Estudio uno de los primeros en abordar la producción de residuos nucleares de pequeños reactores modulares.

La energía nuclear es un componente clave para descarbonizar nuestra economía, pero los grandes reactores nucleares suelen ser complicados y costosos de construir. Para hacer que la energía nuclear esté más disponible y sea más atractiva, los desarrolladores han presentado múltiples diseños de reactores modulares pequeños (SMR) que tienen una mayor flexibilidad y ofrecen costos iniciales más bajos. Actualmente se están desarrollando diferentes tipos de SMR con características de diseño de reactor avanzadas en los Estados Unidos y en todo el mundo.

Los investigadores creen que los SMR podrían implementarse en una variedad de escalas para la generación de electricidad distribuida localmente. Los SMR tienen aproximadamente una décima a una tercera parte de la potencia de salida de los grandes reactores de agua ligera, que son el tipo más común de reactor nuclear en operación comercial en los Estados Unidos. Las tecnologías y la economía de los SMR se han estudiado ampliamente; sin embargo, hay menos información sobre sus implicaciones para los desechos nucleares. «Realmente acabamos de comenzar a estudiar los atributos de los desechos nucleares de los SMR», dijo el ingeniero nuclear senior Taek Kyum Kim del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE).

Kim y sus colegas de Argonne y el Laboratorio Nacional de Idaho del DOE publicaron recientemente un informe que se esfuerza por medir los atributos potenciales de los desechos nucleares de tres tecnologías SMR diferentes utilizando métricas desarrolladas a través de un proceso extenso durante una evaluación integral de los ciclos de combustible nuclear publicada en 2014. Aunque Los SMR aún no están en operación comercial, varias compañías han colaborado con el DOE para explorar diferentes posibilidades para los SMR, y los tres diseños estudiados en el informe están programados para ser construidos y operativos para fines de la década.

Un tipo de SMR, llamado VOYGR y en desarrollo por NuScale Power, se basa en un diseño de reactor de agua a presión convencional actual pero reducido y modularizado. Otro tipo, llamado Natrium y desarrollado por TerraPower, está refrigerado por sodio y funciona con un combustible metálico. Un tercer tipo, llamado Xe-100 y desarrollado por X-energy, se enfría con gas helio.

En términos de desechos nucleares, cada reactor ofrece ventajas y desventajas sobre los LWR grandes, dijo Kim. “No es correcto decir que debido a que estos reactores son más pequeños, tendrán más problemas proporcionalmente con los desechos nucleares, solo porque tienen más área de superficie en comparación con el volumen del núcleo”, dijo. «Cada reactor tiene ventajas y desventajas que dependen del quemado de la descarga, el enriquecimiento de uranio, la eficiencia térmica y otras características de diseño específicas del reactor».

Un factor notable que influye en la cantidad de desechos nucleares producidos por un reactor se denomina quemado y se refiere a la cantidad de energía térmica producida a partir de una cierta cantidad de combustible. Los reactores Natrium y Xe-100 tienen un quemado significativamente mayor que los LWR, dijo Kim. Un mayor quemado se correlaciona con una menor producción de desechos nucleares porque el combustible se convierte en energía de manera más eficiente. Estos diseños también tienen una mayor eficiencia térmica, que se refiere a la eficiencia con la que el calor producido por el reactor se convierte en electricidad. El diseño del reactor de agua a presión VOYGR, debido en parte a su pequeño tamaño, tiene un quemado y una eficiencia térmica ligeramente inferiores en comparación con un reactor de agua a presión más grande.

Los atributos del combustible gastado varían un poco entre los diseños, siendo VOYGR similar a los LWR, Natrium produciendo un desecho más concentrado con diferentes isótopos de vida larga y Xe-100 produciendo una menor densidad pero un mayor volumen de combustible gastado.

«En total, cuando se trata de desechos nucleares, los SMR son más o menos comparables con los reactores de agua a presión convencionales, con beneficios y debilidades potenciales según los aspectos para los que se esté tratando de diseñar», dijo Kim. «En general, no parece haber mayores desafíos adicionales para la gestión de los desechos nucleares SMR en comparación con los desechos LWR grandes a escala comercial».

El financiamiento para la investigación fue proporcionado por la Oficina de Energía Nuclear del DOE a través de la Campaña de Integración y Análisis de Sistemas.