Así es cómo preparan una receta a base de uranio y sales fundidas que marcará la energía del futuro

Después de cinco años intentando encontrar los ingredientes adecuados, los científicos del Laboratorio Nacional de Idaho (INL) creen haber creado la receta perfecta para alimentar el primer reactor de sal fundida de espectro rápido crítico del mundo.

El Reactor de Cloruro Fundido Experimental (MCRE) en el INL probará un nuevo tipo de reactor nuclear que utiliza una mezcla de sal de cloruro fundido y uranio como combustible y refrigerante. Este experimento permite a investigadores y científicos evaluar la seguridad y la física de un reactor rápido de cloruro fundido que Southern Company y TerraPower planean construir.

Este tipo de reactor avanzado es una opción atractiva para suministrar electricidad y calefacción a comunidades e industrias. Opera a temperaturas más altas para mejorar la eficiencia, reducir potencialmente la generación de residuos y ofrecer características de seguridad inherentes gracias a su diseño de combustible líquido.

Para producir este tipo especial de sal se requiere un ingrediente muy valioso: el uranio. El proceso implica convertir el uranio metálico en un compuesto que se disuelve en la sal fundida, formando así el combustible.

Proceso complejo

"Es como hornear un pastel", dijo Bill Phillips, director técnico de MCRE. El principal reto fue la eficiencia: convertir más del 90 % del uranio metálico como materia prima en sal combustible utilizable. "Nadie había producido antes esta cantidad de cloruro de uranio", señaló Phillips. "Tuvimos que desarrollar el proceso desde cero".

Comenzó en 2020 cuando Phillips y su equipo comenzaron a desarrollar el proceso y el equipo necesarios para la síntesis de sal en el Edificio de Combustibles y Ciencias Aplicadas del Complejo de Materiales y Combustibles del INL.

No fue fácil, dijo Nick Smith, director del proyecto MCRE.

“Al principio, desperdiciamos demasiado del uranio metálico al que tenemos acceso, y no podríamos producir suficiente sal combustible para que el reactor alcanzara su punto crítico”, dijo Smith. “Tras años de experimentación y revisión, finalmente encontramos el proceso adecuado para alcanzar el rendimiento óptimo.

“Se necesita un tipo especial de perseverancia para seguir trabajando en el problema cuando no hay garantía de encontrar una solución”, añadió Smith.

Superando desafíos

El equipo enfrentó numerosos desafíos técnicos, incluida la necesidad de desarrollar un prototipo de horno personalizado y equipo especializado para garantizar la seguridad.

“Hemos estado experimentando con diferentes nombres de alimentos para comunicar los procesos, como el pastel de ángel o la sopa de piedra”, dijo Phillips. “Incluso métodos de preparación de café como la prensa francesa”.

Superar estos obstáculos fue crucial. Phillips señaló que el uranio altamente enriquecido es un recurso extremadamente valioso y costoso. Al utilizar uranio empobrecido para la experimentación, el equipo pudo probar y refinar sus procesos sin desperdiciar material enriquecido.

“Cuando me uní al proyecto, producíamos con éxito entre 56 y 86 gramos de combustible a la vez”, dijo Jacob Yingling, científico investigador y figura clave en el desarrollo de la tecnología de sales combustibles. “Teníamos serias dificultades a mayor escala. Ahora podemos producir más de 45 kilos de combustible para reactores en un solo lote”.

Sales fundidas

Otros proyectos del INL están en marcha para desarrollar capacidades integrales de reactores de sales fundidas, incluyendo una instalación de caracterización de sales fundidas y la irradiación de sales combustibles. En 2023, Phillips sintetizó e irradió sal de cloruro fundida alimentada con uranio enriquecido en el experimento de Irradiación con Temperatura Controlada de Investigación de Sales Fundidas, lo que amplió la comprensión del rendimiento de este combustible en reactores comerciales.

El banco de pruebas de flujo de sales fundidas, que comenzó a funcionar recientemente, permite un monitoreo y análisis continuo en tiempo real que hace que la investigación sobre combustibles de sales fundidas sea mucho más eficiente y efectiva.

A medida que el INL continúa siendo pionero en la tecnología nuclear, el desarrollo de la sal de combustible de cloruro de uranio para MCRE marca un hito significativo que podría satisfacer las necesidades energéticas del futuro.

Próximos pasos

Ahora, el proyecto está en una fase crucial.

"Ya casi podemos preparar el pastel", dijo Phillips con una sonrisa. Esto significa que el equipo tiene todos los ingredientes y conoce las condiciones y los métodos precisos necesarios.

El próximo objetivo es demostrar la producción a gran escala del MCRE de combustible enriquecido y fabricar cinco lotes para octubre de 2025.

Se espera que el MCRE esté operativo en 2028, en paralelo al desarrollo del banco de pruebas del Laboratorio de Operaciones y Pruebas de Estados Unidos (LOTUS), donde el MCRE será el primer experimento de reactor.

“Nos motiva lo que los reactores de cloruro fundido pueden hacer, algo que otras tecnologías energéticas no pueden”, dijo Yingling. “Todos los involucrados en el MCRE tenemos la misión de implementar esta tecnología revolucionaria”.