En el nuevo año, estamos lanzando una nueva columna: «Tecnologías de reactores», en la que hablaremos sobre los nuevos e interesantes tipos de reactores que están desarrollando los científicos e ingenieros de Rosatom. Comenzaremos con los de plomo-bismuto rápidos. La tecnología se conoce desde hace mucho tiempo, por primera vez se utilizó plomo-bismuto en reactores de barcos. Ahora, los científicos rusos están desarrollando versiones terrestres de diferentes capacidades.

Características del refrigerante

El plomo-bismuto tiene propiedades termofísicas favorables. La aleación tiene un punto de fusión bastante bajo de (123℃), en comparación, en el plomo es 327 °C. Esto significa que no hay necesidad de crear materiales estructurales resistentes al calor. Y el punto de ebullición, por el contrario, es alto, 1670℃. Por lo tanto, es posible obtener vapor muy caliente a una presión relativamente baja (la alta presión en el circuito primario es una característica que debe tenerse en cuenta al crear reactores PWR, incluidos los VVER). Cuanto mayor sea la temperatura del vapor, mayor será la eficiencia de la planta de energía. Además, a diferencia del sodio, el plomo-bismuto no reacciona con el aire ni el agua, por lo que se excluyen las explosiones con emisiones de hidrógeno y los incendios.

Un poco de historia

Los reactores rápidos fueron previstos para producir plutonio, el combustible nuclear ya se consideraba renovable al comienzo del proyecto nuclear soviético. La razón es prosaica: en ese entonces aún no se encontraron grandes depósitos de uranio en la URSS, la tarea estratégica era abastecer de energía el país. El plomo-bismuto «perdió ante la competencia» con el sodio para su uso en un reactor rápido: el plutonio se produce más rápido con sodio. Sin embargo, el plomo-bismuto no fue olvidado. Alexander Leipunsky, uno de los padres fundadores del proyecto nuclear y director científico del programa para la creación de reactores de neutrones rápidos, sugirió usar la aleación para construir reactores para submarinos nucleares.

El tema era nuevo, no había suficiente conocimiento sobre las propiedades del plomo-bismuto. Se construyeron decenas de bancos de prueba, pero todo el mundo tenía prisa, por lo que fue necesario estudiar, diseñar y construir submarinos nucleares casi simultáneamente. La falta de conocimiento condujo al hecho de que era necesario estudiar las propiedades del reactor incluso durante la operación: solucionar problemas y luego ajustar las regulaciones para la fabricación y el uso. Como resultado, seis submarinos nucleares con reactores de plomo-bismuto sirvieron en la Flota Marina hasta 1996, el tiempo total de operación en todos los modos fue de unos 80 reactores-año, y se confirmaron las ventajas y principales características establecidas en el proyecto.

La salida a tierra. SVBR-100

En la segunda mitad de la década del 1990, se creó un diseño conceptual de una central nuclear con dos unidades de potencia con una capacidad eléctrica de 1600 MW basada en el reactor SVBR con una capacidad de 100 MW, con 16 módulos en cada unidad. Luego el trabajo se detuvo. En 2006, recibió un nuevo impulso: comenzó el diseño de una planta piloto, luego apareció una empresa conjunta entre Rosatom e Irkutskenergo, AKME-Engineering. Ahora el proyecto se encuentra en implementación.

La capacidad prevista de SVBR es de 100-130 MW. El reactor puede funcionar tanto con combustible de uranio como de uranio-plutonio, tanto de óxido como de nitruro. También es posible cargar combustible con actínidos menores con un contenido de hasta unos pocos porcentajes en el SVBR-100. Se prevé que en la planta del reactor se coloque en una caja sellada, y todos los sistemas en un edificio de contención con muros de 1,5 m de grosor.

Rosatom también está desarrollando de forma independiente dos reactores refrigerados por plomo y bismuto, SVET-M y SVGT-1.

SVET-M

«SVET-M» significa «Reactor de Plomo-Bismuto con circulación natural del refrigerante – Modular». Este es un reactor nuclear de neutrones rápidos del tipo integral, en el que los sistemas del circuito primario se colocan en una carcasa, y no hay tuberías ni accesorios del circuito primario, no son necesarios. Su característica principal es la circulación natural. Esto significa que no hay bombas de circulación en el esquema, y ​​el refrigerante se mueve debido a la diferencia de presión en el núcleo caliente y el generador de vapor condicionalmente «frío». Debido a la gran diferencia de temperatura entre el plomo-bismuto en las partes caliente y «fría» del circuito, se crea una mayor presión (en comparación con otros refrigerantes), por lo que se puede reducir la altura de la planta del reactor, reduciendo así el consumo de materiales

«SVET-M» se está desarrollando en el rango de potencia eléctrica de 1 a 50 MW, el diseño para 10 MW es el más desarrollado. La temperatura del vapor a la salida del sobrecalentador es de 445℃. Debido a la alta temperatura, la planta tiene una alta eficiencia. SVET-M, como SVBR-100, puede operar con combustible de uranio y uranio-plutonio, tanto óxido como nitruro. SVET-M está siendo desarrollado por Gidropress (parte de Atomenergomash, la división de construcción de maquinaria de Rosatom). Este año, los ingenieros han desarrollado un borrador de diseño abreviado.

SVGT-1

El reactor SVGT-1 está siendo desarrollado por el Centro Científico Estatal de la Federación de Rusia, IPPE (Instituto de Ingeniería Física y Energética, parte de la división científica de Rosatom). El nombre significa «turbina de gas de plomo y bismuto, 1 megavatio eléctrico». Según la clasificación del OIEA, pertenece a los microrreactores. Tal como señaló Anton Verbitsky, jefe del Laboratorio de Software y Soporte Metodológico y Cálculos y Justificación Experimental de la Seguridad de Reactores Rápidos del Centro Estatal de Investigación de la Federación de Rusia – IPPE, en una entrevista con el portal Atominfo.ru, la instalación es una simbiosis de un reactor de plomo-bismuto y una planta de turbina de gas. Tampoco hay bombas en SVGT-1, la circulación es natural. Actualmente el reactor se encuentra en etapa de estudio preliminar, se ha elaborado un plan de trabajo para llevarlo al diseño técnico. Si se aprueba el plan, en tres años se podrá iniciar el proyecto técnico. El ciclo de desarrollo general durará, según estimaciones preliminares, entre siete y diez años.

Todos los desarrolladores consideran que los proyectos de plomo-bismuto son prometedores debido al creciente interés en las plantas de energía nuclear de baja potencia y la seguridad natural del refrigerante.