La División de Combustible de Rosatom (TVEL) mejora continuamente su combustible para aumentar la seguridad y está avanzando en I+D para establecer un ciclo cerrado del combustible nuclear y maximizar el uso de la energía contenida en el uranio natural. A continuación se ofrece una visión general de los logros recientes en este campo.
La Unidad 2 de la central nuclear de Rostov completó la última iteración de la prueba piloto del combustible tolerante a accidentes (ATF). «Tolerante» significa que el combustible está diseñado para ser más resistente a accidentes graves que exceden los criterios de diseño. Los conjuntos de combustible se cargaron en el reactor VVER-1000 en 2021 y han completado un ciclo operativo completo que consiste en tres intervalos de recarga de 18 meses. La operación piloto incluyó tres conjuntos combinados TVS-2M, cada uno con 12 barras de combustible. Seis de estas barras utilizaban una aleación 42CrNiMo, mientras que la vaina del resto estaba hecha de una aleación de circonio recubierta de cromo. En caso de emergencia, estos nuevos materiales eliminarán por completo o ralentizarán significativamente el desarrollo de una reacción de vapor-circonio en el núcleo del reactor.
«Teniendo en cuenta todos los factores —economía, tecnología, normativa y procedimientos—, la opción óptima para la aplicación comercial es la vaina fabricada con una aleación convencional de circonio recubierta de cromo. El programa de desarrollo de la ATF ha arrojado otro resultado esencial para cerrar el ciclo del combustible nuclear. Las propiedades de la superficie recubierta de cromo eliminan varias operaciones manuales durante la fabricación de combustible nuclear para reactores VVER. La fabricación totalmente automatizada es un requisito previo para la producción comercial de combustible que contenga uranio y plutonio reprocesados», explicó Alexander Ugryumov, vicepresidente sénior de Investigación y Desarrollo de TVEL.
La Unidad 1 de la central nuclear de Balakovo concluyó el tercer período de operación piloto de 18 meses para los conjuntos de combustible que contienen combustible REMIX. Este combustible es una mezcla de uranio y plutonio reprocesados recuperados del combustible nuclear gastado de los reactores VVER. Se prevé el uso de REMIX en reactores térmicos de agua ligera, integrándolos así en el ciclo cerrado del combustible nuclear (CNFC).
A finales de 2021 se introdujeron en el reactor VVER-1000 seis conjuntos de combustible totalmente cargados con las innovadoras barras de combustible. No se detectaron desviaciones durante el funcionamiento; el rendimiento neutrónico y los parámetros del ciclo de vida se mantuvieron dentro de los límites de diseño. Los tres últimos de estos seis conjuntos se extrajeron del núcleo en marzo de 2026. Al igual que los conjuntos con revestimiento de ATF, superaron con éxito tres intervalos de recarga de 18 meses. Tras ser extraídos del núcleo del reactor, los conjuntos de combustible irradiado se colocaron en una piscina de combustible gastado. Tres conjuntos extraídos en 2024, tras la finalización del segundo intervalo de recarga, ya se encuentran almacenados allí. Los conjuntos enfriados se enviarán al instituto de investigación de Dimitrovgrad para someterse a exámenes posteriores a la irradiación.
«Teniendo en cuenta el funcionamiento de las barras de combustible experimentales y, posteriormente, de los conjuntos de combustible estándar, hemos acumulado casi 10 años de experiencia en la irradiación de combustible REMIX en un reactor comercial de gran capacidad. Tras completar los exámenes posteriores a la irradiación de las barras de combustible gastadas, podremos certificar el combustible de uranio-plutonio para reactores VVER y ofrecerlo al mercado por primera vez en el mundo. El siguiente paso será cargar un reactor VVER con conjuntos de combustible de uranio-plutonio que contengan uranio empobrecido y hasta un 5 % de plutonio. De este modo, estamos desarrollando una línea completa de productos y soluciones para el concepto de ciclo de combustible nuclear equilibrado, que abarca desde el uranio reprocesado hasta diversas composiciones de uranio-plutonio», comentó Alexander Ugryumov.
Los científicos de la División de Combustible han desarrollado un método comercial para producir el isótopo nitrógeno-15 con el fin de fabricar la próxima generación de combustible de nitruro mixto de uranio-plutonio (MUPN). Se planea utilizarlo en el reactor de neutrones rápidos BREST-OD-300 en el marco del proyecto Proryv (Avance).
Dado que el nitrógeno-15 casi no absorbe neutrones, un mayor número de ellos permanecerá en el núcleo. Por lo tanto, el uso de nitrógeno-15 permite, en teoría, una reducción de la cantidad de material combustible cargado en el reactor. Además, el nitrógeno-15 reducirá la generación de carbono-14 no deseado. Todo esto mejorará el rendimiento económico y operativo del reactor.
Para producir nitrógeno-15 en sistemas gas-líquido de dos fases, se instaló una planta piloto de laboratorio en el Instituto Bochvar (VNIINM). Se probaron y optimizaron los procesos tecnológicos para obtener el isótopo altamente enriquecido, y se fabricó el primer lote del producto.
«Nuestra investigación sobre el combustible para reactores rápidos abarca tanto los combustibles avanzados como los materiales estructurales, las tecnologías de fabricación de combustible de uranio-plutonio y las soluciones para su reprocesamiento. Todos estos desarrollos tienen como objetivo garantizar la seguridad energética y la seguridad ambiental dentro del paradigma de la sostenibilidad, ampliando la base de recursos para las centrales nucleares en la mayor medida posible, al tiempo que se minimizan los residuos radiactivos y el combustible irradiado», concluyó Alexander Ugryumov.
