PERFILES
10
necesidad de importantes blindajes de plomo o
concreto. Esto es debido a las emisiones gamma
de alta energía de sus productos de decaimiento
212
Bi (1.8 MeV) y
208
Tl (2.6 MeV) que lo hacen
muy fácilmente detectable.
4. ¿POR QUÉ UN COMBUSTIBLE
LÍQUIDO?
La idea de un reactor de combustible líquido fue
dada por el Premio Nobel Dr. Eugene Wigner [7].
Este concepto fue luego desarrollado por el Oak
Ridge National Laboratory (ORNL), EEUU, en
el Molten-Salt Reactor Program (MSRP) duran-
te 1957-1976 [8] bajo el liderazgo de su sucesor
Dr. Alvin Weinberg. En el transcurso de este pro-
grama un Reactor de Sal Fundida (MSR) operó
en el ORNL durante cuatro años, desde 1964
hasta 1969. La operación fue exitosa, sin ningún
accidente o incidente y los desarrollos fueron
documentados en detalle. Esta extensa en inva-
lorable literatura está libremente accesible en el
sitio Web establecido por Kirk Sorensen en 2010
[9]. La operación de un reactor de potencia con
combustible líquido, en contraposición con la
práctica bien establecida asociada a los elementos
de combustible sólido, tiene un gran número de
ventajas. Parte de éstas se debe al medio líquido
que se desarrolló durante el MSRP: una mezcla
eutéctica de uoruro de litio y de berilio llamada
FLIBE, con torio fértil y uranio o plutonio si-
les disueltos en la sal fundida de uoruros (LiF-
BeF
2
-ThF
4
-
233
UF
4
; 73,78 – 16 – 10 – 0,22 mol
%). Este uido tiene una triple función: 1.- como
elemento líquido de combustible, 2.- como me-
dio de transferencia del calor, 3.- como medio de
procesamiento de combustible.
4.2 Elemento liquido de combustible.
En un reactor de sal fundida los isótopos físiles,
los fértiles y los productos de la operación del
reactor, tanto productos de sión como elemen-
tos pesados producidos por reacciones de cap-
tura neutrónica, residen como elementos iónicos
disueltos en la sal fundida. El líquido es forzado
a circular de modo que solo cuando entra en la
cámara de reacción, con moderador de grato,
se dan las condiciones para que se alcance la cri-
ticalidad en la reacción nuclear. El combustible
genera calor debido a la sión y el líquido caliente
sale de la cámara de reacción y la criticalidad de
esa fracción del combustible cesa mientras circu-
la hacia el intercambiador de calor y hacia otros
dispositivos, para eventualmente retornar a dicha
cámara. Los elementos de combustible sólido su-
fren daños debido a la radiación en los reactores
convencionales, este daño determina la corta vida
útil de dichos elementos, de tal modo que con-
sideraciones de seguridad determinan de manera
obligatoria el cambio de estos elementos
cuando apenas entre de 5% a 10% de su energía útil ha sido aprovecha-
da. En contraposición, un combustible fundido líquido no puede sufrir
daños estructurales, esta propiedad determina que no hay necesidad de
reemplazar los elementos de combustible durante la vida del reactor. La
química del combustible líquido puede ser monitoreada y ajustada en
línea mediante la simple adición de componentes en una sección externa
fuera del contenedor del reactor. Así, es sencillo adicionar más sal fundi-
da con
233
U,
235
U o
239
Pu físiles para mantener una composición óptima
del combustible a medida que estos isótopos se consumen. Del mismo
modo se pueden extraer los componentes perjudiciales como los gases
radiactivos
133
Xe (5.2 d t
1/2
) y
135
Xe (9.1 h t
1/2
). Estos gases actúan como
“venenos” para los neutrones debido a su elevada sección ecaz de cap-
tura de neutrones térmicos, ejemplo: 2.6 × 106 barns para el
135
Xe [10].
La eliminación de estos gases se realiza mediante la inyección de helio
como gas portador y luego son capturados en carbón activado y alma-
cenados hasta que decaigan para su disposición nal. Gracias a la remo-
ción de gases, la potencia del reactor puede ser reducida o incrementada
en función de la demanda energética, si limitaciones que imponen el
incremento del Xe en los reactores convencionales. En los reactores
de sal fundida el contenedor del reactor puede operar a bajas presio-
nes, de hecho se requiere solo la presión necesaria para hacer circular el
combustible. La presión contemplada en un MSR es de unos 0.5 MPa
(4.93 atm o 72,5 PSI) lo que contrasta notablemente con los 15 MPa
(148 atm o 2180 PSI) que son necesarios en los PWR. Adicionalmente
como no hay que cambiar elementos combustibles no es necesario que
el núcleo tenga una brida de alta presión removible lo cual constituye
una gran ventaja en cuanto a riesgos y a costos. La posibilidad de una
falla catastróca del contenedor del reactor desaparece por completo en
los reactores de combustible líquido. Un reactor de sal fundida, al igual
que un reactor de refrigeración mediante metal líquido, puede operar a
altas temperaturas, de hecho varios centenares de grados por encima de
cualquier reactor refrigerado por agua. Esto implica una eciencia tér-
mica signicativamente superior para la producción de energía eléctrica,
y la posibilidad de producir hidrógeno que es relevante para el estable-
cimiento de una economía motorizada por esta tecnología, lo cual está
siendo considerado con gran interés [11].
4.3 Como medio de transferencia de calor.
Son muy importantes las propiedades físicas y térmicas del FLIBE
como base de los combustibles de sal fundida, este medio es un solvente
con excelentes características de uido refrigerante. (1) En primer lugar
es un medio a baja presión, (2) tiene una gran capacidad calórica debido
a que sus constituyentes fundamentales son iones de masa muy baja, (3)
tiene baja viscosidad y (4) tiene un número de Prandtl apropiado de 10
a 20 en la sal combustible.
Entre distintos sistemas de sal fundida, el parámetro de transferencia
de calor por unidad de potencia de bombeo alcanza su valor máximo
justamente para el FLIBE, que además es un líquido de una sola fase
(punto de fusión 480-530ºC, punto de ebullición 1400°C) lo que lo hace
ideal como uido primario de transferencia calórica desde el contenedor
del núcleo del reactor
4.4 Como medio de procesamiento de combustible.
En el sistema THORIMS-NES el medio de procesamiento es el mismo
FLIBE, y éste se realiza con métodos a altas temperaturas llamados ge-
neralmente Procesamiento seco o Piroprocesamiento y constituyen una
alternativa a otros métodos hidro- metalúrgicos usados para reprocesar
combustibles gastados. Entre sus ventajas están; (1) no utiliza solventes