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El combustible de partículas isotrópicas TRi-estructural o TRISO, para abreviar, es un tipo de micropartícula de combustible, posiblemente el tipo más robusto de combustible nuclear.

Dado que el combustible TRISO es tan estable, podría conducir a una nueva generación de plantas de energía nuclear, lo que podría cambiar las reglas del juego en el campo de la energía renovable.

Las partículas TRISO tienen un núcleo hecho de uranio, rodeado por tres capas. Créditos de imagen: Departamento de Energía.

Hay mucho revuelo en torno a las partículas TRISO, y por una buena razón. Las partículas consisten en un núcleo de combustible rodeado por tres capas aislantes diseñadas para soportar presiones intensas y temperaturas de hasta 1600 C, lo que las hace capaces de contener el combustible incluso en los peores escenarios.

En el núcleo de cada partícula TRISO, hay un núcleo de combustible hecho de uranio, carbono y oxígeno. El núcleo está encapsulado por materiales que evitan la liberación de productos de fisión radiactivos.

La energía nuclear

Creo que la energía nuclear es la mejor oportunidad que tenemos de energía limpia, me dijo recientemente el Premio Nobel Gerard Mourou en una entrevista. Mourou no está solo en el campo de la energía nuclear. A pesar de que la opinión pública se inclina cada vez más contra la energía nuclear, los científicos expresan cada vez más su apoyo a este tipo de energía. La razón principal es bastante sencilla: está limpio.

En los Estados Unidos, la energía nuclear proporciona el 20 % de toda la electricidad y lo hace sin producir gases de efecto invernadero. La nuclear a menudo queda fuera de la conversación sobre energía limpia, aunque además de sus cero emisiones, también tiene una pequeña huella de tierra y excelentes cualidades para la producción de energía.

Cuando se trata de energía nuclear, la gente suele adoptar la postura NIMBY Not In My BackYard. Todo el mundo sabe sobre el desastre de Chernobyl en 1986 y nadie quiere que vuelva a suceder. La excelente serie homónima de HBO puso el tema aún más en el centro de atención, provocando aún más oposición a la energía nuclear. Si le preguntas a la mayoría de la gente, te dirán que no se sentirían cómodos viviendo en las cercanías de una planta de energía nuclear.

Pero, ¿está justificada esta posición?

Chernobyl era un reactor de tipo RBMK, el diseño de reactor comercial más antiguo todavía en funcionamiento. Todavía hay 10 reactores de este tipo en funcionamiento, pero todos están en Rusia y no se están construyendo nuevos con esta tecnología.

Se han diseñado reactores más modernos para evitar que ocurran tragedias similares. Es virtualmente imposible que un desastre así vuelva a ocurrir aunque, en verdad, la gente también pensó que era casi imposible cuando sucedió Chernobyl.

Los mecanismos mejorados hacen que los reactores modernos sean extremadamente seguros, pero ¿son absolutamente seguros?

En pocas palabras, no hay forma de prever todas las posibles causas de un accidente. Puedes pensar en las incógnitas, pero ¿puedes pensar en las incógnitas desconocidas? ¿Cómo te preparas para lo inconcebible?

En el desastre de Fukushima, el único otro gran desastre de una planta nuclear desde Chernobyl, una serie de eventos extremos e imprevistos llevaron a una catástrofe. Un terremoto de magnitud 9,0 (uno de los mayores registrados en la historia) generó un tsunami de 15 metros de altura que superó los diques de 5,7 metros de la planta. El tsunami inundó los sótanos de las plantas y desactivó los generadores de emergencia. La planta tenía generadores de respaldo, pero el edificio que los albergaba también se inundó. La energía para los sistemas de control de las plantas se cambió a baterías, pero no se pudieron traer baterías adicionales a tiempo debido a las malas condiciones de la carretera. El desastre de Fukushima no fue tan malo como el de Chernobyl, pero demostró que incluso en esta era moderna, no estamos libres de problemas nucleares.

Aquí es donde entra TRISO.

Combustible nuclear seguro

La principal preocupación con respecto a cualquier reactor nuclear es una posible fusión. Pero la principal ventaja de TRISO es que simplemente no puede colapsar.

Cada cápsula TRISO consta de un núcleo compuesto de uranio, carbono y oxígeno. Esta partícula, del tamaño de una semilla de amapola, está rodeada por tres pequeñas capas de materiales a base de carbono y cerámica. La estructura resultante no solo evita la liberación de productos de fisión radiactivos, sino que también es resistente a la radiación de neutrones, la corrosión, la oxidación y las altas temperaturas, las fuentes de riesgo más comunes en un reactor nuclear.

Las partículas TRISO no pueden derretirse en un reactor y pueden soportar temperaturas extremas. Créditos de imagen: Departamento de Energía.

Luego, el combustible irradiado se expuso a más de 300 horas de prueba a temperaturas de hasta 1800 Celsius (más de 3000 Fahrenheit). Estas pruebas superaron las condiciones de accidente previstas en el peor de los casos para los reactores de gas de alta temperatura y no mostraron daños mínimos en las partículas con la retención total del producto de fisión.

La capacidad del combustible para retener productos de fisión a temperaturas tan altas se traduce directamente en una mayor seguridad del reactor, dijo en un comunicado Paul Demkowicz, líder técnico para el examen posterior a la irradiación del combustible TRISO. Este tipo de datos de prueba es una entrada importante para el diseño y la concesión de licencias de reactores.

Las partículas de combustible TRISO se desarrollaron originalmente durante la década de 1960 en el Reino Unido como parte del proyecto Dragon Reactor, un reactor experimental refrigerado por gas de alta temperatura. Para 2002, el Departamento de Energía (DOE) ya estaba invirtiendo esfuerzos significativos para mejorar el combustible TRISO y los resultados comenzaron a verse. En 2009, el combustible TRISO mejorado estableció un récord internacional al lograr un quemado máximo del 19 % durante una prueba de tres años en el Laboratorio Nacional de Idaho (INL), tres veces mejor que lo que pueden lograr los combustibles de agua ligera actuales. En energía nuclear, el quemado nuclear es una medida de cuánta energía se extrae de una fuente primaria de combustible nuclear.

Esto demuestra la eficiencia y la capacidad de larga duración de los reactores TRISO.

El Departamento de Energía ya ha expresado interés en producir y usar TRISO para alimentar reactores, y el sector privado también ha mostrado un interés importante.

Casi llegando al mercado

Partículas TRISO (Imagen: Laboratorio Nacional de Idaho).

TRISO tampoco es una nueva tecnología descabellada, está casi lista para salir al mercado.

Hay dos reactores experimentales que ya usan compactos TRISO FUEL: el HTR-10 en China y el reactor de prueba de ingeniería de alta temperatura en Japón. El programa Advanced Reactor Technologies (ART) del DOE también está llevando a cabo investigaciones avanzadas sobre combustibles TRISO, y algunos proveedores de reactores, como X-energy y Kairos Power, también han mostrado un interés concreto en utilizar TRISO en sus reactores, en particular en conceptos de microrreactores y modulares pequeños. . Varios proyectos en todo el mundo ya están desarrollando reactores nucleares de alta temperatura y sales fundidas que utilizan combustible tipo TRISO. En 2019, el DOD seleccionó a tres empresas para trabajar en un prototipo de reactor nuclear (X-energy, BWX Technologies y Westinghouse Government Services).

Esto también podría indicar un cambio en la forma en que se planifican las plantas nucleares: de las plantas a gran escala que alimentan ciudades enteras, podríamos tener reactores más pequeños y más robustos que proporcionarían energía para un área más pequeña sin presentar ningún riesgo.

No son solo reactores nucleares convencionales, tampoco. El CEO de X-energy, Clay Sell, dijo que TRISO era una forma de combustible robusta muy adecuada para aplicaciones militares y espaciales, lo que podría abrir nuevas puertas para la exploración espacial.

La viabilidad económica de la energía nuclear (y las partículas TRISO) sigue siendo un problema, pero TRISO puede resolver algunos de los problemas duraderos de la energía nuclear, proporcionando energía limpia y confiable. Con esto, quizás, la energía nuclear podría finalmente reclamar un lugar importante en la mesa de la energía limpia.

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