Vladímir Prokhvatilov
El 22 de septiembre de 2022 ocurrió un evento que podría cambiar para mejor la vida de la humanidad. En la región de Sverdlovsk, por primera vez, la cuarta unidad de potencia de la central nuclear de Beloyarsk con el reactor de neutrones rápidos BN-800 se puso a plena capacidad.
Un reactor de neutrones rápidos es un reactor nuclear en cuyo núcleo no existen moderadores de neutrones (agua o grafito). De ahí el nombre de este tipo de reactores, que permiten convertir el combustible nuclear gastado en nuevo combustible para las centrales nucleares, formando un ciclo de combustible nuclear cerrado.
Los reactores de neutrones rápidos no utilizan agua como refrigerante, sino metales de bajo punto de fusión. En Rusia, en la central nuclear de Beloyarsk, se utiliza sodio en el reactor BN-800.
No es uranio-235 ordinario lo que se carga en el núcleo del reactor de Beloyarsk, sino el llamado combustible MOX. MOX (combustible de óxido mixto) es un combustible nuclear que contiene varios tipos de óxidos de plutonio y uranio.
El Beloyarsk BN-800 fue diseñado desde el principio para combustible MOX, pero se cargó gradualmente. En 2014, la mayor parte de la carga de lanzamiento fue combustible de uranio convencional (el BN-800, en principio, puede operar con él), el combustible MOX fue el 16%.
En enero de 2021, después de otro reabastecimiento de combustible, la proporción de combustible MOX aumentó a un tercio. En enero de este año, hasta dos tercios. A fines de septiembre, el bloque estaba completamente cargado con combustible MOX, fabricado en Mining and Chemical Combine en la ciudad de Zheleznogorsk, Territorio de Krasnoyarsk.
La principal ventaja de un reactor de neutrones rápidos es que permite convertir el combustible nuclear gastado en nuevo combustible para las centrales nucleares, formando un ciclo de combustible nuclear cerrado. Por lo tanto, la industria de energía nuclear del futuro, en cuya creación lideran los científicos nucleares rusos, no tendrá desechos nucleares.
Además, el reactor de neutrones rápidos permite el uso de uranio-238, cuyas reservas durarán más de tres mil años.
En realidad, Rusia no es pionera en la creación de reactores de neutrones rápidos, pero fue la primera en tener éxito en esto.
El primer reactor nuclear de neutrones rápidos refrigerado por sodio fue el estadounidense EBR I, puesto en marcha el 20 de diciembre de 1951, pero no estaba conectado a la red eléctrica, la energía se utilizaba principalmente para iluminar el edificio en el que se ubicaba el reactor.
En 1965 se paró el reactor y se puso en marcha un segundo, pero en 1994 se paró. Los propietarios de las centrales nucleares estadounidenses -en su mayoría empresas privadas- no ven ventajas comerciales en los reactores rápidos frente a los “térmicos” convencionales. Y el tema de proporcionar a la humanidad una base energética prácticamente eterna no está en la cabeza de los estadounidenses.
Los estadounidenses no tuvieron éxito con el uso militar de los reactores rápidos de sodio. El sodio reacciona violentamente con el agua y se quema en el aire, lo que complica cualquier accidente por fuga de refrigerante. Por lo tanto, después de tres años de operación del único submarino estadounidense refrigerado por sodio, el USS Seawolf , se sacaron conclusiones negativas sobre la aplicabilidad de este tipo de reactor en la flota submarina, el reactor en el propio submarino fue reemplazado por un reactor convencional de agua a presión, y el Pentágono detuvo los experimentos con reactores rápidos.
El 14 de julio de 1974, el reactor Phoenix MOX se puso en operación comercial en Francia. Sin embargo, debido a varios accidentes, se detuvo repetidamente, se lanzó nuevamente, luego se detuvo nuevamente y finalmente se ahogó en febrero de 2010, sin alcanzar nunca su capacidad de diseño.
En Japón, los reactores rápidos no corrieron tanta suerte: en 1995, el reactor de Monju sufrió una importante fuga de sodio cuatro meses después de su puesta en marcha. Luego, durante 15 años, la central nuclear estuvo en reparaciones, pero volvió a ocurrir un accidente durante el reinicio. Desde entonces, el reactor no ha funcionado.
India tiene un reactor rápido de investigación F T BR, pero con el lanzamiento del reactor de demostración PFBR-500, los indios no se han llevado bien durante muchos años debido a la falta de experiencia y especialistas. Numerosas fallas de equipos experimentales ponen en duda la implementación de este proyecto.
Los únicos competidores serios de Rusia en esta área ahora son los chinos, quienes, sin embargo, usan combustible de uranio enriquecido ruso: lanzaron el reactor de neutrones rápidos experimental CEFR en 2011 y ahora están construyendo una unidad de demostración que debería estar operativa en los próximos años.
El primer reactor CEFR experimental chino con una capacidad de 65 megavatios fue diseñado en Rusia en los años 90, pero fue construido por los chinos por su cuenta. Lanzada en 2010, esta instalación se ha convertido en una especie de campo de entrenamiento para China, donde se está adquiriendo conocimientos sobre cómo construir y operar reactores rápidos de sodio. Sin embargo, desde 2011 hasta el día de hoy, el MCER ha estado en un estado semioperativo. Tampoco se ha completado la tarea de transferir el reactor a su propio combustible MOX.
Por separado sobre la "eternidad". Ahora, todas las plantas de energía nuclear del mundo, excepto Beloyarsk, usan uranio-235, que constituye menos del uno por ciento del uranio presente en la naturaleza. Los reactores de neutrones rápidos utilizan uranio-238 (más del 99 % del uranio natural) en el ciclo del combustible para producir plutonio y reutilizarlo en los reactores. El combustible para los reactores de neutrones rápidos será suficiente para la humanidad durante más de tres mil años.
El siguiente paso en el desarrollo de la energía nuclear sobre neutrones rápidos será el proyecto BREST-300. Se está creando en el marco del proyecto "Breakthrough" de Rosatom. En lugar de sodio, se utiliza plomo con un punto de fusión de 327 ? como refrigerante. Esto simplifica el control y aumenta la eficiencia energética del reactor.
El diseño de BREST-300 proporciona la llamada seguridad natural: un accidente es imposible en este reactor debido a una liberación incontrolada de neutrones, lo que lleva a reacciones en cadena, por ejemplo, en caso de una subida de tensión del reactor.
Un reactor de este tipo con una potencia eléctrica de 300 MW ya ha comenzado a construirse en Seversk (Región de Tomsk). A su alrededor se construirá un complejo que permitirá solucionar los problemas de regeneración de combustible. Y todos los procesos de creación de un ciclo de combustible cerrado se concentrarán en un solo lugar.
Cuando la tarea de cerrar el ciclo del combustible nuclear se complete con éxito en el marco del proyecto BREST-300, Rusia recibirá una fuente de energía casi inagotable.
Paralelamente, se resolverá la tarea de eliminar los desechos nucleares del ciclo del combustible sin alterar el equilibrio de radiación natural de la Tierra. El ciclo de combustible proyectado del proyecto BREST-300 asegurará el retorno de exactamente la misma cantidad de radiación que se extrae del interior de la tierra. Teóricamente, esta tarea ha sido calculada por científicos rusos. Es cuestión de práctica.
En 1945, Enrico Fermi dijo que el país que fuera el primero en desarrollar un reactor de neutrones rápidos tendría una ventaja significativa en el uso de la energía atómica.
Rusia fue la primera en lanzar un reactor de neutrones rápidos con un ciclo completo de combustible MOX, que permite utilizar las reservas inagotables de uranio natural. Esto le otorga a nuestro país una innegable prioridad de largo plazo en el suministro energético del crecimiento industrial.
