu-239 causan la percepción de que los desechos del reactor son un problema eterno. Por el contrario, al utilizar el LFTR, el ciclo del combustible de torio, el torio se transmuta en U-233. Dado que el torio es un elemento más ligero, se requieren capturas consecutivas de neutrones para producir elementos transuránicos. El U-233 tiene dos posibilidades de fisión en un LFTR. En primer lugar como U-233 (90% de probabilidad de fisión) y, a continuación, el 10% restante tiene otra oportunidad una vez convertido en U-235 (80% de probabilidad de fisión). La fracción del combustible que llega a convertirse en neptunio-237, la más probable dentro de los elementos transuránicos, es, por tanto, sólo el 2%, unos 15 kg por año GWe. Se trata de una producción de transuránicos 20 veces menor que en los reactores de agua ligera, que producen 300 kg de transuránicos GWe-anuales. Esto es importante, porque una producción de transuránicos mucho menor supone una mayor facilidad para el reciclaje. Los reactores que operan en el ciclo de combustible de U238-plutonio producen muchos más transuránicos, dificultando tanto el funcionamiento del reactor como el sistema de reciclaje. Al combinar estas dos ventajas de menor producción de transuránicos y reciclaje resulta que el ciclo del torio como combustible reduce la producción de desechos transuránicos por un factor mayor de 1.000 en comparación con un reactor de agua ligera alimentado de uranio. Los únicos residuos de larga duración significativos son el combustible de uranio propiamente dicho, pero este puede usarse indefinidamente para generar electricidad. Si alguna vez se decide prescindir definitivamente del torio como fuente de energía, parte de los reactores se puede apagar y el conjunto del combustible de uranio se puede quemar en los reactores restantes, permitiendo el agotamiento de este residuo final en función de la demanda de la sociedad. El LFTR aún genera productos de fisión radiactivos como residuo, pero no permanecen durante un plazo de tiempo extraordinariamente elevado- la radiotoxicidad de estos productos de fisión está dominada por cesio-137 y el estroncio-90 . De ellos, el isótopo con un periodo de semidesintegración más largo es el cesio: 30.17 años. Así, después de 30,17 años el decaimiento reduce la radiactividad a la mitad. Diez vidas medias más reducirán la radioactividad a dos elevado a una potencia de diez, es decir por un factor de 1.024. Los productos de fisión en ese momento, en unos 300 años, son menos radiactivos que el uranio natural. En ese momento sería razonablemente seguro enterrar estos materiales en roca o arcilla porque siempre hemos vivido con la presencia del uranio natural en la roca. La mayoría de los productos de fisión pueden ser útiles, por lo que podrían seguramente ser recuperados para su uso, en lugar de enterrarlos.

Destrucción de la basura nuclear de largo plazo ya existente. Los LFTR pueden utilizar desechos transuránicos existentes, generados por las plantas nucleares hasta la fecha, para su carga fisible inicial mejor que cualquier reactor de combustible sólido por diversas razones técnicas y físicas. Dado que el combustible es líquido, siempre está perfectamente mezclado, es inmune a la radiación, presenta elevados coeficientes de expansión negativos y presenta una completamente homogénea disolución entre los actínidos y las sales portadoras, y puede aceptar cualquier composición de plutonio, neptunio, americio y curio (neptunio, americio y curio son a menudo llamados actínidos menores), con el límite que impone la solubilidad de estos en las sales. En contraste, los reactores rápidos alimentados por combustible sólido, aunque teóricamente superan a los LFTR en la quema de estos actínidos menores, sólo puede aceptar cantidades limitadas de estos elementos. Esto es debido a que el combustible no está perfectamente mezclado, está confinado en elementos de combustible sólido y también porque el coeficiente de vacío del refrigerante (en caso de sobrecalentamiento del refrigerante) puede ser positivo para niveles demasiado elevados de actínidos menores. Además, también es difícil la fabricación y el manejo de estos elementos de combustible sólido debido a que altas cantidades de americio y curio generan calor de decaimiento así como producción de helio. Como resultado, los reactores de combustible sólido normalmente sólo usan plutonio reprocesado pero no americio ni curio, que constituyen una gran parte de la radiotoxicidad a largo plazo de los residuos radiactivos.

No hay acumulación de energía en el grafito. Un LFTR opera en o por encima de 650 ºC, muy por encima de los 250 ºC temperatura a la cual podría acumularse la Energía de Wigner en el grafito. Esto evita se acumule la energía de Wigner en el moderador de grafito ya que al estar sometido a temperaturas mayores esta no se llega a acumular y se impide su liberación repentina. Por lo tanto, un fuego similar al que ocurrió en el reactor para uso militar de Windscale, en el Reino Unido, causado por la energía de Wigner no podría suceder. Además, el grafito no reacciona con ninguno de los materiales que se encuentran en una contención LFTR (por ejemplo, no hay oxigeno con el que el grafito pudiera reaccionar).

Resistencia a la proliferación. El LFTR dificulta la desviación de combustible para la producción de armas nucleares de tres modos diferentes: en primer lugar, el torio-232 se transmuta a protactinio-233, que luego se desintegra en uranio-233. Si el protactinio permanece en el reactor, también se producen pequeñas cantidades de U-232.El U-232 tiene un producto de su cadena de desintegración, el talio-208, que emite rayos gamma muy potentes y peligrosos para la vida. Estos no son un problema dentro de un reactor, pero complica extraordinariamente la fabricación de bombas, porque dañaría a la electrónica y revelaría fácilmente la ubicación de la misma. En Segundo lugar, el LFTR produce muy poco plutonio, alrededor de 15 kg por año en una instalación de 1GW eléctrico. Este plutonio es principalmente Pu-238, que no puede ser utilizado para producir una bomba de fisión, debido al gran calor y la generación espontánea de neutrones que produce. En tercer lugar un LFTR no produce mucho combustible excedente. Se calcula que, en principio podría producir un 9% más combustible del que se quema, sin embargo es fácil diseñar un reactor que sólo produzca un 1% más. Si el objetivo de algún gobierno fuera producir armas nucleares tendría que tener reactores fuera de servicio, lo que constituiría una indicación fácil para la comunidad internacional de sus intenciones.

Estos son, en resumen los aspectos más destacables de la seguridad en un LFTR. Obviamente, no todo pueden ser ventajas. También existen algunos inconvenientes que pueden suponer algunos desafíos y que trataremos de exponer en otro artículo, más adelante. La mayor parte de los desafíos que pueden presentar el desarrollo y utilización de estos reactores se han solucionado o están en vías de solución. Independientemente de que sea preciso realizar un esfuerzo de diseño y desarrollo, lo más importante es que no parece que exista ningún tipo de impedimento técnico que impida su utilización. Más bien los impedimentos se encuentran en las legislaciones, en el desconocimiento y en la mentalidad de las personas que tienen que adoptar las decisiones más importantes para el progreso en el largo plazo de la civilización.

 

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El sueño del torio. Un documental de Alex Pasternack

The thorium dream

Me ha gustado este documental titulado “El Sueño del torio”, realizado por Alex Pasternack. Todos nos hemos preguntado algunas de las cuestiones que en él se plantean. La pregunta que subyace y la que todos nos planteamos es si es tan bueno cómo es posible que no exista ya. El vídeo plantea algunas posibles explicaciones. El documental está en inglés, pero subtitulado en castellano.

Un documental que explica los orígenes de la energía nuclear basada en el torio

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Energías renovables: ¿Cuánto terreno habría que dedicar a la producción de biocombustibles?

Defiendo que debemos producir tanta energía por medio de fuentes renovables como nos sea posible. Posible físicamente y posible económicamente. Y me pregunto: si pudiéramos prescindir por un momento de las limitaciones económicas, ¿cuánta energía podríamos llegar a producir por medio de fuentes renovables?

David J. C. MacKay, Profesor de Física de la Universidad de Cambridge, se ha planteado el problema del consumo de energía y de su extracción de todas las fuentes posibles –y por tanto de las renovables- y lo ha hecho  desde un punto de vista de los datos y de las estimaciones razonables y transparentes. Ha publicado sus resultados en el libro  “Sustainable Energy – without the hot air”, disponible gratuitamente en la red (http://www.withouthotair.com/ ). En él, propone ejercicios para hacerse una idea cabal de las dimensiones del problema. Algunos ejercicios sobre las fuentes renovables los ha presentado en una charla de TED (ideas que merece la pena divulgar):

 

Uno de los ejercicios propuestos por David MacKay versa sobre las dimensiones de las plantaciones dedicadas a biocombustible. Se pregunta lo siguiente. Supongamos que quisiéramos que toda la energía para el transporte por carretera procediera de biocombustibles. En ese caso, podríamos imaginar que la plantación que proporcionara el biocombustible para una carretera dada estuviera justamente al lado de dicha carretera. Cada carretera llevaría al lado su plantación y si la carretera se hace más larga la plantación también, por lo que el único parámetro relevante sería la anchura de la plantación. ¿Cuál sería la anchura de esa plantación hipotética que acompañaría a todas y cada una de las carreteras de España? Las dimensiones del dato serían probablemente extrapolables a muchos otros países. Por supuesto, hay carreteras que soportan más tráfico que otras y, por lo tanto, requerirían una plantación más ancha, pero podemos simplificar el cálculo y pensar en una carretera media.

 

Así que repito la cuestión: ¿Cuál sería la anchura de una hipotética plantación de biocombustible que acompañaría a todas y cada una de las carreteras de España si todo el transporte por carretera se realizara con ese biocombustible?

Aunque David MakKay lo hace de otra forma, nosotros lo estimaremos de la manera siguiente.

1) El parque automovilístico es de algo más de 30.000.000 de vehículos y la red de todas las carreteras españolas es de algo menos de 700.000 km (26.000 km del Estado, 71.000 km de las Comunidades Autónomas, 69.000 km de las Diputaciones, y más de 500.000 de otro tipo de redes. Estos datos pueden comprobarse en http://www.tecniberia.es/jornadas/documentos/f_Criado_Director_Carreteras_Espana.pdf)

En consecuencia, el número de vehículos por km de carretera es de 30.000.000/700.000, o sea 42,8 vehículos por km. Ya que estamos haciendo una estimación y no un cálculo exacto, redondearemos a 43 vehículos por km de carretera existente.

2) Podemos estimar el consumo anual de combustible del vehículo medio suponiendo que recorre 10.000 km al año y que consume 8 litros cada 100 km. En este caso el consumo anual sería de 10.000 x 8 / 100, o sea de 800 litros por año y vehículo.

3) Combinando los dos datos anteriores obtenemos 43 x 800, o sea 34.000 litros de combustible por km de carretera y año.

4) Un valor razonable para la producción anual de biocombustible por hectárea de plantación puede ser  1.200 litros por hectárea y año. Este dato depende de muchos factores y entre ellos del tipo de cultivo, variando desde los 500 de la soja o los 850 del girasol  hasta los 5.500 de la palma.

5) Dado que una hectárea es un hectómetro cuadrado, o sea lo que ocupa un cuadrado de 100 metros de lado o, también, lo que ocupa un rectángulo de 1 km de largo y 10 metros de ancho, una plantación anexa a 1 km de carretera que tuviera 10 metros de ancho produciría 1.200 litros de biocombustible en un año. Por tanto, para producir los 34.000 litros que se consumen durante ese año en ese kilómetro de carretera haría falta que la plantación tuviera una anchura 28 veces mayor (34.000/1.200=29), es decir de 280 m. Redondeando, la plantación debería tener unos 300 m de anchura. (David MakKay hace la estimación de un modo diferente y utilizando otros datos; su resultado es un orden de magnitud superior: 8 km, si bien su cálculo se correspondería con las carreteras estatales, autonómicas y de las diputaciones, que son un orden de magnitud menor que las de la red completa.)

 

Resumiendo el resultado, si queremos que todo el transporte por carretera se impulse con biocombustible, tendríamos que reservar para su producción el terreno equivalente a acompañar todas las carreteras, grandes o pequeñas, de una plantación de 300 m de anchura. Algo así como si todas las carreteras del país pasaran a tener una anchura de 300 metros. La superficie total de la plantación sería de unos 700.000 km x 0,3 km, o sea 210.000 kilómetros cuadrados. Y hay que tener en cuenta que la superficie total de España es de 505.000 kilómetros cuadrados. Es decir, que sería necesario emplear casi la mitad del territorio para plantaciones productoras de biocombustible.

 

Esta estimación confirma la conclusión de David MakKay: aunque la estimación se corrija por variaciones razonables de los datos, la cantidad de terreno requerida sería siempre una parte muy sustancial de todo el terreno disponible.

 

 

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