ndice1. Energa nuclear. Comparacin con otras alternativas.2.
Flibe Energy liquid fluoride thorium reactor (LFTR)2.1 Historia
breve.
2.2 Tipo de reactor.
2.3 Componentes y Funcionamiento.
2.4 Ventajas.
2.5 Seguridad1. La energa nuclear y ventajas frente a otros
tipos de energa.Las reacciones nucleares liberan un tipo de energa,
denominada energa nuclear. Es una energa que se utiliza para
mltiples fines. La fisin y la fusin son las dos formas que existen
de obtener energa nuclear.
Una ventaja que posee la energa nuclear es la cantidad de
combustible que se necesita para producir la misma energa. La
nuclear con una cantidad de combustible pequea nos proporciona una
gran cantidad de energa. Segn elForo Nuclear Espaol, 32,3 kilos de
uranio tienen laequivalencia de 100.000 toneladas de carbn. A
priori, esto es una gran ventaja puesto que se ahorra dinero en
transportes, extraccin y manipulacin del combustible nuclear. Se
estima que el 20% coste de la energa generada es el coste del
combustible nuclear.
La ventaja que extraa a mucha gente es que los vertidos que
tienen las centrales nucleares al exterior son mnimos. Se expulsan
de forma lquida a travs del canal de descarga y en forma gaseosa de
la chimenea de la central. Por su bajo poder contaminante, frenan
la acumulacin de residuos txicos en el ambiente.
Quizs la gran ventaja sea que la produccin de energa elctrica en
las centrales nucleares es continua y no depende de factores
naturales. Generan energa durante aproximadamente un 90% del ao (
puesto que los ciclos de parada varan entre 12 y 24 meses). 2.
Flibe Energy Liquid Fluoride Thorium Reactor (LFTR)2.1 Precedentes
del LFTR.
A partir de la dcada de los cuarenta y coincidiendo con la
investigacin de la energa nuclear por medio de uranio o la
transmutacin de uranio en plutonio, comenz tambin a explorarse el
bombardeo del torio para obtener uranio-233. Las investigaciones
fueron muy fructferas debido a las ventajas que aportaba el empleo
del torio como combustible.Lleg a darse la existencia de dos
reactores experimentales, pero debido a la seguridad que ofreca
respecto al armamento nuclear y la directa relacin del uranio con
ste y las pocas en las que se investigaba, el inters decreci
notoriamente, dirigindose prcticamente toda la investigacin a la
energa nuclear por medio de uranio, ya que permita el desarrollo
armamentstico nuclear, aun reconociendo que el potencial del empleo
del torio era mucho mayor. Hace unos aos volvi el inters sobre el
empleo del torio como combustible tanto por seguridad como por
rendimiento, aprovechamiento de recursos.
2.2 Tipo de reactor.
El reactor LFTR (Liquid Fluoride Thorium Reactor). Se trata de
un reactor bastante alejado de cualquier reactor tpico. En primer
lugar, emplea como combustible el torio, de fcil obtencin en la
naturaleza, que aunque no es fisible en su estado original se
convierte en fisible gracias al conocido ciclo del torio que se
explicar en puntos posteriores. Adems, el combustible es
introducido en el reactor en estado lquido a diferencia de otros
reactores que tienen la necesidad de construir elementos
combustibles slidos e introducirlos estratgicamente. El combustible
nuclear se introduce como disolucin de 232Th y 233U en sales de
fluoruro de litio y berilio (FLIBE) que operar en el reactor con
una triple funcin: combustible nuclear, refrigerante del ncleo y
moderador de neutrones. El ncleo de grafito en estado slido
completa la accin moderadora en el reactor. Por otro lado, no
emplea un nico circuito como los BWR, ni dos circuitos como los
PWR, el FLIBE LFTR emplea tres circuitos completamente
independientes y aislados unos de los otros.
Al margen de todas estas facetas constructivas diferenciales, el
LFTR es todo un avance en aspectos operativos al ser capaz de
alcanzar muy elevadas temperaturas operando a baja presin, esto se
debe en gran parte a los tipos de fluidos que utiliza en sus
diferentes circuitos o lazos. Si bien, cabe destacar que el LFTR es
un reactor trmico, como tal en referencia a este aspecto trabaja
bajo una tecnologa lo suficientemente contrastada.
2.3 Componentes y funcionamiento.El LFTR se compone
esencialmente de tres circuitos por los que circulan tres fluidos
portadores de calor de diferente naturaleza y que efectan la
transferencia de calor necesaria mediante dos intercambiadores de
calor: el primero da lugar a transferencia de calor entre el
circuito primario y el secundario, y el segundo intercambiador
entre el circuito secundario y el terciario.En primer lugar,
tenemos el reactor, de tipo LFTR, en cuyo interior se introduce una
carga inicial fisible e iremos aadiendo el torio en su estado
natural 232Th y que transmutar en un istopo fisible del uranio
(233U) y se obtendr artificialmente un istopo del uranio capaz de
fisionarse en el espectro trmico.El torio y el uranio-233 son
disueltos en sales de flor dando lugar a un combustible lquido de
sales fundidas, este lquido ser el fluido que ocupar una parte del
reactor as como las conducciones del circuito primario. A medida
que se liberan neutrones, parte de stos son capturados por el torio
convirtindose en 233U.Esta sal fundida incrementa poderosamente su
temperatura como fruto de las fisiones que se producen en el
reactor. A muy elevadas temperaturas (del orden de los 700C) las
sales fundidas son bombeadas a lo largo del circuito primario hasta
llegar al primer intercambiador de calor, donde actan como fluido
caliente cediendo su calor a otra sal fundida que en este caso no
contiene materia radiactiva. Los productos de fisin generados
pueden ser eliminados sin necesidad de disparar el reactor, o
incluso pueden permanecer dentro del fluido si no modifican la
neutrnica de la operacin. Los productos gaseosos como el 135Xe (muy
relevante en la reactividad del reactor) pueden ser eliminados
mediante el sistema de bombeo. Otros productos de fisin se pueden
eliminar por destilacin en vaco de las sales o por fluoracin
hidrogenacin.
Esta segunda sal fundida, es el fluido intermedio que transporta
el calor generado en el reactor. Obtiene dicho calor en el primer
intercambiador y lo cede en el segundo. Para realizar dicha funcin
esta sal fundida no radiactiva cuenta con un circuito independiente
y aislado, el circuito secundario.
Por ltimo, encontramos el circuito terciario que en este caso
portar Gas Helio, en su paso por el segundo intercambiador tomar el
calor cedido por la sal fundida no radiactiva y se dirigir a la
turbina de gas donde se expandir produciendo el movimiento de la
misma, y su consiguiente transformacin en energa elctrica por medio
de un generador. A la salida de la turbina, el gas helio todava
caliente se dirige a un recuperador de calor donde cede parte de su
calor con el fin de precalentar el mismo gas pero en el momento que
se dirige al intercambiador (de esta manera aumentamos el
rendimiento del proceso).Tras su paso por el recuperador el gas se
dirige a un pre-cooler seguido de una etapa de compresin, y de
nuevo a otro pre-cooler seguido de una segunda etapa de compresin.
De este modo hemos conseguido recuperar el calor que posea el gas a
la salida de la turbina, comprimir este mismo gas a una menor
temperatura, con la reduccin de costes que esto conlleva, y
finalmente el gas helio comprimido se precalentar antes de ir al
intercambiador pasando por el recuperador de calor donde l mismo
haba cedido su calor a la salida de la turbina. Al tratarse todos
ellos de circuitos cerrados el fluido contenido en cada uno es
siempre el mismo, simplemente va modificando su estado termodinmico
tras su paso por los intercambiadores de calor. Por razones de
mantenimiento o seguridad puede ser aconsejable, e incluso
necesario, sustituir alguno de dichos fluidos en un momento
dado.Circuito primarioCircuito secundarioCircuito terciario
Fluido portadoCombustible lquido de sales fundidas (ThF4-UF4
LiF-BeF2)Sales fundidas no radiactivas (LiF-BeF2)Gas Helio(He)
Intercambiadores implicadosPrimer intercambiadorPrimer y segundo
intercambiadorSegundo intercambiador(*)
La sal fundida FLIBE Li2BeF4 se produce a partir de la mezcla de
las sales LiF y BeF2, su punto de fusin es de 459C, su temperatura
de ebullicin 1430C y su poder calorfico 4540 kJ/m3. En la imagen a
continuacin se ve de manera ms clara el proceso.
El reactor del LFTR tiene forma cilndrica, se compone a su vez
de dos cilindros concntricos, dentro del de menor radio se
encuentra el ncleo de combustible lquido compuesto por el conocido
FLIBE y el istopo fisible 233U. Rodeando al ncleo hay una capa
entre ambos cilindros, donde se encuentra la sal frtil, es decir,
la sal de FLIBE y el torio frtil. De esta manera con el transcurso
de las reacciones de fisin se va generando 233U a partir del 232Th
(autoabastecimiento de combustible fisible a partir de frtil),
adems de calor que lo recoge la sal fundida del ncleo, esta se
desplaza por el primario hasta el primer intercambiador de calor
donde cede su calor.Las barras de control de este reactor se
encuentran en la parte superior del mismo y operan controlando la
reactividad gracias a la capacidad de captura neutrnica de su
composicin.
2.4 Ventajas del LFTR El empleo del torio como combustible
permite que nicamente sea necesario aadir torio (frtil) al reactor.
No necesitamos enriquecer combustible, siendo nicamente necesario
meter el torio y de manera autnoma por captura neutrnica, en lo que
se conoce como ciclo del torio, se convertir en uranio 233 fisible.
De esta manera conseguimos producir una mayor cantidad de
combustible fisible del que consumimos tendremos un reactor que se
autoabastece. Adems en el inicio de la operacin la introduccin de
material fisible para el inicio de las reacciones de fisin se hace
con menor cantidad de material fisible al tratarse de un reactor
trmico.
Abundancia del torio en la naturaleza.
Bajo coste econmico en pretratamiento ya que no es necesario
enriquecerlo para su uso, el enriquecimiento del combustible en
reactores con otra tecnologa conlleva un elevado porcentaje del
coste de acondicionamiento del combustible.
La recarga del combustible frtil se puede hacer sin necesidad de
parar el reactor, lo cual nos confiere una gran disponibilidad
operativa al poder operar ininterrumpidamente. Coste mucho ms bajo
respecto a otros reactores, ya que no requiere por ejemplo planta
de reprocesamiento o enriquecimiento del combustible, aparte de la
estructura de la central, mucho ms pequea, y por supuesto gran
ahorro en combustible, gracias a su abundancia y a su
aprovechamiento en el proceso. Se produce un 50% menos de residuos
respecto a los reactores actuales. Un 83% de los residuos se podrn
estabilizar en un perodo de 10 aos, y el resto estaran disponibles
para ser enterrados definitivamente en 300 aos. El tamao de los
reactores permitiran la construccin y desarrollo de centrales de 10
a 50 MW, lo que puede ser una gran ventaja respecto a la
localizacin o respecto a gastos, no es necesario invertir
grandsimas cantidades de dinero.2.6 SeguridadUno de los aspectos ms
importantes en todo tipo de reactores es el de la seguridad. Para
el caso de los reactores LFTR, es uno de los reactores ms seguros
que pueden implantarse, por lo cual se est favoreciendo el
desarrollo e implantacin de este tipo de reactores, tratando los
siguientes puntos: Seguridad inherente: Los LFTR disponen de un
elevado coeficiente de reactividad negativa al variar la
temperatura. Esto lleva a potencias menores cuando la temperatura
del ncleo es elevada y tender a mayores potencias cuando la
temperatura del ncleo sea baja.
Los reactores de torio favorecen el efecto Doppler, implicando
un aumento de las absorciones de neutrones a medida que este se
calienta, disminuyndose as el nmero de neutrones disponibles para
continuar la reaccin y la potencia.
Adems, otro efecto que favorece la reactividad negativa se
relaciona con la expansin trmica del combustible. Al calentarse el
ncleo, siendo el combustible lquido, se dilata considerablemente y
se desplaza fuera de la regin activa del ncleo. De esta manera se
reducen tambin las reacciones en cadena. La expansin del
combustible es una ventaja de los reactores con combustibles
lquidos frente a los reactores con combustibles slidos ya que estos
ltimos se encuentran confinados dentro de las vainas.
Es posible gracias a que el refrigerante y el combustible se
encuentran almacenados conjuntamente (mismo fluido) en el mismo
tanque de modo que si existe una fuga o un movimiento de
combustible siempre va acompaado de refrigerante, siendo esta otra
ventaja frente a los reactores de combustible slido.
Regenerador lento: A partir del torio los LFTR son capaces de
generar uranio-233 tras el decaimiento del protactinio en unos
meses. Este proceso constituye un tipo se seguridad inherente ya
que al ser esta generacin lenta y no directa la energa que libera
el torio no se produce a la vez.
Refrigerante estable: Los fluoruros lquidos que utilizan estos
tipos de reactores tienen las caractersticas de ser estables y
resistentes a la radiacin. Estas sales no se queman ni se
volatilizan incluso en condiciones extremas de temperaturas o
radiaciones. Una ventaja de estos reactores frente a los que estn
refrigerados con sodio, es que no se producen reacciones rpidas o
violentas en contacto con el agua o el aire y que no hay produccin
de hidrogeno a partir de agua ya que esta no est presente en ningn
lugar del circuito. Tampoco el refrigerante realiza ningn tipo de
reaccin qumica significativa con los materiales del reactor.
Funcionamiento a baja presin: Los reactores LFTR funcionan a
presin atmosfrica, esto en cuanto a la seguridad representa una
ventaja ya que no pueden producirse accidentes por sobrepresin ni
explosiones al no estar el ncleo presurizado. Tambin esto
contribuye a que en otras zonas del reactor como pueden ser los
intercambiadores de calor o las bombas se reduzcan
considerablemente grandes fugas.
Las sales tienen puntos de fusin muy altos y aunque hubiera algn
tipo de elevacin inesperada de la temperatura, esto no supondra un
aumento significativo de la presin. Tampoco se puede causar una
gran elevacin de la presin o explosin debido a la presencia de
hidrgeno o de agua, como ocurri en el accidente nuclear de
Fukushima, ya que estos reactores carecen de este tipo de
compuestos. Por otra parte el edificio de contencin en los LFTR no
est presurizado y por tanto tampoco puede explotar. Los productos
de fisin no generan acumulacin de presin: Los LFTR impiden las
acumulaciones de presin, formadas por gases como el Xenn o el
Kriptn, de naturaleza voltil y que son producidos durante la fisin.
Estos gases en los reactores LFTR son bien extrados o bien
permanecen de una manera qumicamente estable en forma de fluoruros
no voltiles en la propia sal. Existe una menor radiactividad en el
ncleo del reactor: Al usar combustible lquido, los LFTR tienen un
equipo simple que se encarga de extraer de forma continuada los
productos de fisin e introduciendo combustible fresco. Esto lleva a
que el reactor sea ms fcil de controlar y sea ms seguro que un
reactor de agua ligera, (LWR). Aumenta la seguridad del mismo ya
que en el ncleo del reactor se almacenan menos cantidad de
productos de fisin, disminuyendo as la radiactividad en el interior
de este. Fcil control: Los reactores LFTR tienen un mayor control
de absorcin de neutrones, debido a que se puede extraer el xenn-135
y meterlo en una zona donde el combustible este a menor temperatura
(el sistema de bombeo), lo que facilita el control de la
reactividad y por tanto facilita el control de la potencia del
reactor.
Esta caracterstica junto con una reserva de reactividad baja,
que es la que permite la alimentacin continuada de combustible, con
la retroalimentacin negativa dependiente de la temperatura y la
ausencia de daos trmicos, qumicos o por radiacin en el combustible,
hacen que se simplifique el control de la potencia en este tipo de
reactores. Muy baja corrosin: En el proceso de fisin se producen
elementos corrosivos, que pueden daar las vainas de combustible en
un reactor de combustible slido. Los LFTR al utilizar combustible
lquido, el estado qumico es ms fcil de controlar, para no causar
daos a los componentes del reactor. Los fluoruros fundidos a su vez
tambin presentan unas tasas de corrosin muy bajas, cuando se
realiza un control qumico correcto de estas sales.
Existe un menor nmero de residuos por actividad neutrnica: Los
LFTR no producen residuos de muy larga duracin. En la grfica a
continuacin se puede ver de manera ms clara esta
afirmacin.Bibliografa http://www.uxc.com/smr/
http://en.wikipedia.org/wiki/Liquid_fluoride_thorium_reactor#Power_generation
http://flibe-energy.com/ www.energadeltorio.es www.reddit.com
www.edaddeltorio.blogspot.com.es
http://www.energiadeltorio.es/torio-aprovechamiento-reactores-lftr/
www.kickstarter.com www.theernergycollective.com
http://www.linux-party.com/index.php/5388-torio-el-proximo-combustible-nuclear#
Apuntes energa nuclear y ciclo de combustible
reactor lftr
Alberto Rubio Herrera
51500060R
GIE
