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Jun 06, 2023

Proyecto de reactor de Idaho planea usar bomba

El experimento del reactor de cloruro fundido de seis meses que TerraPower y Southern

El Experimento del Reactor de Cloruro Fundido de seis meses que TerraPower y Southern Company planean realizar en el Laboratorio Nacional de Idaho sería un caso raro en el que se utiliza uranio altamente enriquecido para nuevos fines civiles domésticos.

Una antigua instalación de reactor dentro del Complejo de Materiales y Combustibles del Laboratorio Nacional de Idaho contiene el uranio altamente enriquecido que se usaría para el Experimento del Reactor de Cloruro Fundido. (Crédito de la imagen: Laboratorio Nacional de Idaho, CC BY 2.0)

Este artículo se vuelve a publicar con cambios menores del sitio web Physics Today.

Contraviniendo la práctica de larga data de no proliferación nuclear de EE. UU., el Departamento de Energía planea alimentar un nuevo reactor civil con uranio altamente enriquecido (HEU) apto para armas.

El experimento propuesto del reactor de cloruro fundido (MCRE) de 200 kilovatios térmicos de seis meses en el Laboratorio Nacional de Idaho emplearía más de 600 kilogramos de HEU, según un borrador de evaluación ambiental emitido en marzo. El documento aborda los impactos potenciales sobre el medio ambiente del proyecto, que utilizaría componentes construidos fuera del sitio por TerraPower y Southern Company. Pero no considera las implicaciones de proliferación del uso de HEU para fines no relacionados con la defensa, a pesar de los esfuerzos de EE. UU. para poner fin a todo ese uso en todo el mundo.

"La noción de que el gobierno de EE. UU. en este punto estaría construyendo su propio reactor de investigación alimentado con HEU es una bofetada a los esfuerzos de no proliferación que EE. UU. ha estado encabezando en el extranjero y en casa durante décadas", dice Edwin Lyman, director de seguridad de la energía nuclear en la Unión de Científicos Preocupados. "Es desconcertante y muy molesto".

El MCRE está programado como un paso en el desarrollo del reactor rápido de cloruro fundido propuesto por TerraPower y Southern Company, que proporcionaría electricidad y calor de proceso para industrias que son difíciles de descarbonizar, como la química y la refinación de petróleo. El DOE está proporcionando $ 90 millones del costo del proyecto MCRE de $ 113 millones a través de un premio de 2021 destinado a desarrollar tecnologías de reactores avanzados seguros y asequibles. Las empresas han construido una instalación de prueba en el laboratorio de TerraPower en Everett, Washington, para ayudar al avance de la tecnología.

El proyecto de las empresas es independiente de un reactor de sal fundida que TerraPower y la división Rocky Mountain Power de PacifiCorp proponen construir cerca de una planta de energía de carbón que pronto será retirada en Wyoming. DOE ha prometido $ 2 mil millones para ese proyecto, conocido como Natrium. Tanto el Reactor Rápido de Cloruro Fundido como el Natrium operarán con combustible de uranio poco enriquecido (HALEU), que está enriquecido hasta un máximo del 19,75 % en uranio-235. Eso está justo por debajo del umbral del 20% que delimita el HEU, que se reconoce como un problema de proliferación. La mayoría de los reactores comerciales, incluidos todos los reactores de potencia de EE. UU., se alimentan con uranio enriquecido hasta alrededor del 4%.

El MCRE propuesto usaría HEU apto para armas, que está enriquecido en más del 90 %. El HEU se mezclaría en una sal fundida que proporciona el combustible y enfría el núcleo del reactor. A diferencia de los reactores de agua ligera, que usan agua para ralentizar o moderar los neutrones para aumentar la fisión, el MCRE usaría neutrones no moderados o rápidos. Los neutrones de alta energía permitirían que el reactor quemara mucho más combustible de uranio que los reactores actuales, así como muchos de los elementos transuránicos de larga vida como el americio, el plutonio, el curio y el neptunio que terminan en la energía nuclear comercial. desperdiciar.

En una declaración escrita, la Oficina de Energía Nuclear del DOE no abordó directamente la inconsistencia del MCRE con la política de no proliferación de EE.UU. Dijo que el HEU es necesario para reducir el tamaño del reactor y al mismo tiempo garantizar que los fenómenos clave, como la hidráulica térmica y la neutrónica, se parezcan al diseño comercial. Si MCRE se alimentara con HALEU, el núcleo del reactor tendría que ser aproximadamente tres veces más grande y requeriría 40 veces el volumen de sal combustible, afirmó el DOE. Eso aumentaría significativamente el costo de construcción, los tipos y cantidades de desechos radiactivos generados y el volumen de sal combustible irradiada que requiere almacenamiento hasta su reutilización. Pero dado que el uso de HEU en el futuro reactor rápido de cloruro fundido está fuera de discusión, las pruebas de un MCRE alimentado con HALEU presumiblemente serían más directamente aplicables al futuro reactor.

Últimamente, HALEU se ha vuelto difícil de conseguir. TerraPower anunció el año pasado que su objetivo de 2028 para la finalización de Natrium se retrasará al menos dos años debido a la falta de disponibilidad de HALEU. Tenex de Rusia es la única fuente comercial mundial de HALEU, y TerraPower cortó sus lazos con la empresa después de la invasión rusa de Ucrania. DOE tiene HEU excedente que podría diluir a HALEU, sin embargo, para Natrium y otros reactores avanzados en desarrollo.

El UME que se usará para el MCRE se almacena en la instalación del reactor de física de potencia cero del laboratorio de Idaho (que ya no alberga un reactor operativo) y no se moverá fuera de los límites del laboratorio. El DOE conservaría la propiedad del HEU y no lo pondría a disposición de ningún otro reactor. El departamento notó una diferencia entre la vida operativa anticipada de seis meses de MCRE y la de la mayoría de los reactores de investigación, que están diseñados para realizar investigaciones científicas durante décadas.

En un comunicado, TerraPower dijo que el MCRE, incluido el uso y manejo de combustible, estaría autorizado y operado de acuerdo con los requisitos del Laboratorio Nacional de Idaho y el DOE. "Desde sus inicios hace casi 15 años, TerraPower ha hecho de la reducción de riesgos de armas un principio fundamental", dijo la compañía. TerraPower fue cofundada por Bill Gates, quien actualmente preside su directorio.

Alan Kuperman, coordinador del Proyecto de Prevención de la Proliferación Nuclear de la Universidad de Texas en Austin, reconoce que los reactores alimentados por HALEU son más grandes y más caros y producen más desechos nucleares. Pero dice que EE. UU. siempre ha sostenido ante otras naciones que los beneficios de no proliferación de evitar HEU superan el costo adicional. "¿Estados Unidos haría una excepción con un país extranjero que quisiera irradiar 600 kilogramos de UME durante seis meses? Por supuesto que no".

Lyman señala la posibilidad de que un infiltrado desvíe el HEU durante el proceso de transferencia y conversión del material del almacenamiento. Los 648 kilogramos de uranio enriquecido al 93% propuestos para el MCRE teóricamente podrían usarse para fabricar más de 100 dispositivos explosivos nucleares, utilizando estimaciones de un análisis de 1995 realizado por expertos del Consejo de Defensa de los Recursos Naturales.

No se han construido reactores civiles en los EE. UU. para operar con HEU desde la década de 1970. En 1986, la Comisión Reguladora Nuclear ordenó la conversión de todos los reactores de investigación alimentados con HEU autorizados, aunque varios todavía funcionan con material muy enriquecido pendiente de conversión a combustibles poco enriquecidos. En 1995, el DOE canceló los planes para construir un reactor de investigación, la Fuente Avanzada de Neutrones, en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, en parte como resultado de las objeciones al combustible HEU propuesto.

En los comentarios públicos que presentó sobre la evaluación ambiental, Kuperman dijo que EE. UU. en las últimas décadas ha permitido que HEU alimente un nuevo reactor que no es de defensa solo una vez: una prueba de una hora realizada por la NASA en 2017 de un microrreactor alimentado con 30 kilogramos de armas. uranio de grado. Tres años más tarde, la Casa Blanca emitió un memorando presidencial que prácticamente prohibió el HEU para futuros reactores espaciales.

EE. UU. también se negó a proporcionar HEU para el reactor de investigación FRM-II de Alemania, que fue diseñado después de que EE. UU. comenzara en 1978 a convertir reactores de investigación extranjeros en uranio de bajo enriquecimiento y recuperar su combustible HEU gastado de origen estadounidense. FRM-II, que se inauguró en 2005, se obtuvo inicialmente utilizando HEU de origen estadounidense sobrante de un proyecto de reactor avanzado alemán descontinuado. Eventualmente, FRM-II recurrió a Rusia, que no ha hecho ningún esfuerzo por desalentar el uso civil de HEU. En abril, el Ministerio de Ciencias y Artes del Estado de Baviera aprobó un plan para convertir FRM-II en combustible HALEU para 2030. El Laboratorio Nacional de Argonne colaboró ​​en el desarrollo del combustible menos enriquecido del reactor.

En diciembre de 2021, el DOE anunció que había aprobado el último envío de UME de EE. UU. a reactores europeos para su uso en la producción del isótopo de importancia médica molibdeno-99. Eso siguió a años de asistencia del DOE para convertir esos reactores de producción a uranio de bajo enriquecimiento.

Kuperman ha pedido al DOE que prepare una revisión más completa, conocida como declaración de impacto ambiental (EIS, por sus siglas en inglés), del MCRE. Dicho análisis consideraría acciones alternativas, como el uso de HALEU en lugar de HEU. Kuperman dice que el EIS debe incluir una evaluación del impacto de la no proliferación, un proceso que el DOE ha llevado a cabo en al menos seis proyectos anteriores. También le gustaría un EIS para verificar la afirmación del DOE de que un MCRE alimentado por HALEU necesitaría 40 veces más sal combustible.

El período de comentarios para la evaluación ambiental del DOE cerró el 14 de abril. La agencia planea finalizar la evaluación este verano. Si considera que el MCRE no tendría un impacto ambiental significativo, entonces se procederá con el proyecto.

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