¿Podemos construir reactores nucleares en miniatura?

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¿Es posible construir reactores nucleares en miniatura?

Existen límites prácticos para cuán pequeños pueden ser los reactores nucleares de fisión. Para producir energía por fisión y hacer que los reactores arranquen espontáneamente sin la ayuda de una fuente de neutrones artificial o un acelerador de partículas (que tienden a ser caros y de tamaño bastante grande) es necesario proporcionar al menos una masa crítica de combustible fisionable (U233, U235 o Pu239), que es de aproximadamente 8 kg de material. Más allá de la limitación de masa crítica, existen problemas innegables (en su mayoría relacionados con el blindaje) para construir reactores de fisión en miniatura realmente pequeños.

Entonces, ¿cuál es el reactor de fisión más pequeño posible?
Es posible hacer algunos reactores de fisión heterogéneos verdaderamente pequeños con combustibles de fisión exóticos. El reactor de torio de fluoruro líquido verdadero más pequeño tendría un núcleo de combustible líquido de aproximadamente un metro de diámetro y una potencia de alrededor de 1 MWt, pero al usar isótopos de americio como combustible de fisión, es posible construir reactores homogéneos que funcionen con fluidos acuosos en tres órdenes de magnitud menor. Un investigador en Israel (Dr. Yigal Ronen) ha diseñado un reactor térmico heterogéneo [1] que pesa 4.95 kg y tiene un radio de 9.6 cm (<4 "radio) y tiene una potencia de unos pocos kilovatios. Este pequeño reactor israelí tiene una forma esférica y funciona con una solución de Am-242 (NO3) 3 en agua Cuando un reactor de fisión es muy pequeño (esfera de radio <10 cm) requiere relativamente poco blindaje total de plomo para encerrar completamente el reactor con 11 "de plomo para proporcionar protección contra neutrones y radiación gamma penetrante para el operador del reactor. Los reactores de fisión realmente pequeños pueden ser más prácticos de considerar por ese motivo.

Los reactores de fusión son buenas perspectivas para el futuro del reactor en miniatura Los reactores de fusión tienden a descontarse hoy porque nadie ha tenido éxito en la producción de un reactor de fusión capaz de generar energía de fusión con ganancia de energía.

Fusion tiene muchas ventajas significativas para la generación directa de energía móvil:

1) La fusión no requiere un requerimiento de masa crítica, todo lo que requiere una reacción de fusión es que se cumplan las condiciones adecuadas (temperatura, densidad plasmática y tiempo de confinamiento) para apoyar la fusión. Como resultado, se pueden construir plantas de energía de fusión muy pequeñas.
2) Los combustibles de fusión están ampliamente disponibles en el espacio. El hidrógeno (y el deuterio) es el elemento más abundante en el universo, completamente 10 ^ 10 veces más abundante que cualquier combinación de combustibles de fisión.

3) Cuando la fusión no funciona, tiende a encenderse, y los accidentes graves y la fusión no tienden a ocurrir
4) Los neutrones rápidos son algo más fáciles de proteger y más rentables. Una combinación de material High-Z como el bismuto cargado como un polvo en plástico polivinílico HPDE Borated ligero y económico es eficaz para detener los neutrones y es más liviano que el plomo requerido para el blindaje gamma. El HPDE se puede moldear fácilmente en cualquier forma que se desee formando blindaje sin espacios, lo que proporciona una excelente seguridad para el operador.

Mientras que los experimentos de fusión pura hasta ahora no han producido ninguna energía neta, la fusión de fisión impura funciona de manera confiable produciendo energía de fusión bajo demanda [3]. Los ensamblajes modernos de fusión de fisión pequeña que usan Fusion-> Fission-> Fusion han sido diseñados para usar tan solo 0.25 gramos de fisible y menos de 0.75 gramos de fluido criodeuterio-tritio para producir explosiones de fusión de 100 GJ (la energía aproximada producido al quemar 779 galones de gasolina).

Las plantas de energía híbridas en miniatura de Fisión-Fusión podrían usar explosiones periódicas de energía de fusión para producir electricidad a través de la conversión de energía magnetohidrodinámica (sin partes móviles, cerca del 100% de eficiencia de conversión de energía del ciclo de Carnot) [2].

[1] – Y. Ronen “El reactor nuclear térmico más pequeño”
Ciencia e ingeniería nuclear 153, 90-92 (2006)
https://www.researchgate.net/pro…
[2] – Winterberg, F. “Una tercera vía hacia la liberación controlada de energía nuclear por fisión y fusión” – http://www.znaturforsch.com/aa/v…
[3] – Prueba nuclear Ivy-Mike de 1952 – http://www.dtic.mil/dtic/tr/full…