2024-07-05Los reactores nucleares avanzados necesitan un tipo diferente de uranio. Cuatro cosas que debes saber
Science News |Aún quedan interrogantes sobre el combustible, llamado uranio poco enriquecido de alto enriquecimiento.La energía nuclear del futuro va a necesitar combustible, y por eso los gobiernos, las compañías energéticas y los ingenieros nucleares están deseando hacerse con el uranio poco enriquecido y de alto rendimiento (HALEU, por sus siglas en inglés).
El HALEU (pronunciado como “Hey, Lou”) era anteriormente un material de nicho, utilizado principalmente en reactores nucleares que realizan investigaciones científicas. Pero ahora, varias empresas en los Estados Unidos han propuesto nuevos tipos de reactores nucleares que, según afirman, generarán energía eléctrica de manera más eficiente y segura. Estos reactores, muchos de los cuales funcionarán con HALEU, son una parte clave del plan del gobierno de los Estados Unidos para satisfacer las futuras demandas de energía limpia (SN: 14/12/22 ).
El 10 de junio, TerraPower, una empresa fundada por Bill Gates, inició la construcción de lo que será uno de los primeros de esta nueva generación de reactores alimentados con HALEU. Pero actualmente, Estados Unidos no produce ese combustible en las cantidades que necesitará esa cohorte. Entonces, mientras el Departamento de Energía de EE. UU. está financiando el desarrollo de estos reactores avanzados, también está trabajando para asegurar un amplio suministro de combustible HALEU.
Sin embargo, algunos científicos están expresando su preocupación por el auge del HALEU. Según un comentario publicado en la revista Science del 7 de junio , el HALEU podría utilizarse para fabricar un arma nuclear, algo que no es posible con el combustible actual para reactores.
El potencial de HALEU para generar energía y las preocupaciones armamentísticas que ello puede conllevar plantean preguntas urgentes. A continuación, cuatro aspectos que conviene saber sobre HALEU.
¿Qué es HALEU?
En comparación con el combustible de reactor estándar, el HALEU contiene una mayor proporción de una variedad clave de uranio, el isótopo uranio-235. El U-235 es fisible: su núcleo se divide en dos al absorber un neutrón de baja energía, liberando energía en el proceso.
El uranio natural contiene sólo un 0,7 por ciento de U-235. La mayor parte del resto es el isótopo U-238. Para poder utilizarlo en una central nuclear, el uranio debe enriquecerse para que contenga más U-235. El uranio de grado reactor estándar contiene entre un 3 y un 5 por ciento de U-235. El uranio enriquecido al 20 por ciento o más se conoce como uranio altamente enriquecido, que, a diferencia del uranio de grado reactor, puede utilizarse para fabricar armas nucleares.
El HALEU se encuentra entre esos dos extremos, con entre un 5 y un 20 por ciento de U-235. Eso significa que puede utilizarse de maneras que el uranio apto para reactores no puede, pero Estados Unidos y otros países no restringen su uso tan estrictamente como el del uranio altamente enriquecido.
En el Laboratorio Nacional de Idaho se está fabricando combustible de uranio poco enriquecido de alto ensayo (mostrado) utilizando combustible gastado de un reactor nuclear retirado. LABORATORIO NACIONAL DE IDAHO
¿Por qué la gente está tan interesada en ello?
El entusiasmo por los reactores nucleares avanzados ha aumentado debido al interés que despiertan. Ese término engloba una amplia variedad de diseños de reactores que no encajan en el molde estándar de los reactores en Estados Unidos. Los reactores avanzados suelen ser más pequeños que los reactores típicos y pueden utilizar una sustancia distinta del agua normal para enfriarse, como sodio líquido. Además, los reactores avanzados suelen requerir HALEU, normalmente enriquecido a poco menos del 20 por ciento.
Con HALEU, “se puede hacer que el núcleo sea más pequeño y más eficiente energéticamente en el espacio disponible, reduciendo así los costos de construcción”, dice el ingeniero nuclear Josh Jarrell del Laboratorio Nacional de Idaho en Idaho Falls. Y el combustible HALEU se puede utilizar en formas que difieren del combustible de dióxido de uranio utilizado en los reactores actuales (SN: 20/11/14). Algunos diseños de reactores utilizan un combustible metálico, o bolitas de uranio recubiertas del tamaño de una semilla de amapola llamadas TRISO. Las diferentes opciones de combustible y los diferentes diseños de reactores pueden ser una ventaja para la seguridad, dice Jarrell. “Dependiendo del diseño, en realidad no requieren la intervención humana para apagarse de manera segura”.
En la actualidad, la mayoría de los reactores más avanzados de Estados Unidos sólo existen en el papel, pero el Departamento de Energía está financiando dos proyectos de demostración de reactores avanzados: el reactor de sodio de TerraPower en Kemmerer, Wyoming, y el reactor Xe-100 de X-energy en Seadrift, Texas. Ambos requieren HALEU.
¿De donde viene HALEU?
En Estados Unidos no existe un proveedor comercial establecido y de gran escala de HALEU, y por muy avanzado que sea un reactor, es inútil sin combustible. Rusia produce HALEU, pero una ley estadounidense aprobada en mayo prohibirá la mayor parte de las importaciones de uranio de Rusia.
Para garantizar que los proyectos de reactores avanzados tengan combustible, el gobierno de Estados Unidos ha estado apoyando los esfuerzos para producir el material. Una empresa con sede en Maryland, Centrus Energy Corp., ha comenzado a producir algo de HALEU como parte de un proyecto de demostración en colaboración con el Departamento de Energía en una instalación de enriquecimiento en Piketon, Ohio.
Se utilizan centrífugas para crear uranio poco enriquecido de alto ensayo en una instalación en Piketon, Ohio. CORPORACIÓN CENTRUS ENERGY
A medida que las operaciones de enriquecimiento comercial se aceleran, una técnica provisional toma uranio altamente enriquecido preexistente y lo mezcla con otro uranio para reducir su enriquecimiento. El Laboratorio Nacional de Idaho está realizando actualmente este proceso utilizando combustible gastado de un reactor nuclear retirado, con el objetivo de producir 10 toneladas métricas de HALEU. "El objetivo es asegurarnos de que tengamos un suministro razonable de HALEU para permitir que algunas de estas empresas de reactores avanzados demuestren esos primeros reactores", dice Jarrell. El DOE ha proyectado que se necesitarán más de 40 toneladas métricas de HALEU para 2030, y se requerirá HALEU adicional cada año a partir de entonces.
Otros países como el Reino Unido también están planeando producir HALEU.¿
¿Cuales son las preocupaciones?
Históricamente, el HALEU no se ha considerado útil para las armas, pero ahora que parece que se va a utilizar ampliamente, los científicos están estudiando más de cerca la posibilidad. Una bomba hecha de HALEU con un enriquecimiento del 19,75 por ciento podría igualar el rendimiento de la que Estados Unidos lanzó sobre Hiroshima en 1945, según informan el físico Edwin Lyman y sus colegas en el comentario de Science (SN: 6/8/20).
El HALEU no es tan fácil de trabajar como el uranio altamente enriquecido: se necesitarían cantidades significativamente mayores del material para fabricar un arma. Pero la cantidad contenida en un solo reactor podría ser suficiente, dice Lyman, de la Unión de Científicos Preocupados. “Si tienes un reactor que requiere 300 o 400 kilogramos de HALEU, probablemente sería suficiente para fabricar un arma nuclear rudimentaria con un rendimiento significativo”.
Lyman y sus colegas temen que, si el uso de HALEU se generaliza, los países que actualmente no tienen armas nucleares podrían almacenarlas para fabricarlas, o las organizaciones terroristas podrían robarlas y darles un uso nefasto. Los estándares de seguridad para HALEU deberían reforzarse para tener en cuenta este riesgo, afirman.
CITAS
RS Kemp et al. El potencial armamentístico del uranio poco enriquecido de alto ensayo. Science . Vol. 384, 7 de junio de 2024, pág. 1071. doi: 10.1126/science.ado8693.
Acerca de Emily Conover
Emily Conover, escritora de física, tiene un doctorado en física de la Universidad de Chicago. Ha ganado dos veces el premio Newsbrief de la Asociación de Escritores Científicos de DC.
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