TVEL, la división de combustibles de Rosatom, ha avanzado significativamente en el desarrollo, la justificación de la seguridad y la oferta de nuevos tipos de combustible a sus clientes. Este combustible es más seguro, económico y contribuye al cierre del ciclo del combustible nuclear, permitiendo maximizar el potencial energético del uranio natural y reducir el volumen de combustible nuclear gastado.

Seguridad confirmada

En la Unidad 1 de potencia de la central nuclear de Balakovo (que forma parte de Rosatom) comenzó el tercer y último ciclo de 18 meses de operación experimental e industrial de los conjuntos de combustible con combustible REMIX.

REMIX es un combustible desarrollado por científicos nucleares rusos a partir de una mezcla de uranio y plutonio reciclados con adición de uranio enriquecido. REMIX ha sido diseñado específicamente para los reactores de agua ligera. El contenido de plutonio en este combustible no supera el 5%. El espectro de neutrones no difiere del combustible de uranio convencional, por lo que su comportamiento en el reactor y la cantidad de plutonio producido en general no difieren del combustible estándar. Gracias a estas características, el combustible REMIX puede utilizarse sin significativas medidas de seguridad adicionales.

Por primera vez, seis conjuntos de combustible con combustible REMIX se cargaron en el reactor VVER-1000 de la unidad Nº1 de la central nuclear de Balakovo a finales de 2021, y se encuentran en el ciclo estándar de operación: tres campañas de 18 meses cada una. Después de cada una de las dos campañas ya completadas, los especialistas de Rosatom inspeccionaron los elementos combustibles y los componentes estructurales de los conjuntos utilizando una cámara estándar de la máquina de recarga, y no encontraron ningún impedimento para continuar con la operación.

La tercera campaña finalizará en el primer semestre de 2026 durante el mantenimiento preventivo programado. Los conjuntos se transferirán a una piscina de almacenamiento y luego se enviarán para investigaciones posteriores al reactor. “Una vez completado el programa de operación piloto y los estudios posreactor del combustible REMIX, Rosatom dispondrá de pruebas suficientes para ofrecer al mercado un nuevo producto dentro del concepto de ciclo de combustible equilibrado”, destacó Alexander Ugriumov, Vicepresidente de Actividades Científicas y Técnicas de JSC TVEL. Más adelante, TVEL planea convertir gradualmente una de las unidades de gran potencia al combustible REMIX.

Enriquecimiento en progreso

El reactor de investigación MIR.M1 (perteneciente al Instituto de Investigación de Reactores Atómicos de la División Científica de Rosatom) se cargó con un conjunto experimental compuesto por 12 barras de combustible con una composición basada en uranio-erbio. El enriquecimiento de uranio en cada elemento combustible es de aproximadamente el 5%.

La prueba de este conjunto es la primera etapa de un programa destinado a incrementar gradualmente el nivel de enriquecimiento por encima del 5%. “Hasta ahora, la eficiencia de los reactores se ha mejorado mediante la introducción de nuevos diseños y modificaciones en los conjuntos de combustible. La mayoría de las innovaciones han consistido en aumentar el volumen físico del uranio enriquecido en las barras de combustible, lo que en última instancia permite generar más energía con un solo conjunto de combustible. Actualmente, para seguir optimizando la economía de las centrales nucleares, probablemente sea necesario superar el umbral del 5% de enriquecimiento de uranio para los reactores térmicos de gran potencia. Dado que en el núcleo activo de los reactores VVER modernos hay 163 conjuntos de combustible, y en cada uno de ellos más de 500 kg de uranio, incluso un aumento del 1% en el enriquecimiento tendría un impacto muy significativo”, explicó Alexander Ugriumov, Vicepresidente de Actividades Científicas y Técnicas de TVEL.

Según las estimaciones de los científicos de TVEL, el uso de erbio en lugar de gadolinio como absorbente de neutrones, combinado con combustible enriquecido a más del 5%, permitirá pasar de ciclos de combustible de 12 y 18 meses a ciclos de 24 meses. Con paradas menos frecuentes para la recarga de combustible, aumentará la generación de electricidad y, como resultado, los ingresos y otros indicadores económicos de las centrales nucleares.

El programa de pruebas está diseñado para 4 ciclos anuales de irradiación. Los resultados de los estudios ayudarán a desarrollar la tecnología para la producción en serie de combustible de uranio-erbio para los reactores VVER, así como a justificar su uso en centrales nucleares de diseño ruso.

Para reactores rápidos

Los científicos de Rosatom han logrado resultados significativos en la justificación de dos opciones de núcleo activo para sistemas de reactores de neutrones rápidos de Generación IV. Para pruebas en el reactor BN-600 de la central nuclear de Beloyarsk, se fabricó un conjunto OS-4 con combustible SNUP (nitruro mixto de uranio-plutonio). La irradiación de este conjunto debería confirmar un aumento del quemado del combustible. En el diseño del conjunto se han aplicado soluciones técnicas que garantizan la seguridad de las pruebas.

Además, se han fabricado tres conjuntos experimentales KTEVS-MAK con barras de combustible del tamaño estándar para el BN-1200, basados en combustible MOX con una capa axial. En estas barras, la columna de combustible incluye un fragmento de material de reproducción (uranio empobrecido). En conjunto, estos fragmentos formarán en el reactor una capa horizontal que separará el núcleo activo. Se supone que este tipo de estructuración reducirá el daño por radiación en el revestimiento de las barras de combustible mientras se mantiene la profundidad requerida de quemado del combustible. Esta solución se ha comprobado en varios países, pero puede ser implementada por primera vez en el reactor BN-1200.

Los conjuntos de ambos tipos, fabricados en el Combinado Químico de Siberia (parte de TVEL), están programados para ser cargados en el núcleo del BN-600 en 2025.

Gracias a las pruebas de reactor y posreactor, los científicos podrán estudiar los procesos que ocurren en las barras de combustible de nuevos tipos y licenciar el combustible para su uso en el reactor BN-1200, el primer reactor rápido en serie del mundo. Se prevé que tanto el combustible MOX como el SNUP puedan ser utilizados en este reactor. La construcción de la unidad con el BN-1200 en la central nuclear Beloyarskaya está programada para comenzar en 2027.

Ciclo de combustible nuclear equilibrado es un producto de Rosatom basado en tecnologías de cierre del ciclo del combustible nuclear, que permiten reprocesar de manera eficiente el combustible nuclear irradiado y garantizar un manejo racional de los productos resultantes del reprocesamiento.