La plataforma de innovación habló con el Dr. Matthew, un ingeniero nuclear líder, para resaltar los avances en la tecnología de reactores de la Generación IV, las mejoras de seguridad y eficiencia que se hacen gracias por los innovadores refrigerantes y diseños.
La energía nuclear ha sido durante mucho tiempo un papel clave en el panorama energético global, que ofrece alternativas bajas en carbono a los combustibles fósiles al tiempo que se trata de aumentar la demanda de energía y el cambio climático. Si bien las tecnologías de reactores tradicionales enfrentan desafíos relacionados con la seguridad y el costo, los avances en la tecnología nuclear han superado estos obstáculos.
El Laboratorio Nacional de Argonne tiene una rica historia de investigación e innovación nuclear, y ahora se lleva al desarrollo de la tecnología de reactores de la Generación IV (Gen-IV). Estos reactores avanzados priorizan la seguridad y la eficiencia, centrándose en minimizar los desechos nucleares.
La plataforma de innovación Maddy Hall habló con el Dr. Matthew, un ingeniero nuclear líder. Matthew resistió los avances en la tecnología de reactores de la Generación IV y los refrigerantes y diseños innovadores que permiten una mejor seguridad y eficiencia del reactor.
Comprensión de los reactores de la generación IV (Gen-IV)
Los reactores de la Generación IV están diseñados para optimizar la seguridad y la eficiencia, reduciendo significativamente los costos de licencia, construcción, operación y mantenimiento de centrales nucleares. Las técnicas específicas que caracterizan los reactores Gen-IV son las funciones de los diversos refrigerantes y combustibles utilizados en estos reactores en comparación con la flota actual de reactores de fotowater principalmente presurizados.
Cuando digo refrigerante, me refiero al líquido que absorbe el calor del núcleo, transfiere esa energía térmica al equilibrio de la planta y finalmente genera electricidad. El diseño de la generación IV utiliza refrigerantes como sodio líquido, sales fundidas, plomo y helio. Estos refrigerantes ofrecen una variedad de ventajas sobre los reactores tradicionales refrigerados por agua en términos de seguridad y eficiencia.
El uso de algunos de estos refrigerantes avanzados puede promover un ciclo de combustible «cerrado». Este ciclo de combustible utiliza significativamente más energía potencial de materiales reciclados de combustible gastado, lo que resulta en una reducción neta en la generación total de desechos nucleares.
La contribución de Argonne a la tecnología de reactores nucleares
Las raíces del Laboratorio Nacional de Argonne se remontan al Proyecto Manhattan de la Universidad de Chicago. Los científicos allí desarrollaron el primer reactor de autoportación llamado Chicago Pile 1, que finalmente se mudó de debajo del tribunal de squash de la universidad para encontrar el Laboratorio Nacional de Argonne a 30 millas al oeste de la ciudad.
Argonne, al igual que su sitio de Chicago y el Laboratorio Nacional de Argonne en Idaho, ahora conocido como el Laboratorio Nacional de Idaho, continuó allanando el uso pacífico de la energía nuclear que había pensado y probado, considerando casi todos los diseños de reactores que existe hoy.
Creo que uno de los hitos importantes más importantes en los esfuerzos de Argonne para comercializar los reactores Gen-IV es la construcción de los reactores de purga experimental (EBR) I y II de Idaho. El EBR-I fue un reactor de enfriamiento de metal líquido, el primero en producir electricidad, lo que demuestra que los reactores de alta velocidad pueden producir más combustible de lo que se llama reproducción.
Esto fue seguido por el EBR-II. Este fue un reactor rápido refrigerado por sodio que proporcionó la mayoría de los requisitos de electricidad y calor de Argón Nu West mientras realizaba experimentos que demuestran los beneficios excepcionales de seguridad y eficiencia de los reactores Gen-IV, incluida la demostración de ciclos de combustible cerrados.
Mejor eficiencia y seguridad de la generación de energía nuclear
Personalmente trabajo en el desarrollo del reactor Gen-IV tipo I. Puede ser un reactor de alta velocidad o SFR de sodio. SFR utiliza sodio líquido como fluido de proceso. Esto tiene un punto de ebullición de 882 ° C y una conductividad térmica de aproximadamente tres veces la del acero inoxidable. Estas propiedades significan que el reactor puede funcionar a presión atmosférica y es resistente a ocurrencias inesperadas, como la pérdida de potencia de la bomba de refrigerante.
Operar a presión atmosférica mejora significativamente la seguridad y reduce los costos de capital asociados con los vasos gruesos de reactores de agua presurizados que operan a más de 2,000 psis.
Además, el sodio no modera ni ralentiza neutrones como el agua, por lo que se pueden usar espectros de neutrones rápidos para generar más combustible nuclear que los colocados en el reactor.
Las ventajas del sodio líquido se probaron con EBR-II. Esto ha dado como resultado una gran cantidad de accidentes simulados, incluido un escenario en el que se apagó la bomba de refrigerante de sodio mientras el reactor funcionaba a plena potencia.
La alta conductividad térmica, el punto de ebullición y la capacidad de calor del sodio facilitan el enfriamiento de la convección natural a través del núcleo durante el período de calor de amortiguación, lo que permite a los operadores restaurar el EBR-II a la operación normal y continuar las pruebas.
Este es un ejemplo de utilizar las propiedades hidrotérmicas preferidas de los fenómenos naturales, en este caso, sodio, para que el reactor sea seguro. Esta seguridad pasiva es un aspecto importante de lo que definimos como una «Generación IV».
Transferencia de reactores fotográficos de primera y segunda generación a reactores Gen-IV
La adopción de nuevas tecnologías implica dolores de crecimiento, especialmente en el sector de la energía nuclear. Existe un marco regulatorio estricto que puede dificultar el despliegue de reactores nucleares de próxima generación.
Sin embargo, no hay brecha de conocimiento en la ingeniería real de estas tecnologías, por lo que estamos seguros de que comenzaremos a licenciar reactores comerciales de Gen-IV durante la próxima década. Esto es especialmente cierto para los reactores de alta velocidad de sodio porque estos reactores se han construido y operado de manera segura y confiable en el pasado.
Promover el futuro de los reactores Gen-IV
Con el pronóstico de la demanda de energía global para continuar aumentando, es cierto que los reactores Gen-IV desempeñarán un papel en el cumplimiento de este requisito.
Las necesidades de alta densidad de potencia de los centros de datos que implementan inteligencia artificial representan aplicaciones a las que los reactores nucleares de próxima generación se adaptan bien.
Argonne ha desempeñado un papel principal en el desarrollo experimental de reactores Gen-IV utilizando el bucle de prueba de ingeniería de mecanismo, la instalación de prueba de sodio más grande en los Estados Unidos, construida para desarrollar sensores y componentes para SFR.
Argonne también tiene una variedad de instalaciones de sal fundida, construyendo y manteniendo el código del sistema informático utilizado para diseñar reactores de próxima generación.
Con estas instalaciones y nuestra experiencia, actualmente nos estamos asociando con la mayoría de las nuevas empresas en reactores Gen-IV para permitir reactores nucleares.
Este artículo también se presentará en la 22ª edición de trimestralmente Publicación.
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