En diciembre de 2022, el Instituto de Investigación y Diseño de Dollezhala (NIKIET, que es parte de Rosatom), desarrolló un diseño preliminar de una instalación equipada con un reactor de investigación con un combustible de sales fundidas en circulación (IZhSR). Los autores consideran que la tarea principal del proyecto es el desarrollo de tecnologías para un reactor-quemador de actínidos menores de sales fundidas a gran escala.

Objetivo y principio de funcionamiento

Un reactor de sal líquida es un reactor nuclear en el que el combustible se disuelve en un medio salino de fluoruros metálicos (refrigerante), y la sal y el combustible juntos forman un núcleo homogéneo.

Los reactores de sal líquida tienen varias características atractivas. En primer lugar, a diferencia de los reactores nucleares heterogéneos, no requieren barras de combustible ni conjuntos combustibles.

En segundo lugar, los reactores de sal líquida tienen un alto nivel de seguridad, basado en retroalimentaciones negativas tanto en la temperatura como en la densidad del medio fisionable. Y dado que la temperatura y los coeficientes de vacío en ellos son negativos, se descartan los accidentes graves. La presión en el circuito de combustible, que asegura el bombeo del medio salino a lo largo del circuito, es pequeña. Por lo tanto, se minimiza la cantidad de energía almacenada que puede salir del bucle en caso de pérdida de su integridad. Y en caso de un aumento no autorizado de la temperatura en el circuito a un nivel peligroso, se activa una válvula de descarga, cuya acción pasiva se basa en leyes físicas naturales.

El objetivo principal de los reactores de sal líquida es la capacidad de organizar la tecnología de transmutación continua (o «postcombustión») de actínidos menores, que se acumulan en el combustible nuclear gastado de los reactores de potencia de neutrones térmicos. Gracias a esta oportunidad, el interés por los reactores de sal líquida en Rusia volvió después de un largo receso (el desarrollo ruso de los reactores de sal líquida cesó a principios de la década de 1990). Ahora los reactores de sal líquida se consideran parte de un ciclo de combustible nuclear cerrado y un elemento tecnológico importante en el procesamiento y eliminación de combustible nuclear gastado (SNF).

Se supone que una instalación de producción de los reactores de sal líquida se construirá en el territorio de la Planta Minera Química GHK (que es parte de Rosatom) en el territorio de Krasnoyarsk. La elección no es casual, y que esa planta solo se especializa en la etapa final de gestión de los residuos radioactivos y el desmantelamiento.

Cronología del proyecto de construcción del RU RSL (reactor de sal líquida)

Los estudios de diseño y las estimaciones de diseño del reactor de sal líquida comenzaron a fines de 2019. El programa de I+D ya ha sido aprobado. Como parte de este programa, ya se ha iniciado la fundamentación de los materiales estructurales, la planta del reactor, el módulo de procesamiento del combustible gastado y otros equipos, así como la tecnología de preparación de combustible y sales de lavado y otras tecnologías. «Ya se están creando soportes únicos de alta temperatura para probar las soluciones técnicas de unidades individuales y verificar los códigos de programa de esta innovadora instalación de reactores«, dijo Igor Tretyakov, Diseñador Jefe de Reactores de Investigación e Isótopos de NIKIET.

Como parte del proyecto, los diseñadores elaboraron las principales soluciones técnicas de circuitos y de distribución para la planta del reactor en su conjunto y los equipos adicionales incluidos en la misma. Todavía queda mucho trabajo de anteproyecto y diseño por delante, como la justificación de las inversiones, desarrollo del diseño técnico de la planta del reactor y del módulo de procesamiento, implementación del programa de I+D y, finalmente, el desarrollo de la documentación y licencias del proyecto. Se supone que este año la Planta Minera Química debería obtener la licencia para la construcción. “Esto significa que también debemos completar una parte importante de la investigación y el desarrollo antes de 2024”, explicó Igor Tretyakov. El plan es obtener la licencia de construcción en 2027 y completarla en 2031.

Particularidades de los reactores de sal líquida

La potencia térmica de los reactores de sal líquida es de 10 MW. El principal material estructural es una aleación de níquel al 80%. Está previsto fabricar un circuito de combustible (o primer circuito, en terminología más común) que incluye una carcasa, tuberías y equipos de térmico. “Los científicos han estudiado las propiedades de corrosión de la interacción de la sal de combustible con este material, y por eso lo han elegido por ahora. Los plazos para la implementación del proyecto técnico son muy cortos, debemos seguir el camino más claro. Pero es muy posible que, en base a los resultados de I+D, consideremos otros materiales y otras sales”, dijo Igor Tretyakov.

Se supone que aproximadamente el 10% de la composición de sal fundida se eliminará del circuito de combustible a ciertos intervalos y, en su lugar, se suministrará nueva masa fundida de combustible. En principio, no hay necesidad de apagar el reactor para realizar la recarga, pero esto es un tema de justificación de cálculos analíticos y experimentales.

Se prevé que el reactor se construirá en la zona de la pendiente de montaña de la planta GHK. El macizo rocoso es un aislamiento adicional del ambiente exterior. Además, el circuito de combustible y algunos otros equipos se colocarán en una cápsula sellada, que es una barrera de seguridad.

Para proteger al personal, está previsto que la mayor parte del mantenimiento de la planta del reactor de sal líquida se realice mediante mecanismos robóticos, que también se están desarrollando.

Algunas palabras sobre el combustible

El Instituto de Investigación de Materiales Inorgánicos de Alta Tecnología de Bochvar (VNIINM, parte de Rosatom) está desarrollando combustible para los reactores de sal líquida y métodos para su procesamiento. El combustible en el reactor de sal líquida será una fusión de fluoruros de varios metales. Como material fisionable en la masa fundida, se introducirán fluoruros de actínidos menores sujetos a transmutación, y seguramente, en la etapa inicial, de plutonio.

Una de las tareas en las que trabaja VNIINM es la producción de fluoruros de actínidos menores. “La síntesis de fluoruros no es particularmente difícil, los métodos se conocen desde hace mucho tiempo. Pero para utilizar estos compuestos como combustible para los reactores de sal líquida, es necesario que cumplan con estrictos requisitos técnicos, principalmente en términos de contenido de oxígeno”, dijo Alexey Ananyev, investigador principal de VNIINM, en una entrevista con el periódico Strana Rosatom.

VNIINM planea utilizar fluoruros de litio y berilio como base de la composición del combustible. Son menos activos contra los materiales estructurales que los fluoruros de sodio, litio y potasio (FLiNaK). La obtención de sales de la calidad requerida es la segunda tarea de VNIINM.

La tercera tarea es deshacerse del tritio, que se forma a partir del litio durante la irradiación. VNIINM ya ha seleccionado adsorbentes para la separación de tritio y ha desarrollado un esquema para un sistema de limpieza de gases, y los experimentos ya están en marcha. Al mismo tiempo, los diseñadores están desarrollando equipos tecnológicos para módulos de preparación y procesamiento de combustible y sistemas de limpieza de gases.

En general, el trabajo sobre el proyecto para la creación de una planta de reactor con reactor de sal líquida y un módulo de reprocesamiento está en desarrollo, aunque no sin las dificultades inherentes a cada nueva tecnología, pero con un propósito firme. Los experimentos en los reactores de sal líquida serán el primer paso para dominar una de las etapas importantes de un ciclo de combustible nuclear cerrado, que es la postcombustión de actínidos menores del combustible nuclear gastado acumulado.