The History and Development of Fast Breeder Reactor Technology Worldwide

Reino Unido: Dounreay

El Reino Unido estableció su programa de reactores rápidos en Dounreay, un sitio remoto en la costa norte de Escocia. El reactor rápido Dounreay (DFR) fue un reactor experimental de 60 MW que comenzó a funcionar en 1959. DFR utilizó un refrigerante líquido-metálido único, una mezcla etopáctica de sodio y potasio (NaK) y operado a altas temperaturas.

El Reino Unido construyó el reactor rápido prototipo (PFR) en Dounreay, que comenzó a funcionar en 1974 con una salida térmica de 600 MW (aproximadamente 250 MWe). PFR fue un diseño más ambicioso, con el objetivo de demostrar la viabilidad comercial de reactores de cría rápida. Se utilizó refrigerante sodio y combustible mixto.

Japón: Monju y Joyo

El reactor rápido de Japón se centró en dos instalaciones. El reactor rápido experimental de Joyo, con una salida térmica de 100 MW, comenzó a funcionar en 1977 en el Centro de Investigación y Desarrollo Oarai. Joyo fue un reactor de tipo bucle refrigerado por sodio diseñado para la prueba de radiación de combustibles y materiales. Funcionaba con éxito durante muchos años, logrando un alto nivel de quemador en combustibles de prueba y contribuyendo a la base de conocimiento del reactor rápido de Japón.

El prototipo de Japón a escala comercial fue Monju, un reactor rápido refrigerado por sodio de 280 MWe ubicado en Tsuruga. Monju logró la primera crítica en abril de 1994, pero sólo ocho meses después, en diciembre de 1995, una grave fuga de sodio ocurrió en el sistema de transporte de calor secundario. La fuga causó un incendio cuando el sodio reaccionó con la humedad en el aire, y el incidente recibió una amplia cobertura de los medios.

Otros programas nacionales: Alemania, India y Más Allá

Alemania siguió la tecnología de cría rápida a través del proyecto SNR-300, un reactor rápido de 300 MWe de refrigeración por sodio construido en Kalkar, cerca de la frontera holandesa. La construcción de SNR-300 comenzó en 1972, pero el proyecto fue plagado por la oposición política, los retrasos regulatorios y los sobrecostos de costos.El reactor se completó en 1985 pero nunca se convirtió.

La India, por el contrario, ha seguido con una determinación constante de los reactores de energía de la India, que se han convertido en un reactor de agua pesada y un reactor de energía de alta velocidad de la India, y que ha iniciado un programa de energía de RMF de RMF de 1985.

Desafíos técnicos y obstáculos operativos

A pesar de los éxitos técnicos de los reactores como BN-600 y Phénix, los FBR han enfrentado un conjunto de desafíos persistentes que han impedido su adopción comercial generalizada. Entendir estos desafíos es esencial para evaluar las perspectivas futuras de la tecnología.

Sodium Coolant: Beneficios y desventajas

Sopa de seguridad de los sistemas de protección de los hidrogenos, que requieren un mantenimiento de alta conductividad térmica, un punto de ebullición alto (883°C) y un punto de descomposición bajo (98°C), que permite la operación a presión atmosférica. Sin embargo, el sodio presenta graves desafíos operacionales.

Rendimiento del combustible bajo la instrucción rápida de Neutron

El combustible rápido debe soportar un entorno excepcionalmente duro. Neutrones rápidos, con sus energías superiores, causan más daño al desplazamiento de la celosía de los neutrones térmicos, lo que conduce a la hinchazón, la embritalación y la formación de burbujas de gas de fisión en alta quemadura. Los combustibles de óxido temprano experimentaron una inflamación significativa y requerían un diseño cuidadoso de la geometría de los alfiles de combustibles para adaptarse a los cambios dimensionales.

Costos de capital elevados y viabilidad económica

La barrera más importante para el despliegue de FBR ha sido la economía. Los reactores rápidos son más complejos que los reactores de agua ligera de potencia equivalente: requieren un sistema de sodio primario, bucle de sodio intermedio, generadores de vapor especializados, un sistema de manejo de combustible diseñado para entornos sodiosos, y una infraestructura de reprocesamiento y fabricación de combustible completo para realizar los beneficios de un ciclo de combustible cerrado.

Riesgos de proliferación y seguridad internacional

Los reactores de cría rápida están asociados con los riesgos de proliferación nuclear porque producen plutonio en sus mantas, y el reprocesamiento necesario para separar el plutonio para el nuevo combustible crea una vía para el material utilizable para armas. Los países que operan FBR y las instalaciones de reprocesamiento deben implementar medidas de seguridad internacionales sólidas y de transparencia.

Novedades recientes y reactivación de intereses

Tras dos decenios de declive en los años noventa y principios de los años 2000, el interés en la tecnología de reactores rápidos ha revivido en los años 2010 y 2020, impulsado por varios factores convergentes: la necesidad de gestionar las crecientes existencias de combustible nuclear gastado, el deseo de reducir la radiotoxicidad a largo plazo de los desechos nucleares, el potencial para ampliar los recursos de uranio y el objetivo estratégico de la independencia energética.

Liderazgo de Rusia: BN-800 y más allá

Rusia ha surgido como líder mundial en capacidad de reactores rápidos operativos. El reactor BN-800 de Beloyarsk ha estado operando a toda potencia desde 2016 y ha demostrado el uso de combustible MOX fabricado a partir de plutonio reciclado. Rusia está diseñando el reactor BN-1200, un gran reactor comercial rápido que podría ser implementado en una escala significativa interna y potencialmente exportado a países como China y la India.

Programa de Reactor rápido ambicioso de China

China ha hecho que el desarrollo rápido de reactores sea una prioridad como parte de su estrategia para convertirse en un líder mundial de tecnología nuclear. El reactor experimental de China Fast Reactor (CEFR), un reactor rápido refrigerado por sodio de 65 MW, comenzó a funcionar en 2010 cerca de Beijing. El CEFR es un centro de pruebas para el combustible de reactores rápidos chinos, materiales y tecnología de sodio.

India y el programa de tres etapas

El programa de reactores rápidos de India, como se ha señalado, es integral a su programa de energía nuclear de tres etapas. El reactor de prototipo rápido de uranio (PFBR) en Kalpakkam, con una producción eléctrica de 500 MWe, se espera alcanzar la crítica en breve. India también planea construir reactores rápidos adicionales, incluyendo el FBR-600, un diseño de 600 MWerium estandarizado.

Proyectos en Otros Países

El sistema de investigación de reactores rápidos de alta velocidad de la región de Corea, que incluye el sistema de gestión de reactores rápidos de alta velocidad de la región, y que se desarrolla en el sistema de investigación de alta velocidad de la región, y que se mantiene en el sistema de control de energía de la región.

Variantes técnicas y conceptos avanzados

Mientras que los reactores rápidos refrigerados por sodio han dominado el desarrollo de FBR históricamente, se están investigando activamente varias tecnologías de refrigeración alternativas y conceptos de diseño.

Líder y Líder-Bismuth Reactores rápidos refrigerados (LFRs)

El plomo-manejo de la energía de la energía de la energía de la energía de la energía de la energía de la energía de la energía de la energía de la energía de la energía de la energía de la energía de la energía de la energía de la energía de la energía de la energía, la energía de la energía de la energía de la energía de la energía de la energía de la energía de la energía de la energía de la energía eléctrica.

Reactores rápidos refrigerados por gas (GFR)

Los reactores rápidos refrigerados por gas utilizan helio o dióxido de carbono como refrigerante. El enfriamiento por gas evita la reactividad química y los problemas de corrosión de metales líquidos, pero los gases tienen una capacidad de calor mucho menor y conductividad térmica que los líquidos, que requieren mayores caudales y más potentes circuladores. La baja capacidad de calor también significa que una pérdida de presión podría conducir a una rápida calefacción si el refrigerante se pierde.

Reactores rápidos de sal fundida (MSFR)

MSF, el sistema de reciclaje de la sal, es un factor de seguridad, pero es un factor de resistencia a la contaminación. El sistema de repostaje de la energía es un sistema de repostaje de la energía, y el sistema de la energía, que se utiliza en el sistema de la energía, y que se utiliza en el sistema de la energía, y que se utiliza en el sistema de la energía, y que se mantiene en el sistema de control.

Reactores rápidos modulares pequeños (SMFRs)

Los últimos años han visto un creciente interés en los diseños de reactores rápidos más pequeños, típicamente en la gama de 50-300 MWe, que podrían ser fabricados y desplegados con costos de capital más bajos que los grandes FBR. La racionalidad para pequeños reactores rápidos modulares incluye menor riesgo financiero, flexibilidad de fijación y capacidad de equiparación a la infraestructura de red.

Futuros aspectos y el papel de los reactores de rápido pecho en un sistema de energía sostenible

Mirando hacia adelante, el futuro de la tecnología de reactores de cría rápida depende de una compleja interacción del progreso técnico, los factores económicos, las decisiones de política y la aceptación pública. Una evaluación realista debe reconocer tanto los beneficios potenciales como los obstáculos considerables que quedan.

En el lado positivo, los FBR ofrecen una solución convincente a dos de los desafíos más persistentes que enfrenta la energía nuclear: sostenibilidad de la oferta de combustible y gestión de desechos radiactivos. Al convertir uranio empobrecido en combustible utilizable, los FBR podrían extender los recursos de uranio del mundo de unos pocos cientos de años a muchos miles de años, haciendo que la energía nuclear sea un recurso renovable en una escala humana.

En el lado negativo, el obstáculo económico sigue siendo desalentador. Ningún reactor rápido ha demostrado costos competitivos de generación de electricidad contra reactores de agua ligera, gas natural o fuentes de energía renovables. Los costos de capital de los FBR son inherentemente mayores debido a la complejidad del sistema de refrigeración de sodio, la necesidad de una planta de reprocesamiento y las instalaciones avanzadas de fabricación de combustible necesarias para un ciclo de combustible cerrado.

Otra incertidumbre es el plazo para desarrollar combustibles y materiales avanzados que puedan alcanzar los intervalos de carga elevados, largos y altas temperaturas operativas necesarias para la competitividad económica. La tecnología actual de combustible FBR, mientras que funcional, todavía enfrenta limitaciones en términos de límites de quemadura, durabilidad de cierre y coste de fabricación de combustible. Programas de investigación en Rusia, China, Estados Unidos y Europa están trabajando en estos temas, pero el despliegue comercial de combustibles avanzados es más probable que una década.

Por último, no se puede conceder la aceptación pública de reactores rápidos y la infraestructura asociada del ciclo de combustible: plantas de procesamiento, instalaciones de manejo de plutonio y reactores de múltiples unidades. Los accidentes en Chernobyl y Fukushima han creado un profundo depósito de escepticismo público hacia la tecnología nuclear, y reactores rápidos, con sus incendios de sodio y ciclos de combustible esencial de plutonio, a menudo se perciben como más riesgos que los reactores de comunicación robustos.

En conclusión, la tecnología de reactores de cría rápida ha recorrido un largo y agitado camino desde las primeras manifestaciones de Clementine y EBR-I. Ha logrado notables hitos técnicos, desde las décadas de operación de Phénix a la confiabilidad del reactor BN-600 a la promesa fallida de Monju. También ha proporcionado lecciones de sobrio sobre los costos y complejidades de los sistemas nucleares avanzados.