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    Reactor nuclear (archivo)

    Científicos rusos proponen usar un nuevo material en reactores nucleares

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    Los científicos de la Universidad Nacional de Investigaciones Nucleares (MEPhI) de Rusia han estudiado la posibilidad de usar el molibdeno isotópicamente modificado en vez de aleaciones a base de zirconio, de las que se fabrican barras de combustible nuclear y han probado que de ese modo se puede aumentar la seguridad de reactores nucleares.

    Los resultados de la investigación se han publicado en la revista Chemical Engineering Research and Design.

    El combustible nuclear se distingue de otros tipos de combustible utilizados por la humanidad por ser extremadamente peligroso y de uso muy complicado. Se usa en reactores nucleares en forma de pastillas de dióxido de uranio (UO2) cuyas dimensiones son de varios centímetros y que se ponen dentro de las barras de combustible nuclear herméticamente cerradas.

    Se aplican las exigencias especiales a las cubiertas de las barras de combustible, que deben tener una alta resistencia térmica, a la corrosión y la erosión, así como que no deben ejercer influencia en la absorción de electrones en el reactor.

    Hoy, la aleación a base de zirconio es el material principal que se usa para fabricar la cubierta de las barras de combustible en la mayoría de las centrales nucleares de Rusia. Esto se debe a su alta resistencia a la corrosión en el agua y una baja sección de absorción de neutrones térmicos (se trata de la propiedad del material que caracteriza la probabilidad de la interacción de una partícula elemental (neutrón) con el núcleo atómico). Cuanto más baja es la sección de absorción tanto más baja es la probabilidad de la influencia de los neutrones en las propiedades del material de la barra de combustible.

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    Mientras, resultó que las aleaciones de zirconio tienen muchas deficiencias. En particular, tales aleaciones entran en reacción con el agua y generan calor, produciendo hidrógeno y acelerando la degradación de la cubierta de barras de combustible. Esto se debe a la reacción del zirconio en contacto con vapor, a temperatura superior a 700°C, lo que es muy peligroso en el caso de accidentes en centrales nucleares con el sistema de enfriamiento por agua. Esto fue anunciado como la causa principal de la explosión en la central nuclear japonesa de Fukushima 1.

    Así las cosas, los científicos buscan desde hace mucho la posibilidad de sustituir las aleaciones de zirconio con molibdeno con alto punto de fusión. Como el zirconio, el molibdeno es altamente resistente a la corrosión y tiene una conductividad térmica más alta que el zirconio.

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    Mientras, el uso del molibdeno no es tan fácil. En particular, esto conlleva la necesidad de aumentar el grado de enriquecimiento del uranio, lo que incrementa demasiado el coste de este proceso.

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    © Foto : From the archive of National Research Nuclear University MEPhI
    Se podría resolver este problema al cambiar la composición natural de isótopos de molibdeno en una cascada de centrifugadoras de gas, es decir, al dejar sólo un isótopo más pesado (Мо-100) cuya sección de absorción de neutrones casi coincide con la sección de absorción del zirconio y eliminar otros siete isótopos.

    Con el uso de la tecnología centrífuga de separación de isótopos se puede también modificar la mezcla de isótopos de molibdeno de tal modo que su sección de absorción, en general, sea similar o aún menos que la del zirconio.

    "La investigación realizada permitió obtener toda la información necesaria para diseñar una máquina de separación para fabricar a gran escala el molibdeno isotópicamente modificado en base a la tecnología existente de separación de isótopos de metales, excepto uranio, en centrifugadoras de gas", destaca el profesor del Departamento de Física Molecular de la MEPhI, Valentín Borisévich.

    Los científicos compararon la eficacia de varias tecnologías de separación de isótopos de molibdeno en una cascada de centrifugadoras de gas, con varias exigencias respecto a la sección de absorción de neutrones en el producto listo. La investigación se llevó a cabo con apoyo de la Fundación de Investigaciones Fundamentales de Rusia en el marco de la cooperación de la MEPhI con la Facultad de Ingeniería Física de la Universidad de Tsinghua (Pekín, China).

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    Los resultados pusieron de relieve que la tecnología de separación más eficaz puede realizarse con el uso de centrifugadoras de gas de sección rectangular de una o doble etapa. Esto depende de los parámetros necesarios de la sección de absorción de neutrones en el molibdeno isotópicamente modificado que se obtiene.

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    Etiquetas:
    combustible, reactor nuclear, química, Rusia
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