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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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3 Responses

  1. b.serrano

    Hay un magnífico artículo escrito por Robert Hargraves sobre la historia de Alvin Weinberg como pionero de estos reactores.

    Alvin Weinberg fue el físico que trabajó en el Proyecto Manhattan y más tarde co-inventó el reactor de agua presurizada (PWR), el más común de los reactores comerciales existentes en la actualidad. Como director de los Laboratorios Nacionales de Oak Ridge dirigíó el desarrollo de los reactores de combustible líquido, entre ellos los considerados inherentemente seguros Reactores de fluoruro de torio en estado líquido. Hoy en día tal energía limpia, barata y segura tiene el potencial de desplazar económicamente la producción eléctrica basada en la combustión de carbón.

    http://atomicinsights.com/alvin-weinbergs-liquid-fuel-reactors-part-1/

  2. toriadicto

    Este artículo es la crónica de un fracaso recurrente. La llamada “falacia del Concorde”.
    Cuando los líderes politicos, generalmente cortoplacistas, se ponen de acuerdo para hacer algo con miras al medio o al largo plazo, caen en la trampa de financiar propuestas grandilocuentes de las que no pueden deshacerse hasta que se convierten en un pozo sin fondo donde se entierran muchos millones de dólares de dinero público. Creo que está pasando ahora algo parecido a lo que paso en los años 60-70 con el FBR, esta vez con la energía de fusión. El proyecto ITER no deja de acumular incrementos en los costes y retrasos en los plazos. Los científicos implicados no quieren oir hablar de que pueda fracasar, pero lo cierto es que están tratando de implementar una tecnología que data de los años 60, y en medio siglo no ha podido ser verificada. Puede ser que la fusión nuclear acabe con la necesidad de cualquier reactor de fisión, pero ¿podemos seguir esperando 50 años más, aumentando exponencialmente el consumo de combustibles fósiles?.

    Entretanto se sigue arrinconando a la energía del torio, a pesar de haber sido ya probada con éxito.

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