Módulo multiplicador de energía

El Módulo Multiplicador de Energía ( EM ² o EM al cuadrado ) es un diseño de reactor de fisión nuclear en desarrollo por General Atomics desde 2009. ^{[ 1 ]} Sería una versión de neutrones rápidos del Reactor Modular de Helio con Turbina de Gas (GT-MHR), capaz de convertir el combustible nuclear gastado en electricidad y calor para procesos industriales. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

EM2 es un reactor modular avanzado que se espera produzca 240 MW _e a una temperatura de salida del núcleo de 850 °C (1600 °F) . ^{[ 3 ]} El reactor estará completamente encerrado en una estructura de contención subterránea durante 30 años sin necesidad de recarga de combustible. ^{[ 4 ]} EM2 se diferencia de los reactores actuales en que no utiliza agua como refrigerante, sino que es un reactor rápido refrigerado por gas , que utiliza helio como refrigerante. ^{[ 3 ]} El reactor utiliza un compuesto de carburo de silicio como material de revestimiento del combustible y siliciuro de circonio como material reflector de neutrones . La unidad del reactor está acoplada a una turbina de gas de ciclo cerrado de helio de accionamiento directo que impulsa un generador para producir electricidad.  

El diseño del núcleo nuclear se basa en una nueva técnica de conversión en la que una sección inicial de "arranque" del núcleo proporciona los neutrones para convertir el material fértil (combustible nuclear usado, torio o uranio empobrecido ) en combustible fisionable . ^{[ 5 ]} Las unidades EM2 de primera generación utilizan iniciadores de uranio enriquecido (aproximadamente 15 por ciento de U235 ) para iniciar el proceso de conversión. ^{[ 6 ]} El U235 inicial se consume a medida que el material fértil se convierte en combustible fisionable. La vida útil del núcleo es de aproximadamente 30 años sin recarga ni redistribución del combustible.

Al final de su vida útil, quedan cantidades sustanciales de material fisionable utilizable en el núcleo del EM2. Este material puede reutilizarse como iniciador para la segunda generación de EM2, sin reprocesamiento nuclear convencional . ^{[ 4 ]} No se requiere la separación de metales pesados ​​individuales ni uranio enriquecido adicional . Solo se eliminarían los productos de fisión , que se desintegrarían hasta niveles de radiación cercanos a los de fondo en unos 500 años, en comparación con el combustible gastado convencional, que requiere unos 10 000 años. ^{[ 6 ]}

Todas las descargas de metales pesados ​​de EM2 podrían reciclarse en nuevas unidades EM2, cerrando así de facto el ciclo del combustible nuclear , lo que minimiza los riesgos de proliferación nuclear y la necesidad de depósitos a largo plazo para almacenar materiales nucleares.

En 2010, se proyectaba que se necesitarían 12 años y 1700 millones de dólares para desarrollarlo, obtener los permisos regulatorios y construir un primer reactor. ^{[ 3 ]}

Se prevé que los costes energéticos del EM2 sean menores debido a su alta eficiencia de conversión de energía (de entrada térmica a salida eléctrica), un número reducido de componentes y una larga vida útil del núcleo. Se espera que el EM2 alcance una eficiencia térmica superior al 50 % gracias a su alta temperatura de salida del núcleo y su ciclo de potencia Brayton cerrado. El ciclo Brayton elimina muchos componentes costosos, como generadores de vapor , presurizadores, condensadores y bombas de agua de alimentación. El diseño utilizaría solo una sexta parte del hormigón nuclear de un reactor de agua ligera convencional. ^{[ 7 ]}

Cada módulo puede fabricarse en instalaciones nacionales de EE. UU. o en el extranjero, utilizando la fabricación de piezas de repuesto y la gestión de la cadena de suministro. Los componentes grandes se envían por camión o ferrocarril comercial a un sitio para su ensamblaje final, donde se encerrarán completamente en una estructura de contención subterránea. La capacidad de refrigeración en seco permite su instalación en lugares sin una fuente de agua de refrigeración. ^{[ 3 ]}

La alta temperatura de funcionamiento del EM2 puede proporcionar calor de proceso para productos de combustible petroquímicos y combustibles alternativos , como biocombustibles e hidrógeno . ^{[ 8 ]} Si el reactor se integra en una economía del hidrógeno , la temperatura de salida del refrigerante de 850  °C permitiría utilizar el ciclo de yodo-azufre , que convierte directamente la energía térmica en hidrógeno (sin pasos intermedios eléctricos ni de otro tipo) con una eficiencia térmica global de alrededor del 50 %.

EM2 utiliza sistemas de seguridad pasiva diseñados para apagar el reactor de forma segura en condiciones de emergencia utilizando únicamente la gravedad y la convección natural. ^{[ 4 ]} Las barras de control se insertan automáticamente durante un incidente de pérdida de energía por gravedad. El flujo de convección natural se utiliza para enfriar el núcleo durante incidentes de pérdida de energía en toda la planta. No se requiere suministro externo de agua para el enfriamiento de emergencia. El uso de carburo de silicio como revestimiento del combustible en el núcleo garantiza que no se produzca hidrógeno durante escenarios de accidente y permite un período de respuesta más prolongado en comparación con el revestimiento de metal Zircaloy utilizado en los reactores actuales.

EM2 puede quemar combustible nuclear gastado de los reactores de agua ligera actuales . Puede utilizar aproximadamente el 97 % del combustible no utilizado que los reactores actuales dejan como residuo. ^{[ 2 ]} Las barras de combustible gastado de los reactores nucleares convencionales se almacenan y se consideran residuos nucleares , tanto por la industria nuclear como por el público en general. ^{[ 9 ]} Los residuos nucleares de los reactores de agua ligera conservan más del 95 % de su energía original porque dichos reactores no pueden quemar el fértil U238, mientras que los reactores rápidos sí. El inventario actual de combustible gastado de EE. UU. equivale a nueve billones de barriles de petróleo, cuatro veces más que las reservas conocidas.

Al utilizar los residuos nucleares gastados y las reservas de uranio empobrecido como fuente de combustible, un despliegue a gran escala del EM2 podría reducir la necesidad a largo plazo de enriquecimiento de uranio y eliminar el reprocesamiento nuclear convencional, que requiere la separación del plutonio. ^{[ 10 ]}

Los reactores convencionales de agua ligera requieren recarga cada 18 meses. El ciclo de combustible de 30 años del EM2 minimiza la necesidad de manipulación del combustible y reduce el acceso al material combustible, disminuyendo así las preocupaciones sobre la proliferación. Su ubicación subterránea mejora la seguridad de la planta frente al terrorismo y otras amenazas.

• Instituto de Energía Nuclear
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• Departamento de Energía de los Estados Unidos

• Sitio web oficial
• 28/11/2011: Presentación sobre el reactor EM2 en el Departamento de Ingeniería Nuclear de la Universidad de California-Berkeley , vídeo de Ustream. Presentación anterior.
• Mayo de 2015: Testimonio del Vicepresidente Senior de General Atomics ante el Comité de Ciencia, Espacio y Tecnología :