Rosatom ha dado un nuevo paso hacia el cierre del ciclo del combustible nuclear. Durante las tareas de un servicio técnico programado, otra porción de combustible MOX fue cargada en el núcleo del reactor BN-800 de la unidad de potencia N°4 de la central nuclear de Beloyarskaya. Ahora la proporción del combustible MOX del volumen total del núcleo es del 60%. A fines de enero de 2022 la unidad de potencia alcanzó su nivel de potencia nominal.

Rusia fue el primer país en comenzar a desarrollar el cierre del combustible nuclear y actualmente está haciendo un gran trabajo para ello utilizando reactores rápidos. BN-800 significa «sodio rápido de una capacidad de 800 MW». La unidad de potencia con este reactor se puso en marcha en diciembre de 2015 y, desde el principio, su tarea principal fue adquirir experiencia a gran escala en la operación de un reactor de combustible MOX, así como experiencia en el manejo de elementos combustibles irradiados con combustible MOX, incluido su reprocesamiento.

Combustible MOX significa «combustible de óxidos mixto» (Mixed Oxide). El primer componente de la mezcla es el óxido de plutonio. Como combustible se utiliza plutonio de bajo fondo, obtenido tras el procesamiento de combustible nuclear irradiado para reactores rápidos de sodio, así como plutonio de alto fondo, que se obtiene a partir de combustible irradiado para reactores VVER. La diferencia entre el plutonio de alto fondo y el plutonio de bajo fondo difiere en su composición isotópica. Por ejemplo, el plutonio de alto fondo tiene un mayor contenido de isótopos pares, que se acumulan en los reactores de potencia (BN, VVER, RBMK) y pueden «quemarse» en reactores rápidos.

El segundo componente es el uranio empobrecido, que se forma durante la etapa de enriquecimiento. Sí, este es el mismo uranio que, por desconocimiento, lo llaman «desecho». Al crear el combustible MOX, Rosatom demuestra en la práctica que los «residuos» son materia prima para una nueva generación de combustible.

Los conjuntos de combustible experimental con combustible MOX, fabricados en el Instituto de Investigación de Reactores Atómicos (que forma parte de Rosatom) se cargaron en el núcleo durante la primera carga en 2015. La fabricación industrial comenzó a fines de 2018 y el primer lote de conjuntos de combustible en serie se cargó en el BN-800 a principios de 2020. La prestigiosa revista Power reconoció este evento como uno de los 12 eventos más importantes de ese año. Y durante las tareas de mantenimiento preventivo programado a principios de 2021, por primera vez, el reabastecimiento se realizó solo con combustible MOX, cuando se cargaron 160 elementos combustibles.

En general, el procedimiento para pasar a un núcleo compuesto totalmente por elementos combustibles con combustible MOX es sencillo. La recarga se realiza según el esquema estándar, durante cada parada del reactor para recarga se renueva un tercio del número total de elementos combustibles del núcleo. Según lo programado, se espera que el reactor esté completamente lleno con combustible MOX este año.

Tanto la producción de combustible como la operación del reactor son seguras. Ya en 2012, al evaluar diseños de reactores avanzados de acuerdo con criterios de desarrollo sostenible en el marco del proyecto internacional INPRO, se reconoció que el proyecto BN-800 con combustible MOX cumplía con los requisitos para los reactores de generación III+. En la producción de combustible con plutonio de alto fondo, todas las operaciones tecnológicas están completamente automatizadas. El trayecto de la recarga del BN-800 también está automatizado, las operaciones manuales durante la recarga se reducen al mínimo.

Una característica del diseño del BN-800 es que la zona activa está rodeada por una zona de reproducción, que está llena de uranio empobrecido. Mediante la irradiación, el uranio empobrecido de esta zona se convierte en material nuclear a partir del cual se pueden fabricar nuevas porciones de combustible nuclear. Esta es la esencia del ciclo de combustible nuclear cerrado, que es maximizar el uso de uranio natural y minimizar la cantidad de desechos. Dado que el contenido del isótopo U-235 en el uranio natural es inferior al 1%, la participación del uranio empobrecido en el ciclo del combustible en el futuro puede aumentar varias decenas de veces la cantidad de combustible obtenido a partir de una porción de uranio natural.

Además de la implementación de un ciclo de combustible nuclear cerrado utilizando un reactor rápido de sodio, Rosatom también lidera el primer proyecto del mundo para cerrar el ciclo de combustible nuclear basado en un reactor rápido de plomo, el proyecto “Proryv” (Breakthrough).

Como parte del proyecto “Proryv” ya se están construyendo el reactor BREST-300 con una capacidad de 300 MW y el módulo de fabricación-refabricación de combustible, y se ha iniciado el diseño del módulo para el reprocesamiento de combustible irradiado. BREST-300 utilizará un combustible SNUP único. Su peculiaridad es que no se utilizarán óxidos, sino nitruros de uranio y plutonio. El SNUP tiene una mayor densidad en comparación con el combustible MOX y, como resultado, una mejor reproducción de plutonio. Actualmente se están llevando adelante las pruebas del combustible SNUP y se están estudiando sus características.

Finalmente, Rosatom está desarrollando activamente un proyecto para un reactor rápido de sodio más potente, el BN-1200. En septiembre se realizó una reunión conjunta de tres consejos científico-técnicos, donde se evaluó una versión mejorada del reactor BN-1200M, teniendo en cuenta el proyecto “Proryv”. Finalmente, el mismo fue aprobado.

Los objetivos del BN-1200 es llevar a cabo un cierre rentable del ciclo del combustible nuclear a escala industrial y garantizar la transición a una industria de energía nuclear de dos componentes. Se supone que los reactores VVER y BN operarán en conexión tecnológica. Actualmente, los expertos están eligiendo la proporción óptima del número de reactores rápidos y reactores térmicos.

La eficiencia económica del BN-1200 se logra a través de nuevas soluciones de diseño y tecnologías modernas en construcción, ingeniería mecánica, etc. En particular, la nueva disposición de los equipos permitirá utilizar las mismas dimensiones del edificio principal que el BN-800, a pesar del aumento de la capacidad de la unidad de potencia. Al reducir el largo de las tuberías y las modificaciones modernas de otros equipos, será posible reducir el consumo de metal y se planean otras innovaciones.

Para el reactor BN-1200 ya se han hecho muchas cosas, como las comunicaciones auxiliares, redes y sistemas de ingeniería, instalaciones para el suministro de la energía eléctrica al sistema de potencia e incluso la construcción de la vasija de ensamblaje del reactor (los reactores BN, a diferencia de VVER, no se traen ya completos desde la planta de fabricación, sino que se ensamblan en el sitio) que fue lo que se hizo en el momento de la construcción del BN-800. El servicio de prensa de la central nuclear de Beloyarskaya informó que se planea completar la construcción de la nueva unidad de potencia para 2035.