China’s thorium reactor

Según los medios de comunicación, China va a revolucionar la energía nuclear poniendo en servicio el primer reactor de torio. En un HILO pondré el TMSR-LF1 en contexto y explicaré qué es un reactor de sales fundidas de torio.

China es muy consciente de su creciente necesidad de energía y de su alta dependencia del carbón. El 66% de su energía primaria proviene del carbón, con más de 620 centrales térmicas. Por ello está realizando una apuesta por las energías renovables y la energía nuclear.

China se convertirá muy pronto en el líder mundial de reactores de agua ligera, con 51 reactores operables, 17 en construcción, 38 planeados y 168 propuestos. También hace años que está desarrollando reactores de torio para sus zonas más áridas del noroeste (en amarillo).

Los reactores de sales fundidas (MSR) son uno de los 6 diseños de reactores de IV Generación en los que se está trabajando en todo el mundo. El primer reactor de IV Generación en servicio es el BN-800 ruso, un SFR refrigerado por sodio líquido.

Ventajas de los MSR:
1️⃣ Utilización del torio, más abundante que el uranio.
2️⃣ Recarga en funcionamiento.
Mayor seguridad intrínseca. Se puede construir bajo tierra.
3️⃣ No necesita agua. Se puede instalar en zonas áridas.
4️⃣ Sin riesgo de proliferación: no es material fisible.

El torio es de 3 a 4 veces más abundante que el uranio en la Tierra, existe en una sola forma isotópica, Th-232, que se desintegra muy lentamente y por eso es muy poco radiactivo. Su periodo de semidesintegración es de 14.000 millones de años, tres veces la edad de la Tierra.

El uranio-235 (y el uranio-233), al recibir un neutrón, se excita y se fragmenta en dos o tres productos de fisión (elementos químicos más ligeros) y emite varios neutrones, que causan nuevas fisiones (reacción en cadena) o son capturados por el uranio-238 o el torio-232.

El torio-232 no es fisible (no se fragmenta al recibir un neutrón), sino que se convierte en torio-233, que decae emitiendo un electrón y se convierte en protoactinio-233, que a su vez decae emitiendo otro electrón en uranio-233, que sí es fisible.

Los reactores de sales fundidas (MSR, molten salt reactors) utilizan como refrigerante sales de fluoruro de litio-berilo (FliBe) fundidas a muy baja presión. El concepto de un MSR es tener el combustible disuelto como sal, evitando el riesgo de una fusión del núcleo.El torio, el uranio y el plutonio forman sales de fluoruro que se disuelven fácilmente en el refrigerante. La vida útil del combustible está entre los 4 y 7 años, con un elevado alto de quemado (forma habitual de llamar a la fisión), prácticamente el 100%.

Una ventaja de los MSR es que se puede ir extrayendo en funcionamiento los productos de fisión mediante métodos electrotérmicos, ayudando a tener mucho menos calor residual cuando se para el reactor (causante de las fusiones de los 3 núcleos de Fukushima, por ejemplo).

Los actínidos (elementos pesados entre los que se encuentra el uranio y el plutonio) se reciclan completamente y permanecen en el reactor hasta que fisionan o se convierten en otros actínidos fisionables, que también terminan fisionando.

Los residuos del TMSR son solo productos de fisión, altamente radiactivos, pero con periodos de semidesintegración mucho más cortos (decenas de años, en lugar de miles) y tienen menos combustible porque fisionan cerca del 100%, en lugar del 5% de los reactores actuales.

La seguridad es muy alta debido al enfriamiento pasivo del reactor, sin necesidad de alimentación eléctrica. Además, en caso de alcanzar temperaturas excesivas en el reactor, las sales se drenan por gravedad automáticamente hasta depósitos diseñados para evitar fisiones.

Los MSR tienen una gran capacidad de seguimiento de carga, para actuar como respaldo de las renovables variables (eólica y solar). La presión de funcionamiento es muy próxima a la atmosférica, eliminando el riesgo de liberación de materiales radiactivos volátiles.

China lleva trabajando en los reactores de sales fundidas desde 1970. Actualmente dispone de dos líneas de investigación y desarrollo: reactores de combustible nuclear sólido (TMSR-SF) y reactores de combustible nuclear líquido (TMSR-LF).

El proyecto TMSR-SF (combustible nuclear sólido) está optimizado para altas temperaturas y aplicaciones híbridas, como producción de electricidad, de hidrógeno, desalinización y calor industrial. Sigue su propio camino, aunque no es el objetivo de este hilo.

El proyecto TMSR-LF (combustible líquido) está optimizado para la utilización del torio. El reactor experimental TMSR-LF1 de sales fundidas, de 2 MWt (térmicos) de potencia, que ya está construido y preparado para comenzar a realizar pruebas.

En 2025 está previsto un reactor de 10 MWt (TMSR-LF2) y una central nuclear de demostración de 100 MWt (TMSR-LF3) con reprocesamiento pirometalúrgico completo (separación de minerales mediante altas temperaturas) para 2035, seguida de otra planta de demostración de 1 GW.

La planificación del programa TMSR incluye tres etapas: iniciación, demostración y promoción. Con el reactor TMSR-LF1 construido, se da por finalizada la etapa de iniciación y ahora comenzará la etapa de demostración.

El TMSR-LF1 de 2 MWt está en Wu Wei, Gansu, y tiene un presupuesto de 3300 M$. Utiliza combustible con un enriquecimiento menor del 20% de U-235 y unos 50 kg de torio. El refrigerante es FliBe con un 99,95% de Li-7 y combustible en forma de UF4 (tetrafluoruro de uranio).