El reactor BREST-OD-300 es el primer reactor rápido de este tipo, alimentado con nitruro y enfriado con plomo, implementado no solo en papel, sino ya construido en “hierro”. Su objetivo clave es demostrar la viabilidad y el éxito del cierre del ciclo del combustible nuclear y las últimas tecnologías de reactores.

¿Cómo está diseñado el reactor y cómo es su funcionamiento?

BREST-OD-300 significa «reactor rápido de seguridad natural, demostración experimental, con una capacidad de 300 MW». El refrigerante utilizado es plomo fundido. El combustible es una mezcla de nitruro de uranio y plutonio (SNUP). El primer hormigón se vertió en los cimientos del edificio del reactor en junio de 2021.

El nuevo refrigerante requiere el uso de un diseño especial. En el BREST-OD-300, el núcleo se encuentra en la cavidad central de una piscina de hormigón armado lleno de plomo líquido. Los generadores de vapor y las bombas de circulación se ubican en las cavidades periféricas.

Las temperaturas de fusión y ebullición y otras características físicas del refrigerante, así como las características del reactor permitieron abandonar la trampa de fusión, evitar un gran volumen de sistemas de apoyo y también reducir la clase de seguridad de los equipos ajenos al reactor. El diseño integral y la física de la planta del reactor excluyen accidentes que requieran la evacuación de la población.

El reactor opera según un esquema de dos circuitos: el combustible nuclear calienta el plomo líquido del circuito primario, dentro del generador de vapor él entrega el calor al agua del circuito secundario, que en forma de vapor hace girar la turbina que transfiere energía al generador eléctrico, que, a su vez, produce electricidad.

BREST-OD-300 es parte del Complejo de Energía de Demostración Experimental (ODEK). El ODEK también incluye un módulo de producción de combustible de uranio-plutonio y un módulo de reprocesamiento de combustible gastado. Se producirán nuevas porciones de combustible fresco a partir del plutonio apto para el uso energético con adición de uranio empobrecido, mediante la tecnología de fusión carbotérmica.

Los tres elementos del ODEK deben demostrar la sostenibilidad de la producción cíclica de combustibles, su uso y reprocesamiento del combustible nuclear gastado. De hecho, este es el cierre del ciclo del combustible nuclear en el emplazamiento de una central nuclear.

Diferentes lados del desarrollo

A fines de abril, en la Planta Química de Siberia (SKhK, que forma parte de TVEL), en cuyo emplazamiento se está construyendo el ODEK, comenzaron a ensamblar una bomba prototipo para el bombeo del plomo fundido. Para este equipo se utilizó acero de alta aleación y materiales cerámicos. El equipo pesa más de 30 toneladas y la bomba se entregó a fines de marzo de 2023. Tras su instalación, se probará en un soporte especial en una columna con plomo fundido. La bomba BREST es capaz de bombear 11 toneladas de plomo fundido por segundo a través del circuito primario del reactor, lo que equivale al volumen de un camión mediano cargado de plomo.

Durante este año, los especialistas comprobarán las características de presión y caudal de la bomba. En base a los resultados obtenidos, teniendo en cuenta las posibles mejoras, se fabricarán cuatro unidades de bombeo en serie.

La Planta de Concentrados Químicos de Novosibirsk (NCCP, que es parte de Rosatom) está trabajando en la creación de una zona de simulación, que son modelos de cartuchos de combustible. Se espera que esté lista a finales de 2024 y se envíe a la ODEK.

Antes de esto, las barras de combustible y los conjuntos de combustible para BREST-OD-300 se han sometido a numerosos estudios y pruebas. Un ejemplo reciente fue en septiembre de 2022, cuando se completaron las pruebas y estudios post-reactor de maquetas de barras de combustible en el reactor pulsado IGR (Kazajistán). Como resultado, se confirmó experimentalmente el comportamiento de las barras de combustible en situaciones fuera de diseño que implican la introducción de reactividad positiva.

En paralelo, los científicos están explorando nuevos materiales que mejoren el rendimiento del combustible. Así, en febrero de este año, los especialistas de VNIINM JSC (parte de Rosatom) produjeron un lote piloto de tuberías bimetálicas con una capa protectora de acero ferrítico de 0,3 mm de espesor. Estos tubos pueden utilizase como revestimiento de elementos combustibles en un reactor refrigerado por plomo. También pueden convertirse en la base de las celdas de la rejilla espaciadora en el núcleo. En el futuro, los nuevos materiales estructurales ayudarán a aumentar la quema de combustible SNUP en un reactor rápido enfriado con plomo en un 20-25% y, como resultado, aumentarán la eficiencia económica de su operación.

También se está trabajando mucho en la formación de especialistas. En marzo, más de 30 empleados del módulo de fabricación-refabricación de la ODEK fueron capacitados en un simulador analítico. Los especialistas desarrollaron las habilidades de trabajar en la línea de producción, los procesos tecnológicos, se familiarizaron con el procedimiento para situaciones de emergencia.

Este año comenzarán las pasantías de dos semanas para especialistas de la Planta Química de Siberia en la central nuclear de Beloyarskaya.

Los trabajos de construcción del reactor, instalación y puesta en marcha de los equipos y diseño del módulo de procesamiento del combustible nuclear gastado avanzan según lo programado. Se espera que el ODEK se ponga en marcha por completo en 2030.