En todo Estados Unidos, los reactores nucleares producen una gran cantidad de electricidad y una cantidad significativa de combustible nuclear utilizado.
Este material a menudo se trata como residuos, pero más del 95% del potencial energético permanece sin desarrollar. Actualmente, los científicos del Laboratorio Nacional de Argonne se están asociando con la industria privada para realizar sus promesas de reciclaje de combustible nuclear, con el apoyo del Departamento de Energía (DOE).
Este enfoque innovador para la reutilización de energía puede reconstruir cómo Estados Unidos administra los recursos nucleares, reduce los desechos radiactivos y extrae más energía de las fuentes de combustible existentes.
El objetivo final: hacer que el combustible nuclear sea una solución rentable y escalable para un futuro de energía sostenible.
Asociaciones prometedoras de la industria
Argonne está trabajando con la empresa Shine Technologies con sede en Wisconsin para desarrollar un nuevo proceso químico que pueda separar eficientemente elementos valiosos del combustible nuclear gastado.
En el corazón de este proyecto hay un contactor centrifugal de dispositivo giratorio de alta velocidad diseñado para separar líquidos mixtos basados en la densidad. Estas máquinas compactas y eficientes hacen que el proceso de reciclaje sea más seguro, más rápido y más fácil de adaptarse a las necesidades de la industria.
La investigación de laboratorio de puentes de colaboración con aplicaciones prácticas, con el objetivo de crear procesos que los productores de energía nuclear puedan adoptar sin un costo o complejidad excesiva.
Tecnología de reciclaje de combustible nuclear y obstáculos de seguridad
El reciclaje de combustible nuclear usado no es fácil. El material es muy radiactivo y continúa liberando calor durante mucho tiempo después de dejar el reactor.
Esto significa que debe almacenarse y enfriarse durante años antes de que pueda procesarse de manera segura. Aún así, las instalaciones de reciclaje deben estar equipadas con sistemas de blindaje y herramientas de gestión de radiación para proteger a los trabajadores y al medio ambiente.
La seguridad es otra preocupación importante. Cada paso en el proceso de reciclaje desde el almacenamiento hasta el aislamiento debe diseñarse utilizando salvaguardas para evitar el acceso o el mal uso no autorizado.
Al aplicar las «protecciones de diseño por diseño», los investigadores de Argonne incorporaron características de seguridad directamente en la tecnología desde el principio, asegurando el cumplimiento de los estándares nacionales e internacionales.
Viabilidad económica y demanda futura
Más allá de los aspectos técnicos, el reciclaje de combustible nuclear también debe tener sentido económico. Este proceso requiere la producción de materiales con valor comercial real.
Afortunadamente, algunos de los productos reciclados, como ciertos radioisótopos, pueden usarse en reactores nucleares avanzados, exploración espacial o incluso diagnósticos médicos.
Por ejemplo, los isótopos recuperados durante el reciclaje de combustible nuclear podrían mejorar las misiones de aguas profundas y apoyar las tecnologías de imágenes que salvan vidas.
La mayor demanda de estos subproductos dará como resultado un reciclaje económico más ventajoso y alentará la inversión en nuevas instalaciones.
Se adaptará al reactor nuclear de mañana
No todos los reactores se crean por igual. Las futuras centrales nucleares, especialmente el diseño de la próxima generación, requerirán una variedad de formas de usar combustible y métodos de reciclaje adaptados a materiales específicos.
Los expertos en Argonne establecen sus propios términos para predecir estas necesidades. Al modelar el comportamiento del combustible en diferentes tipos de reactores, las estrategias de reciclaje se pueden adaptar para adaptarse a las tecnologías energéticas en evolución.
Este tipo de previsión es esencial. La investigación de hoy muestra la base de las instalaciones que algún día pueden reciclar combustible de reactores modulares avanzados, lo que ayudará a los Estados Unidos a alcanzar sus objetivos de energía limpia.
Lab Innovation impulsa soluciones escalables
Liderando la carga está Peter Tkac, un químico nuclear en Argonne. El equipo está pionero en pruebas a pequeña escala para replicar los entornos duros del reciclaje de combustible nuclear del mundo real.
Un acelerador Van de Graaff, un tipo de acelerador de partículas, se utiliza para generar bajos niveles de radiactividad para estudiar cómo se comportan los productos químicos bajo radiación.
Este entorno controlado permite un desarrollo rápido sin el riesgo o el costo de trabajar directamente con el combustible nuclear gastado.
El grupo de TKAC aprovecha la impresión 3D para prototipos rápidamente y pruebe nuevas partes del contactor centrífugo. Esta flexibilidad no solo acelera el desarrollo, sino que también hace que los diseños sean fáciles de adaptar al uso industrial.
Establecer las bases para un futuro para la energía limpia
Esta no es la primera colaboración entre Argonne y Shine. Anteriormente, los dos equipos trabajaron juntos para mejorar la producción de isótopos médicos, lo que llevó a innovaciones que salvan vidas en diagnóstico y tratamiento. Ahora aportan esa misma experiencia al sector de la energía nuclear.
Al mejorar y expandir la tecnología de reciclaje de combustible nuclear, la asociación aborda uno de los obstáculos clave para expandir la generación de energía nuclear de los Estados Unidos o la gestión de residuos a largo plazo.
Si tiene éxito, este proyecto puede reducir significativamente la cantidad de residuos radiactivos, expandir la utilidad de los combustibles existentes y ayudar a garantizar un suministro de energía rico y limpio durante generaciones.
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