En el ámbito de la energía nuclear, se está produciendo un proceso de "transformación silenciosa" relacionado con la introducción de sistemas de energía nuclear de cuarta generación. Estos deben ayudar a resolver problemas clave de la industria, como garantizar la seguridad y la gestión de los residuos radiactivos de larga duración.
Centrales nucleares modernas
La mayoría de las centrales nucleares del mundo, teniendo en cuenta las modernizaciones realizadas, pueden clasificarse como de segunda y tercera generación.
A la primera pertenecían los reactores que se crearon en la etapa inicial del uso comercial de la energía nuclear. A la segunda generación, las centrales más grandes que se construyeron en los años 1970 y 1980. Los requisitos adicionales de seguridad y la estandarización de las tecnologías llevaron a la aparición de la tercera generación de centrales nucleares.
De acuerdo con la clasificación adoptada en la industria, a la cuarta generación pertenecen no solo las centrales nucleares, sino también los sistemas integrales de energía nuclear que cumplen una serie de criterios clave:
- el más alto nivel de seguridad y fiabilidad de las instalaciones energéticas;
- garantizar el desarrollo sostenible mediante un aumento significativo de la eficiencia en el uso del combustible nuclear y la reducción del peligro biológico potencial de los residuos;
- competitividad con fuentes de energía alternativas en el plano económico;
- apoyo al régimen de no proliferación de materiales nucleares.
Precisamente los sistemas de energía nuclear de cuarta generación son capaces de cambiar radicalmente la energía atómica, sobre todo gracias a un nuevo nivel de seguridad, la ampliación de la nomenclatura de combustibles y una reducción sustancial del peligro de los residuos radiactivos.
Existen varias soluciones técnicas que permiten alcanzar tales características. Se consideran más prometedoras seis variantes de sistemas. En la parte del reactor, los más comunes son los reactores de neutrones rápidos con refrigerante de sodio. Rusia ocupa una posición de liderazgo en el mundo en experiencia en la operación de tales instalaciones.
Como base para un suministro de energía estable, muchos países, incluida Rusia, consideran proyectos de reactores rápidos con refrigerante de plomo. Estos reactores poseen propiedades atractivas de seguridad y consumo de combustible.
Otra variante prometedora es el reactor con sales fundidas. Tiene un gran potencial para la transmutación de actínidos menores, es decir, para la "quema completa" de los residuos no deseados de la industria atómica.
El tercer tipo, los reactores de gas de alta temperatura, funcionan a temperaturas significativamente más altas, lo que, teóricamente, puede asegurarles una alta productividad en la producción de hidrógeno como combustible neutro en carbono. Sin embargo, su aplicación en un ciclo de combustible nuclear cerrado conlleva ciertas dificultades.
"Rusia es la que más ha avanzado"
Actualmente, Rusia ocupa una posición de liderazgo en el desarrollo de reactores innovadores para la creación de sistemas de energía nuclear modernos de cuarta generación.
Entre ellos, se pueden destacar dos proyectos:
- El Complejo de Demostración de Energía Experimental (ОДЭК) con el reactor БРЕСТ-ОД-300, que se está construyendo en la región de Tomsk. Este complejo funcionará con refrigerante de plomo y utilizará un ciclo de combustible nuclear cerrado.
- El bloque de energía БН-1200М, que se planea construir en la central nuclear de Beloyarsk.
Estos proyectos representan soluciones innovadoras en el campo de la energía nuclear y abren nuevas perspectivas para el desarrollo de la industria.
Rusia es la que más ha avanzado; esto se debe tanto a la poderosa base creada en la época soviética: escuela científica, capacidades de producción, un enorme "cofre" con proyectos desarrollados en diferentes momentos, pero que no han perdido su relevancia hasta el día de hoy, como al hecho de que solo en Rusia existen reactores de neutrones rápidos de gran potencia en funcionamiento que han demostrado su eficacia.
En la central nuclear de Beloyarsk, el reactor БН-600 funciona con éxito desde hace más de 40 años. Y recientemente se puso en marcha el reactor БН-800, que ya funciona con una carga completa de la zona activa con combustible MOX de uranio-plutonio.
En Rusia también existen antiguas tradiciones en el campo de las tecnologías relacionadas con los reactores, las etapas iniciales del ciclo de combustible y la radioquímica, señalaron en Rosatom. Si se combinan estos conocimientos y habilidades, se puede lograr un efecto sinérgico. Esto permitirá crear un sistema de energía de dos componentes, que incluirá reactores de neutrones térmicos y rápidos, que funcionarán en un ciclo de combustible cerrado.
La principal ventaja de Rusia frente a otros participantes del mercado es que está desarrollando activamente tecnologías de quema completa de actínidos menores en reactores rápidos. Rosatom apuesta por el uso múltiple de materiales nucleares después del reprocesamiento del combustible irradiado, mientras que otras empresas se limitan hasta ahora a un solo uso.
"Avance"
Actualmente, el principal polígono para la introducción de tecnologías avanzadas de cuarta generación se encuentra en la ciudad de Seversk, en la región de Tomsk. Aquí, en el marco del proyecto "Avance", se está construyendo el ОДЭК.
Este es el primer proyecto en el mundo que permitirá crear un ciclo de combustible nuclear cerrado en una sola plataforma. Precisamente la posibilidad de cerrar el ciclo y quemar los componentes más radiactivos del combustible abre perspectivas para la reutilización del combustible nuclear gastado y una reducción significativa del consumo de nuevos materiales.
La base del proyecto es una innovadora instalación de reactor de neutrones rápidos que utiliza plomo líquido como refrigerante. La potencia de la instalación es de 300 MW(e).
En el marco del proyecto, también se planea la construcción de una planta junto a la estación, que incluirá módulos necesarios para cerrar el ciclo de combustible nuclear. Estos se encargarán del reprocesamiento del combustible mixto de nitruro de uranio-plutonio irradiado y su producción.
El reactor БРЕСТ-ОД-300 será capaz de autoabastecerse del principal componente energético: el plutonio. Lo producirá a partir del isótopo uranio-238, que constituye más del 99% del uranio natural.
La puesta en marcha del nuevo reactor nuclear está prevista para 2028. Actualmente, continúan los trabajos de construcción.
En el marco del proyecto, también se está preparando la construcción de un complejo para el reprocesamiento de combustible nuclear gastado. Los científicos han desarrollado una tecnología única que permite separar eficazmente los materiales nucleares valiosos de los productos de fisión.
Los materiales obtenidos del combustible nuclear gastado después del reprocesamiento se utilizarán para la refabricación de combustible nuevo. De este modo, este sistema se independizará gradualmente de los suministros externos de recursos energéticos.
Aceleración del reprocesamiento
Al mismo tiempo, se está desarrollando en paralelo otra tecnología para la eliminación de residuos radiactivos. En julio, en la central nuclear de Beloyarsk, se cargaron por primera vez en el reactor de neutrones rápidos BN-800 conjuntos combustibles con combustible MOX de uranio-plutonio, a los que se añadieron los llamados actínidos menores, uno de los componentes más peligrosos y de larga duración contenidos en el combustible nuclear gastado.
La carga de combustible en la zona activa del reactor se realizó tras obtener el permiso del Servicio Federal de Supervisión Ecológica, Tecnológica y Atómica, que confirmó la seguridad de la explotación de los conjuntos innovadores.
A finales de 2023 se creó un combustible experimental. En el reactor BN-800, estos conjuntos combustibles se utilizarán en la explotación experimental-industrial durante tres microcampañas, lo que equivale aproximadamente a un año y medio.
Según los expertos, al quemar actínidos menores se puede conseguir que el impacto de la radiación del combustible nuclear reprocesado sea comparable al del material original de uranio. Esto ocurrirá aproximadamente en 300 años, lo que es significativamente más rápido que en ausencia de reprocesamiento del combustible nuclear, cuando este proceso lleva cientos de miles de años.
Anteriormente, en el Instituto del Radio Khlopin, que forma parte de la División Científica de la Corporación Estatal Rosatom, se desarrolló y probó una tecnología innovadora que permite sellar los residuos radiactivos en vidrio de borosilicato utilizando el método de fusión por inducción en un crisol caliente. Esta tecnología puede utilizarse para el aislamiento y el almacenamiento seguro de residuos radiactivos líquidos. En la nueva instalación se ha mejorado el sistema de control de la temperatura de la masa fundida, lo que contribuye a aumentar el nivel de seguridad y la gestionabilidad del proceso.