EL REACTOR DE ONDA VIAJERA DE BILL GATES
La compañía @TerraPower, fundada por @BillGates y un grupo de visionarios tecnológicos, está desarrollando un revolucionario reactor nuclear de IV Generación capaz de reciclar residuos radiactivos. Te lo explico en un HILO.
La compañía @TerraPower, fundada por @BillGates y un grupo de visionarios tecnológicos, está desarrollando un revolucionario reactor nuclear de IV Generación capaz de reciclar residuos radiactivos. Te lo explico en un HILO.
INTRODUCCIÓN
TerraPower, con sede en Bellevue (Washington, EEUU), actualmente cuenta con 150 empleados y tiene varios proyectos, pero sin duda su buque insignia es el Reactor de Onda Viajera (Traveling Wave Reactor, TWR).
TerraPower, con sede en Bellevue (Washington, EEUU), actualmente cuenta con 150 empleados y tiene varios proyectos, pero sin duda su buque insignia es el Reactor de Onda Viajera (Traveling Wave Reactor, TWR).
El reactor TWR puede funcionar con uranio natural, uranio empobrecido o torio sin necesidad de enriquecimiento, puesto que produce su propio material fisible. Es lo que llamamos un REACTOR REPRODUCTOR, es decir, que genera más material fisible que el combustible que consume.
El TWR se ha diseñado como un reactor rápido (no reduce la velocidad de los neutrones que se producen en las fisiones) refrigerado por sodio. Al no necesitar uranio enriquecido y consumir todo el uranio, se eliminan los procesos de enriquecimiento y de tratamiento de residuos.
Los sistemas TWR se basan en las leyes de la física para mantener la seguridad de la central nuclear sin la intervención del operador. La operación se realiza a presión atmosférica, reduciendo costes de funcionamiento.
El combustible se almacena dentro del núcleo y se va fisionando hasta agotarse gracias a la onda viajera, que es capaz de mantener la reacción en cadena de fisión sin interrupción. Pero ¿qué es la onda viajera?
En un TWR la fisión permanece confinada en una zona límite en el núcleo del reactor que avanza lentamente con el tiempo, de dentro hacia fuera, como una onda. Los TWR podrían funcionar de forma autosuficiente durante décadas sin repostar y sin extraer el combustible usado.
HISTORIA
TerraPower comenzó durante varias sesiones de lluvia de ideas entre @BillGates, Nathan Myhrvold, Lowell Wood y otros expertos durante 2006 en Bellevue, Washington. El objetivo: energía sostenible, escalable y baja en carbono para todos habitantes de la Tierra.
TerraPower comenzó durante varias sesiones de lluvia de ideas entre @BillGates, Nathan Myhrvold, Lowell Wood y otros expertos durante 2006 en Bellevue, Washington. El objetivo: energía sostenible, escalable y baja en carbono para todos habitantes de la Tierra.
Se analizaron todas energías, entre ellas la solar y la eólica, que se consideraron muy importantes, pero concluyeron que la nuclear es la única tecnología conocida que puede ser esencial para proporcionar potencia de carga base baja en emisiones de forma sostenible.
El grupo también concluyó que la energía nuclear podría tener mejoras significativas con la tecnología del siglo XXI, que tenía un potencial único y su necesidad era consistente con las conclusiones publicadas por el manifiesto Ecomodernista ecomodernism.org/espanol
Un pequeño grupo, que finalmente se convirtió en @TerraPower, inició actividades a principios de 2007. Consideraron muchos tipos de reactores, pero cada vez hizo cada vez más evidente que el concepto de reactor de onda viajera (TWR), defendido por Lowell Wood, era el mejor.
DISEÑO
El TWR es un reactor rápido refrigerado por sodio (SFR) diseñado para suministrar grandes cantidades de electricidad, basado en la experiencia internacional con innovaciones para permitir una operación limpia, segura y económica sin reprocesamiento de combustible.
El TWR es un reactor rápido refrigerado por sodio (SFR) diseñado para suministrar grandes cantidades de electricidad, basado en la experiencia internacional con innovaciones para permitir una operación limpia, segura y económica sin reprocesamiento de combustible.
En los reactores convencionales (PWR y BWR, por ejemplo), necesitamos reducir la velocidad de los neutrones que se obtienen de las fisiones, lo que llamamos moderación (realizada habitualmente con agua). En los reactores rápidos, los neutrones no necesitan ser moderados.
El TWR utiliza una arquitectura de reactor de sodio convencional (imagen), que consiste en un circuito de refrigerante primario de sodio, un intermedio que también utiliza sodio como refrigerante y un ciclo convencional de vapor.
La energía generada en el núcleo TWR se transfiere a través de los circuitos primarios e intermedios a los generadores de vapor, que producen vapor sobrecalentado. Este vapor alimenta a un turboalternador para producir electricidad.
El circuito intermedio actúa como una barrera entre el circuito primario de refrigerante y ciclo de vapor a alta presión, de modo que incluso si se produce una fuga en cualquiera de los componentes, se puede asegurar la integridad del núcleo.
El TWR utiliza una configuración de tipo agrupación, donde los componentes del sistema primario se alojan en una gran piscina de sodio a presión atmosférica dentro del recipiente del reactor, rodeado por un por otro recipiente de protección independiente, para evitar fugas.
Este método ha sido empleado en múltiples reactores, incluido el Experimental Breeder Reactor-II (EBR-II) en EEUU, Phénix y SuperPhénix en Francia, BN-600 y BN-800 (foto) en Rusia, el China Experimental Fast Reactor (MCER) y el Prototype Fast Breeder Reactor (PFBR) en India.
Los diseños para TWR comerciales tienen clasificaciones de potencia neta que varían desde 600 MW hasta 1200 MW eléctricos. Este rango permite una evolución gradual desde el primer prototipo eléctrico de 600 MW hasta unidades más grandes más eficientes económicamente.
Las temperaturas de entrada y salida del núcleo son 360°C y 500°C respectivamente, correspondiente a una eficiencia neta de aproximadamente 41%, una mejora significativa sobre las eficiencias ~33% típico de los actuales LWR comerciales.
La disposición central general del núcleo de un TWR es típica de los SFR y está compuesto por elementos combustibles hexagonales. El control de la potencia se realiza con barras de control que se insertan en el núcleo, con un banco redundante para garantizar parada del reactor.
El diseño del núcleo TWR mejora el rendimiento del combustible y la reactividad sobre los diseños SFR para permitir cargar combustible prácticamente sin enriquecer o combustible usado por los reactores actuales.
El TWR tiene la capacidad única de quemar (consumir) directamente el combustible fisible que se genera en el núcleo, produciendo energía a partir de uranio no enriquecido sin depender de una infraestructura separada de reprocesamiento y fabricación de combustible transuránico.
MODELADO
Debido a los altos flujos neutrónicos, el rendimiento del TWR es particularmente sensible a las diferentes variaciones del estado del combustible y refrigerante en el núcleo y por ello ha necesitado herramientas de modelado de alta fiabilidad.
terrapower.com/our-work/other…
Debido a los altos flujos neutrónicos, el rendimiento del TWR es particularmente sensible a las diferentes variaciones del estado del combustible y refrigerante en el núcleo y por ello ha necesitado herramientas de modelado de alta fiabilidad.
terrapower.com/our-work/other…
Estas herramientas aprovechan avances tanto en capacidad informática como experimental con datos de los SFR anteriores, en las áreas de neutrónica, termohidráulica, rendimiento del combustible, análisis mecánicos y sísmicos, análisis de accidentes, automatización y optimización.
SEGURIDAD
El TWR está diseñado para tener un grado extremadamente alto de seguridad. La operación segura y la respuesta a accidentes se logra mediante una combinación de varias capas de protección diseñadas para operar sin energía externa y sin acciones del operador.
El TWR está diseñado para tener un grado extremadamente alto de seguridad. La operación segura y la respuesta a accidentes se logra mediante una combinación de varias capas de protección diseñadas para operar sin energía externa y sin acciones del operador.
Durante un accidente, la forma normal de extracción de calor a plena potencia puede no estar disponible, así que es necesario parar el reactor, forma que solo una pequeña cantidad de calor residual necesita ser extraída del núcleo.
El TWR emplea un sistema convencional de control de reactividad (capacidad de producir fisiones) y sistemas redundantes. El primero es similar al de los reactores actuales: barras de control que se insertan por gravedad y absorben neutrones, deteniendo la reacción en cadena.
El TWR tiene medios adicionales para parar el reactor en caso de accidente. En caso de pérdida de la capacidad de refrigeración o de no insertarse las barras de control, el núcleo se estabilizaría aun nivel de potencia cercana a cero y una temperatura media ligeramente elevada.
La mejora principal de seguridad del TWR sobre los reactores de agua ligera actuales (LWR) es que es más sencillo evacuar el calor de desintegración radiactiva del núcleo después de pararlo, lo que evita que se produzcan daños en el núcleo, como ocurrió en Fukushima.
El motivo es que el TWR utiliza una gran piscina de refrigerante de sodio a baja presión en lugar de agua a presión. La baja presión da un gran margen para la ebullición del refrigerante y las vasijas bajo tierra eliminan la posibilidad de un accidente de pérdida de refrigerante.
La gran inercia térmica de la piscina hace que los cambios de temperatura ocurran gradualmente durante un transitorio y aprovechando la gran capacidad de transferencia de calor del sodio se utilizan sistemas de circulación natural para evacuar el calor a la atmósfera.
En segundo lugar, se utilizan cuatro sistemas de refrigeración auxiliares directos del reactor (DRAC). Cada uno consta de un circuito de circulación natural del refrigerante con un intercambiador de calor que refrigera el primario y otro que evacúa el calor a la atmósfera.
Dos lazos DRACS de los cuatro son suficiente para evacuar todo el calor de decaimiento del núcleo durante un periodo indefinido, sin necesidad de energía externa, sin reposición de agua y sin acciones del operador.
Los circuitos de sodio están protegidos por múltiples barreras, que incluyen una cubierta de argón inerte, el cierre superior de la vasija del reactor y una estructura de contención que evita fugas de material radiactivo y protege los equipos del reactor de agresiones exteriores.
El sodio posee excelentes propiedades nucleares y de transmisión de calor, pero se deben tomar precauciones para prevenir y mitigar los incendios de sodio, que pueden ocurrir si el sodio reacciona con el aire, agua y algunos tipos de hormigón.
En el TWR, cualquier sistema que maneje sodio primario, que se convierte en radiactivo al ser activado por irradiarse con neutrones, está encerrado en espacios forrados de acero y rellenos de un gas inerte, para evitar el sodio reaccione si se produce una fuga.
Todos los sistemas están diseñados para evitar fugas de agua que eviten la reacción con el sodio y tanto la estructura de contención como los sistemas de evacuación de calor son capaces soportar un gran incendio o fuga de sodio más sin que se produzca ningún daño en el núcleo.
Las mejoras de seguridad de los TWR están confirmadas por la probabilidad evaluaciones de riesgo (PRA), que estiman una frecuencia de daño al núcleo inferior a 1x10E-8 por reactor y año, varios órdenes de magnitud inferior a los reactores actuales.
VENTAJAS
El TWR está diseñado para ofrecer múltiples ventajas frente a los sistemas de generación de energía nuclear y no nuclear. Se han evaluado los beneficios en seguridad, economía, resistencia a la proliferación, seguridad energética, y salud y medioambiente.
El TWR está diseñado para ofrecer múltiples ventajas frente a los sistemas de generación de energía nuclear y no nuclear. Se han evaluado los beneficios en seguridad, economía, resistencia a la proliferación, seguridad energética, y salud y medioambiente.
Se proyecta que el TWR tendrá un coste más bajo que los LWR que se están construyendo actualmente. Además, el TWR tiene grandes ventajas en sus costos operativos debido a la menor carga de combustible y gestión de los residuos.
Durante sus 60 años de vida, un TWR de 1,15 GWe (eléctricos) reabastecido con uranio no enriquecido costaría entre 4000 y 5000 millones de dólares menos para operar que un equivalente LWR o SFR tradicional.
Las reservas convencionales de uranio natural junto con las existencias de uranio empobrecido serían suficiente para alimentar 1000 GWe (2,5 veces la flota actual de generación actual) aproximadamente durante 2000 años.
El TWR es una fuente de energía no contaminante y baja en emisiones de dióxido de carbono, mayor que los LWR actuales, al permitir una reducción del 84% en la minería, un 100% reducción en el reprocesamiento de combustible y una reducción del 80% la gestión de residuos.
Los expertos en reactores rápidos consideran que un mayor desarrollo de los TWR permitirá el uso de combustible usado por los reactores de agua a presión actuales (LWR), es decir, convertir un residuo radiactivo en un recurso energético.
HOJA DE RUTA
TerraPower ha planeado una hoja de ruta en tres fases para conseguir la comercialización de sus reactores TWR. Después de 10 años de investigación y desarrollo, el diseño conceptual está prácticamente terminado.
TerraPower ha planeado una hoja de ruta en tres fases para conseguir la comercialización de sus reactores TWR. Después de 10 años de investigación y desarrollo, el diseño conceptual está prácticamente terminado.
Se han probado combustibles y materiales, construido una base de datos de experiencia, fabricado combustible, obtenidas las licencias y permisos requeridos y creado una cadena de suministro de empresas que podrán fabricar los equipos y componentes necesarios para una central TWR.
TerraPower trabaja en estrecha colaboración con numerosas universidades, laboratorios nacionales y centros de investigación. Se espera que la comercialización de la tecnología TWR se produzca a mediados de la década de 2020, antes que el resto de reactores de IV Generación.
El plan de comercialización para el TWR implica primero construir un reactor prototipo llamado TWR-P, que servirá para demostrar la construcción, operación y mantenimiento de un SFR de tamaño comercial con sistemas a gran escala y equipos, incluyendo el núcleo.
El prototipo TWR-P servirá como una plataforma versátil para calificar tecnologías avanzadas de combustible que pueden emplearse más adelante en las futuras unidades. TWR-P permitirá así el despliegue de posteriores generaciones de TWR comerciales.
REFERENCIAS
📖 The Traveling Wave Reactor: Design and Development. John Gilleland, Robert Petroski, Kevan Weaver researchgate.net/publication/30…
📖 Terrapower, LLC traveling wave reactor development program overview sciencedirect.com/science/articl…
📖 TerraPower terrapower.com
📖 The Traveling Wave Reactor: Design and Development. John Gilleland, Robert Petroski, Kevan Weaver researchgate.net/publication/30…
📖 Terrapower, LLC traveling wave reactor development program overview sciencedirect.com/science/articl…
📖 TerraPower terrapower.com
