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Sep 29, 2023

DOE: prototipo de microrreactor MARVEL instalado, preparándose para la prueba

Un prototipo calentado eléctricamente a gran escala del Departamento de Energía (DOE)

Un prototipo a gran escala calentado eléctricamente del microrreactor nuclear MARVEL de 100 kWth del Departamento de Energía (DOE) se instaló con éxito en una instalación en New Freedom, Pensilvania, y está listo para la prueba.

El Laboratorio Nacional de Idaho (INL) fabricó el prototipo no nuclear a gran escala, conocido como prueba del aparato de refrigeración principal (PCAT), en enero de 2022 en un plazo de nueve meses. A continuación, se cargó PCAT en un camión y se transportó desde el Complejo de materiales y combustibles (MFC) de INL en Idaho Falls hasta una planta de fabricación propiedad de la empresa de ingeniería especializada Creative Engineers Inc. (CEI) en Pensilvania. La instalación del prototipo en un marco de dos pisos ya se completó, dijo el DOE el 22 de mayo.

PCAT, que mide 12 pies de alto y pesa alrededor de 2,000 libras, es un paso de desarrollo significativo en el proyecto de Validación y Evaluación de Investigación de Aplicaciones de Microrreactores (MARVEL) lanzado por el DOE en abril de 2021. Dirigido por INL, el objetivo clave del proyecto MARVEL es construir y operar de manera segura un reactor enfriado por sodio y potasio de 100 kW en la instalación de prueba de reactor transitorio (TREAT) de INL. MARVEL está en camino de comenzar a operar en TREAT a fines de 2024.

"Cuando el reactor MARVEL entre en funcionamiento el próximo año calendario, habrán pasado 50 años desde que operamos un nuevo reactor en este sitio", dijo el director de INL, el Dr. John Wagner, a POWER durante una visita al sitio de INL en abril. "De lo que estamos hablando aquí es histórico en los EE. UU. y urgente en términos de demanda de energía limpia".

MARVEL, un reactor de fisión térmica, utilizará un combustible de hidruro de uranio y circonio (U-ZrHx) (que contiene 30-40 % en peso de uranio enriquecido con 19,75 % de U235). El combustible se basa en un conocido material de combustible de Entrenamiento, Investigación, Isótopos, Atómica General (TRIGA). INL tiene la intención de fabricar el combustible utilizando reservas de materia prima de uranio. Si INL no puede fabricar el combustible, TRIGA International fabricará combustible para el microrreactor a partir de materia prima propiedad del DOE almacenada en INL, según sugiere una evaluación ambiental final, emitida en junio de 2021.

El reactor empleará circulación natural, utilizando eutéctico de sodio y potasio como fluido de transferencia de calor. Operará a temperaturas de entre 500C y 550C y utilizará motores Stirling listos para usar para convertir la energía térmica en aproximadamente 20 kWe. El DOE sugiere que el núcleo del sistema está diseñado para funcionar continuamente durante dos años, pero es probable que el reactor se encienda y apague varias veces durante su vida útil para satisfacer las necesidades de investigación.

PCAT, por su parte, es un prototipo a escala real que será alimentado por una fuente de alimentación eléctrica externa en lugar de fisión, y que servirá para recopilar datos cruciales sobre las temperaturas del sistema y el flujo de refrigerante. Según el DOE, la información garantizará la precisión de las herramientas de modelado y simulación de MARVEL, lo que es "un paso importante para garantizar que el reactor funcione como se espera", dijo la agencia.

El esfuerzo está orientado a brindar más certeza de que el reactor final funcionará con un alto grado de confiabilidad y confianza. señaló Yasir Arafat, director de diseño y proyecto de MARVEL. "La validación de nuestros modelos físicos es fundamental para garantizar la calidad nuclear de cualquier proyecto de desarrollo de un nuevo reactor", dijo Arafat. "PCAT generará estos datos únicos para validar nuestras herramientas de simulación termohidráulica y cuantificar la incertidumbre de los reactores térmicos de metal líquido, como MARVEL".

Según el DOE, las pruebas PCAT podrían comenzar "ya en julio". PCAT "probablemente permanecerá en CEI hasta que la operación de MARVEL comience a proporcionar más simulación y pruebas", señaló la agencia. Una vez que el microrreactor MARVEL esté activo como se prevé en 2024, PCAT puede devolverse a INL para ser utilizado en investigaciones adicionales para ayudar a avanzar en las tecnologías de microrreactores, agregó la agencia.

El desarrollo de MARVEL está progresando notablemente junto con el Proyecto Pele, el proyecto estratégico del Departamento de Defensa para desarrollar una tecnología de microrreactores móviles, con un prototipo que se demostrará en INL para 2024. Project Pele, un "prototipo único" que está diseñado para entregar 1 MWe a 5 MWe para un mínimo de tres años de funcionamiento a plena potencia, será un reactor de gas de alta temperatura que utilizará combustible isotrópico triestructural (TRISO) de uranio poco enriquecido (HALEU) de alto ensayo.

La misión de MARVEL, sin embargo, está orientada hacia el progreso de la industria. El programa está programado para ser un instrumento fundamental en las pruebas, el desarrollo y la demostración de microrreactores.

Como la primera instalación de su tipo, MARVEL brindará información sobre los problemas y desafíos relacionados con la fabricación, el ensamblaje, la instalación rápida, el despliegue, la autorización y la operación. Eso incluirá información que podría impulsar los procesos de aprobación regulatoria, como la ubicación de microrreactores y las revisiones ambientales.

Cuando esté operativo, MARVEL también explorará tecnologías de operación autónoma y desempeñará un papel integral como parte de la microrred nuclear de INL. Los esfuerzos de I+D explorarán aplicaciones como seguimiento de carga, calor de proceso, producción de hidrógeno y purificación de agua, dijo el DOE.

—Sonal Pateles editor asociado sénior de POWER (@sonalcpatel, @POWERmagazine).

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