microrreactor nuclear

Un microrreactor nuclear es un tipo de reactor nuclear que se puede ensamblar y transportar fácilmente por carretera, ferrocarril o aire. ^{[ 1 ]} Los microrreactores son de 100 a 1000 veces más pequeños que los reactores nucleares convencionales y tienen una capacidad que oscila entre 1 y 20 MWe (megavatios de electricidad), en comparación con los 20 a 300 MWe (megavatios de electricidad) de los reactores modulares pequeños (SMR). ^{[ 2 ]} Debido a su tamaño, se pueden desplegar en lugares como bases militares aisladas o comunidades afectadas por desastres naturales . Pueden operar como parte de la red eléctrica, de forma independiente o como parte de una red pequeña para la generación de electricidad y el tratamiento térmico. ^{[ 3 ]} Están diseñados para proporcionar energía resiliente, no emisora ​​de carbono e independiente en entornos difíciles. ^{[ 4 ]} La fuente de combustible nuclear para la mayoría de los diseños es el " uranio de bajo enriquecimiento de alto grado " o HALEU. ^{[ 5 ]}

Los microrreactores nucleares se originaron en el proyecto de submarino nuclear de la Armada de los Estados Unidos , propuesto por primera vez por Ross Gunn del Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos en 1939. ^{[ 6 ]} El concepto fue adaptado por el almirante Hyman Rickover para iniciar el programa estadounidense de submarinos nucleares en la década de 1950. El primer submarino nuclear estadounidense construido fue el USS Nautilus , botado en 1955. Estaba equipado con el reactor S2W de Westinghouse , un reactor de agua a presión con una potencia de salida de 10 megavatios. ^{[ 7 ]}

Estos reactores están diseñados para encajar en áreas pequeñas donde sería ineficiente instalar una central eléctrica más grande, pero cuyas necesidades energéticas no son adecuadas para generadores. Los microrreactores nucleares, una subcategoría de los reactores modulares pequeños (SMR), son un tipo de central nuclear en desarrollo diseñada para generar electricidad a menor escala que los reactores nucleares tradicionales. Estos microrreactores suelen tener una capacidad de 20 megavatios o menos y están diseñados para ser modulares y transportables, lo que los hace adecuados para abastecer de energía a pequeñas comunidades, áreas remotas e industrias como la desalinización y la producción de hidrógeno como combustible . ^{[ 8 ]}

Una de las principales ventajas de los microrreactores nucleares es su menor impacto ambiental en comparación con los combustibles fósiles. No emiten gases de efecto invernadero como _el CO₂ y el metano. Sin embargo, los residuos que producen son radiactivos , lo que plantea un problema para su manipulación y eliminación seguras. Uno de los métodos actuales de eliminación consiste en enterrar los residuos en instalaciones subterráneas profundas, como Onkalo en Finlandia. ^{[ 9 ]} Además, pueden operar de forma continua durante un máximo de 10 años sin necesidad de recarga. ^{[ 10 ]}

Los microrreactores utilizan la fisión nuclear para generar calor, que luego se emplea para producir electricidad mediante una turbina de vapor. El núcleo del reactor está rodeado por un grueso blindaje para proteger a los trabajadores y al medio ambiente de la radiación . El núcleo también contiene barras de combustible hechas de uranio u otros materiales fisionables. A medida que el combustible se fisiona, libera energía en forma de calor, que luego se transfiere a un refrigerante que circula por el reactor. El refrigerante suele ser agua o un metal líquido, como sodio o plomo , que absorbe el calor y lo transfiere a un intercambiador de calor. El intercambiador de calor transfiere el calor a un refrigerante secundario, que se utiliza para generar vapor y producir electricidad. ^{[ 11 ]}

Los microrreactores y los reactores modulares pequeños (SMR) abarcan una amplia gama de tecnologías, incluyendo reactores de agua ligera (LWR), reactores de gas de alta temperatura (HTGR) y diseños de reactores avanzados, como reactores rápidos de metal líquido (FR), reactores de sales fundidas (MSR) y reactores de tubos de calor (HPR). Los diseños pueden variar según el combustible, los materiales, los refrigerantes, los inversores, las técnicas de fabricación (como la fabricación aditiva) y los intercambiadores de calor. ^{[ 12 ]}

El diseño de reactor de tubo de calor es el microrreactor más simple, ya que mejora la transferencia de potencia y evita el uso de bombas para la circulación del refrigerante. Los microrreactores basados ​​en la tecnología HTGR utilizan un combustible isotrópico de tres estructuras (TRISO), el mismo que se usa en diseños HTGR más grandes. Para las tecnologías FR que ofrecen compacidad y eficiencia energética, se dispone de combustibles de óxido probados, metales más experimentales o combustibles de nitruro. Se espera que el combustible experimental sea más eficiente para los microrreactores, ya que el tiempo de residencia del combustible en el núcleo del reactor es mucho mayor que en los reactores convencionales, lo que conlleva una mayor exposición a la radiación. ^{[ 12 ]}

Una de las características clave de los microrreactores nucleares es su pequeño tamaño y modularidad. Los SMR se pueden construir en fábricas y transportar a su destino final, lo que reduce los costos y el tiempo de construcción. Se pueden instalar bajo tierra, bajo el agua o en otros lugares remotos, lo que los hace ideales para suministrar energía a pequeñas comunidades, sitios industriales, instalaciones militares y otros lugares especializados. Además, el diseño modular permite una fácil escalabilidad , lo que posibilita la adición de microrreactores adicionales para aumentar la producción de energía según sea necesario. ^{[ 3 ]}

El impacto ambiental de la reducción de gases de efecto invernadero y la capacidad de generar bajas potencias de menos de 100 MWth han generado interés mundial en los microrreactores nucleares, que podrían beneficiar a empresas con menores requisitos de control. Otros beneficios podrían incluir una mayor adaptabilidad en cuanto a la ubicación, una mejor implementación de la seguridad, tiempos de desarrollo reducidos y menores requisitos iniciales de inversión. ^{[ 13 ]}

Los microrreactores para uso civil se encuentran actualmente en las primeras etapas de desarrollo, con diseños individuales que varían en diferentes grados de madurez. Estados Unidos ha apoyado el desarrollo de cualquier forma de SMR desde 2012. El presente trabajo se centra en la viabilidad de combinar refrigerantes comúnmente considerados para aplicaciones de reactores rápidos, como sodio, sales fundidas y refrigerantes a base de plomo, con refrigerantes intermedios y prestando especial atención a las sales fundidas, desde una perspectiva de diseño básico. El trabajo futuro se centra en optimizar el diseño básico y realizar cálculos 3D acoplados, como termohidráulica, rendimiento del combustible y neutrónica, para determinar el comportamiento y la operación en detalle. ^{[ 13 ]}

A partir de 2010,También ha habido un creciente interés en las centrales nucleares flotantes móviles, consideradas microrreactores nucleares. Dos ejemplos recientes notables son: la central rusa Akademik Lomonosov, que utiliza dos reactores de 35 MWe, y la central china ACPR50S, que utiliza un reactor de 60 MWe, clasificado como reactor marino de agua a presión. Además de la central Akademik Lomonosov, en Rusia se están estudiando varios diseños nuevos de fuentes de energía autónomas. ^{[ 13 ]}

En 2018, la NASA demostró con éxito un microrreactor a escala de kilovatios basado en su tecnología Kilopower . ^{[ 15 ] [ 16 ]} Se está desarrollando para apoyar las misiones de exploración humana de la Luna y Marte. ^{[ 17 ]} Utiliza un enfoque tecnológico único para enfriar el núcleo del reactor (que tiene aproximadamente el tamaño de un rollo de papel de cocina): tubos de calor herméticos transfieren el calor del reactor a motores que lo convierten en electricidad. ^{[ 18 ]} El método para descubrir el combustible refrigerante utilizado para los núcleos de los reactores se encontró a través de una serie de cálculos preliminares, que utilizan las dimensiones internas y del recipiente del reactor, seguidos del cálculo de vibraciones y accidentes hipotéticos que podrían perturbar el núcleo. ^{[ 13 ]}

En abril de 2022, el Departamento de Defensa de EE. UU. anunció la aprobación del Proyecto Pele , una iniciativa para reducir las emisiones de carbono mediante la inversión en tecnologías nucleares. El proyecto cuenta con un presupuesto de 300 millones de dólares para desarrollar un reactor miniaturizado capaz de generar 1,5 megavatios durante un mínimo de tres años. ^{[ 19 ]} El Departamento de Capacidades Estratégicas de EE. UU. se asoció con BWXT Technologies en junio de 2022 para lograrlo. BWXT Tech desarrolló un reactor de gas de alta temperatura (HTGR) que generará entre 1 y 5 MWe y será transportable en contenedores marítimos. Se alimentará con combustible TRISO , un diseño específico de combustible de uranio de bajo enriquecimiento de alta concentración ( HALEU ) que puede soportar altas temperaturas y tiene riesgos ambientales relativamente bajos. ^{[ 20 ]}

El Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) también está planeando actualmente desarrollar un reactor de 100 kWt en Idaho llamado reactor "Microreactor Applications Research Validation and Evaluation" (MARVEL). ^{[ 21 ]}

El Departamento de Defensa de EE. UU. prevé plazos y desafíos para el despliegue del primer reactor pequeño para finales de 2027. El tiempo nominal desde la solicitud de licencia hasta la comercialización se estima en 7 años. ^{[ 3 ]}

En febrero de 2026, Estados Unidos realizó el primer transporte aéreo de un microrreactor nuclear para demostrar la viabilidad de la tecnología. ^{[ 22 ]}