El estrés térmico al que están sometidos los componentes de los reactores de las centrales nucleares mediante fisión que utilizamos actualmente es altísimo. Los reactores de agua ligera trabajan en el rango que va desde los 290 a los 325 ºC, pero los diseños de cuarta generación en los que están trabajando los ingenieros plantean nuevos desafíos. Y uno de ellos es la temperatura.
Algunos de los diseños más prometedores son los reactores de muy alta temperatura (VHTR) refrigerados por helio. También son muy interesantes los reactores rápidos refrigerados por gas (GFR), los reactores rápidos refrigerados por sodio (SFR), los reactores supercríticos refrigerados por agua (SCWR), los reactores rápidos refrigerados por aleación de plomo (LFR) y los reactores de sales fundidas (MSR). Todos estos diseños tienen algo importante en común: su temperatura de operación puede superar con holgura los 600 ºC.
La temperatura de operación de los reactores nucleares de alta temperatura puede superar con holgura los 600 ºC
Manejar con absoluta seguridad una temperatura tan alta no es sencillo porque requiere utilizar en la fabricación de los elementos críticos del reactor, como la vasija o el intercambiador de calor, elementos químicos y aleaciones que sean capaces de soportar un estrés térmico muy alto sin que su estructura se vea degradada y su volumen resulte alterado. Esta es la razón por la que actualmente el estándar BPVC (Código de calderas y vasijas de presión), que es el que recoge los requisitos que deben cumplir los materiales utilizados en la fabricación de los reactores nucleares de alta temperatura, es extraordinariamente riguroso.
Hasta hace muy poco tiempo únicamente cinco materiales habían conseguido superar los requisitos impuestos por el estándar BPVC para los reactores nucleares de alta temperatura, mientras que en la fabricación de un reactor de agua ligera es posible emplear hasta 100 materiales diferentes. La escasez de elementos disponibles para la fabricación de los primeros parecía condenar a las centrales nucleares de cuarta generación a un futuro incierto, pero recientemente una nueva aleación ha sido incluida en la selecta lista del estándar BPVC, y nos permite contemplar el futuro de estos reactores de fisión nuclear con optimismo.
Las barras de combustible y el agua que debe permanecer en contacto con ellas para absorber su energía térmica están alojadas en el interior de un depósito conocido como vasija.
La respuesta la tiene la aleación 617
Para que un nuevo material pueda ser utilizado en la fabricación de los elementos críticos de un reactor nuclear de alta temperatura es imprescindible que supere previamente unas pruebas de tensión y temperatura muy rigurosas. De hecho, durante los últimos 30 años no se ha añadido ningún nuevo material a la lista del estándar BPVC. Pero la aleación 617 lo ha conseguido.
Recientemente y después de 12 años de pruebas en el INL estadounidense (Laboratorio Nacional de Idaho), este material ha superado la validación impuesta por ASME (Asociación Americana de Ingenieros Mecánicos) y ha pasado a formar parte de la selecta lista de la norma BPVC. La aleación 617 está constituida por cromo, cobalto, níquel y molibdeno, de manera que cada uno de estos elementos químicos está presente en una proporción minuciosamente delimitada.
Lo que la hace tan atractiva es que sus peculiares propiedades estructurales y fisicoquímicas, y su resistencia a la oxidación, le pemitirán soportar el estrés térmico de los reactores nucleares de alta temperatura con la solvencia que requieren. De hecho, según el INL los cinco materiales que hasta hace poco podían ser utilizados en la fabricación de estos reactores no se podían emplear a temperaturas superiores a los 750 ºC, mientras que la aleación 617 puede trabajar a temperaturas de hasta 950 ºC.
Que los ingenieros que están involucrados en el diseño de las centrales nucleares de cuarta generación tengan a su disposición un material tan prometedor nos invita a contemplar el futuro de la energía nuclear con optimismo. Aún es necesario resolver dos de los grandes retos que plantea esta tecnología de generación de energía: el alto coste que conlleva la puesta en marcha de las centrales y la gestión de los residuos. Pero este es otro debate, y, precisamente, algunos de los diseños de las centrales nucleares de cuarta generación en los que los ingenieros están trabajando proponen soluciones a estos desafíos.
Imagen de portada | Foro Nuclear
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