¿Por qué los reactores nucleares acuosos homogéneos nunca se han implementado fuera de la investigación?

Answer 1

Creo que la pregunta realmente se reduce a si alguien está seriamente en el mercado por los beneficios específicos que estos tipos de reactores son capaces de proporcionar que los reactores heterogéneos de combustible revestido no pueden proporcionar.

Para aclarar, la pregunta parece referirse a reactores homogéneos de combustible líquido y probablemente a reactores homogéneos acuosos en particular. También existen reactores homogéneos de combustible sólido (uno de ellos a poca distancia de mi casa en la Universidad de Nuevo México). “Homogéneo” se refiere solo a la distribución de combustible y moderador.

Más significativamente, se han propuesto reactores homogéneos acuosos para la producción de isótopos. La circulación continua y el procesamiento químico del combustible facilitarían la recuperación de radioelementos útiles en medicina e industria, cuya infraestructura existente está envejeciendo y presenta algunos problemas de confiabilidad. La oportunidad más probable que tendremos para ver reactores homogéneos acuosos instalados en una capacidad industrial surgirá de uno o más países (Canadá, Bélgica, Rusia, etc.) cerrando un reactor o planta radioquímica que se considera crítica para la medicina nuclear.

Sin embargo, no puedo imaginar el atractivo de un reactor acuoso homogéneo para la producción de energía. Queda mucho trabajo costoso por hacer para comprender el rendimiento de un sistema de este tipo a escala de servicios públicos, cuando parece que la tecnología madura que utiliza combustible sólido revestido está satisfaciendo las demandas de electricidad segura y asequible. La cinética y el control en un reactor homogéneo acuoso de escala de servicio están llenos de desafíos: tiene una interacción complicada entre la hidráulica térmica multifásica y el envenenamiento por productos de fisión; tienes interacción entre la circulación central y la fracción de neutrones retardada; tienes química compleja y poco explorada; tienes la prolífica generación de gas explosivo radiolítico. Tendría que elaborarse una nueva filosofía hacia la localización o contención de accidentes. El flujo de residuos es muy diferente de la energía nuclear “convencional” y también tendría que ser procesado. Hay problemas de proliferación que darán color a la política. ¿Cuáles serían las ventajas convincentes para perseguir estos problemas? Realmente no lo se! Espero poder agregar alguna idea a la pregunta.

Answer 2

Voy a prefijar esta respuesta con una advertencia: no tengo experiencia personal en esta área, así que esto es especulación. Sin embargo, estoy bien estudiado en la historia y la ciencia, así que esta es una especulación altamente educada …

Los primeros reactores homogéneos acuosos utilizaron sulfato de uranio (U (SO4) 2) de uranio altamente enriquecido (HEU) disuelto en agua o agua pesada para hacer una solución de sulfato de uranilo (UO2SO4). Esta es una molécula compleja, unida parcialmente covalentemente. Durante la fisión, los neutrones de alta energía y los rayos gamma rompen las moléculas en iones altamente químicamente activos, que producen ácido sulfúrico (H2SO4), proporcionando la energía para impulsar los procesos de corrosión. El ácido sulfúrico caliente es bastante duro para el acero inoxidable. Además, el reactor genera hidrógeno y oxígeno libres a partir de la radiolisis del moderador de agua; tanto que se forman burbujas de gas en la solución. Esa es una situación químicamente explosiva.

Los reactores homogéneos acuosos más recientes usan nitrito de uranio para hacer una solución a base de nitrato de uranilo. El ácido nítrico es más amigable con el acero inoxidable, pero aún es difícil de manejar y el problema de la radiólisis del agua continúa.

Dejando a un lado las dificultades técnicas, a nadie se le permite usar HEU nunca más. Incluso los Laboratorios Nacionales tienen que lidiar con resmas de papeleo para hacer algo con HEU.

La industria privada no está autorizada a experimentar con reactores nucleares, por lo que nadie puede inventar ninguna solución a estos problemas mediante ajustes. Por lo tanto, la tecnología se ha estancado. Tiene un potencial real, pero es demasiado problema resolver las soluciones y hay demasiados gastos generales regulatorios para aprovechar cualquier pequeño beneficio.

Answer 3

La mayoría de los problemas con los reactores nucleares son económicos y políticos más que problemas de ingeniería. Después de la Segunda Guerra Mundial, el procesamiento de la minería y los diseños de reactores fueron comprados por compañías de energía centradas en el petróleo y el carbón. En un momento se pensó que la energía nuclear sería tan barata que no habría necesidad de medir los servicios residenciales. La construcción de plantas de reactores fue notoriamente lenta y costosa, y se hizo poco o ningún esfuerzo de relaciones públicas para ayudar a las personas a comprender y dar la bienvenida a la transición intelectual de los neutrones de Hiroshima a aluminio barato y trabajos bien remunerados. La innovación nuclear fue impulsada por los temores de la posguerra de la Amenaza Roja y financiada con dólares de impuestos. Era más fácil obtener dólares de investigación para investigar plantas y combustibles que fueran compatibles con los submarinos y portaaviones. Ahora las centrales eléctricas son financiadas y elegidas por políticos, abogados y contadores. El último ingeniero con alguna influencia fue Hyman Rickover. Él está muerto ahora, y vivimos en una era que teme a los hombres en general, y a los hombres innovadores y poderosos específicamente. Probablemente nunca podremos descubrir si podrían ser económicamente viables junto con los reactores de torio y una gran cantidad de otras innovaciones que no tienen interés económico ni interés social en el desarrollo. La gente parece estar feliz de cumplir sus sueños ecológicos con molinos de viento y automóviles híbridos, hay espacio para una verdadera innovación.

Answer 4

Si lees la caricatura “Dilbert”, el título oficial de su jefe de TI es “Preventor de recursos de información”. Cuando la Comisión de Regulación Nuclear asumió el control de la Comisión de Energía Atómica de los Estados Unidos, el NRC se convirtió literalmente en el Preventor del Desarrollo y la Construcción Nuclear. Trágico, ya que el resultado neto es que los reactores más antiguos se están apagando y no se reemplazan, o sus licencias se extienden más allá de su final de vida planificado original. Solo un ejemplo de cómo funciona el NRC (podría seguir con las páginas): si cierra una planta nuclear en los Estados Unidos, se le exige al propietario que borre por completo cualquier rastro de ella y remedie el sitio a un “campo verde” ” estado. No importa que el sitio fue aprobado originalmente para un reactor nuclear, toda la infraestructura de seguridad y eléctrica está en su lugar, y el sitio ya está “contaminado”, todo lo cual lo hace ideal para un nuevo reactor más seguro en el mismo sitio. Como decimos a menudo en los Estados Unidos, “Eso nunca sucederá, tiene demasiado sentido”. : – /

Otra razón es que la producción y venta de las barras de combustible revestidas horriblemente caras que utilizan los actuales reactores de agua a presión (PWR) es un importante generador de ganancias para la industria nuclear. Los reactores homogéneos no requieren ningún tipo de conjunto de combustible. No hay conspiración; solo economía simple. Si está fabricando y vendiendo (por ejemplo) baterías de automóvil que duran un promedio de cinco años y requieren reemplazo, y se presenta una tecnología para baterías que durarán la vida útil del vehículo, ¿por qué se cortaría la garganta gastando dinero en el desarrollo? y comercializarlo?

Ahora, si estuvieras usando todos los trucos sucios en el libro para mantener esta tecnología fuera del mercado, incluyendo burlar a tus políticos favoritos de cualquiera que intente ponerlo en marcha, estaría mal.

Otra razón más es que cuando Oak Ridge National Labs construyó y operó un Reactor de sal fundida (MSR) entre 1965 y 1969, se pensó que las altas temperaturas generadas no eran compatibles con la tecnología existente de turbinas de vapor. Lo cual es extraño, ya que la tecnología MSR estaba relacionada con los esfuerzos para desarrollar aviones de propulsión nuclear en la década de 1950; En general, General Electric consiguió que funcionaran los turborreactores de combustión externa que formaban parte del proyecto. Por lo tanto, un MSR podría haber utilizado versiones de turboeje de estos motores para encender los generadores, luego el escape de los motores podría haberse dirigido a generadores de vapor. Hoy, con la tecnología Organic Rankine Cycle, también se podría utilizar una tercera etapa de recuperación de energía.

Answer 5

1. Usted renuncia a un bono de fisión rápida. Algunos neutrones de fisión tienen suficiente energía para fisión U-238 y lo hacen. Esto puede ser aproximadamente el 10% de las fisión de un LWR. Los neutrones que no causan fisión rápida sobreviven para escapar de la barra de combustible y moderarse.
2. A energías intermedias, hay algunos picos de resonancia donde los neutrones tienen secciones transversales muy altas para la absorción de U-238. En un reactor homogéneo, dicho neutrón siempre tendrá algo de U-238 cerca. En un reactor de barra de combustible, un neutrón típico en el moderador no está cerca de ningún U-238 y tiene una mejor probabilidad de ser moderado a una energía más baja. Dicho de otra manera, cuando un neutrón de pico de resonancia golpea una barra de combustible, es muy probable que se absorba cerca del exterior del cilindro de uranio, y el uranio en el interior está protegido de los neutrones de esas energías.

Answer 6

El combustible líquido en un reactor nuclear es altamente deseable, pero el agua no es el líquido preferido. Las sales fundidas, particularmente de fluoruros y litio tienen características operativas mucho mejores. Pueden funcionar a una temperatura mucho más alta y a una presión mucho más baja que el agua.

En cuanto a por qué, bueno, eso es política. En los Estados Unidos, no hemos seleccionado a nuestros líderes por su comprensión técnica y científica. El ejemplo clásico es Richard Nixon cerrando el exitoso MSRE en Oak Ridge porque necesitaba recompensar a sus amigos en California. Está en la cinta.

Answer 7

Uno de los problemas que a menudo se pasan por alto con los AHNR es que hay problemas considerables de corrosión que no se han abordado adecuadamente.