{"id":9764,"date":"2021-10-01T08:38:17","date_gmt":"2021-10-01T06:38:17","guid":{"rendered":"https:\/\/www.revistanuclear.es\/?p=9764"},"modified":"2021-10-01T08:38:17","modified_gmt":"2021-10-01T06:38:17","slug":"todo-sobre-el-torio","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.revistanuclear.es\/en\/divulgacion\/todo-sobre-el-torio\/","title":{"rendered":"Todo sobre el torio"},"content":{"rendered":"
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Curiosos y curiosas, bienvenidos a Hilando #NuclearEspa\u00f1a<\/strong><\/p>\n

En esta secci\u00f3n del portal web, nuestro equipo de redacci\u00f3n recupera hilos previamente publicados en Twitter, por el inter\u00e9s de su tem\u00e1tica y la calidad de su contenido.<\/strong><\/p>\n<\/div>\n

Hoy adaptamos el hilo “Todo sobre el torio” de OPERADOR NUCLEAR (@OperadorNuclear<\/a><\/span>):<\/strong>
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Con frecuencia se habla de un material que podr\u00eda sustituir al uranio en los reactores nucleares. Hace medio siglo que la tecnolog\u00eda del torio est\u00e1 en fase experimental. En un hilo conoceremos todas sus ventajas e inconvenientes.<\/p>\n

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INTRODUCCI\u00d3N<\/strong><\/span><\/p>\n

En 1828 un sacerdote de la pen\u00ednsula noruega de L\u00f8v\u00f8ya encontr\u00f3 un mineral negro que no identific\u00f3. Una muestra lleg\u00f3 al qu\u00edmico sueco J\u00f6ns Jakob Berzelius que descubri\u00f3 que era un nuevo elemento qu\u00edmico. Lo nombr\u00f3 torio en honor a Thor, dios n\u00f3rdico del trueno.<\/p>\n

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En 1898, Gerhard Schmidt, un qu\u00edmico alem\u00e1n y Marie Curie descubrieron independientemente que el torio era radiactivo, aunque habitualmente se atribuye el descubrimiento a Schmidt.<\/p>\n

El torio es de tres a cuatro veces m\u00e1s abundante en la Tierra que el uranio. Existe en la naturaleza en una \u00fanica forma isot\u00f3pica, Th-232, que se descompone muy lentamente. Su vida media es de 14 000 millones de a\u00f1os, es decir, aproximadamente tres veces la edad de la Tierra.<\/p>\n

El \u00f3xido de torio (ThO2<\/sub><\/span>), llamado torianita, tiene uno de los puntos de fusi\u00f3n m\u00e1s altos de todos los \u00f3xidos (3350\u00b0C), por lo que se utiliza en filamentos de bombillas, mallas de linternas de gas, l\u00e1mparas de luz de arco, electrodos de soldadura y cer\u00e1mica resistente al calor.<\/p>\n

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El vidrio que contiene \u00f3xido de torio dispone de un alto \u00edndice de refracci\u00f3n y dispersi\u00f3n de longitud de onda, y se utiliza en lentes de alta calidad para c\u00e1maras e instrumentos cient\u00edficos.<\/p>\n

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El \u00f3xido de torio (ThO2<\/sub><\/span>) es relativamente inerte y no se oxida m\u00e1s, a diferencia del UO2<\/sub><\/span>. Tiene una conductividad t\u00e9rmica m\u00e1s alta y una expansi\u00f3n t\u00e9rmica m\u00e1s baja que el UO2<\/sub><\/span>, as\u00ed como un punto de fusi\u00f3n mucho m\u00e1s alto. La liberaci\u00f3n de gas de fisi\u00f3n es mucho menor.<\/p>\n

La fuente m\u00e1s com\u00fan de torio es el mineral de fosfato de tierras raras, la monacita, que contiene hasta un 12 % de fosfato de torio (promedio 6-7 %). Los recursos mundiales de monacita se estiman en alrededor de 16 Mt. 12 Mt de ellas se encuentran en las costas sur y este de India.<\/p>\n

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RESERVAS DE TORIO<\/strong><\/span><\/p>\n

La publicaci\u00f3n Uranium 2016: Resources, Production and Demand<\/i> (a menudo referido como el Libro Rojo) publicado por\u00a0@OECD_NEA<\/span><\/a>\u00a0da una cifra de unos 6,3 millones de toneladas de recursos totales conocidos y estimados.\u00a0oecd-nea.org\/ndd\/pubs\/2016\/\u2026<\/span><\/a><\/p>\n

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MINER\u00cdA DEL TORIO<\/strong><\/span><\/p>\n

El torio se presenta en niveles de concentraci\u00f3n m\u00e1s altos (entre el 2 % y 10 % de la masa) que el uranio (0,1-1 %), haciendo que su recuperaci\u00f3n sea menos agresvia para el medio ambiente que la miner\u00eda del uranio por unidad de energ\u00eda producida.<\/p>\n

El torio nunca ha sido un objetivo de exploraci\u00f3n primaria. Se considera un subproducto de la extracci\u00f3n de tierras raras (utilizadas en electr\u00f3nica y energ\u00edas renovables). La extracci\u00f3n de la monacita se realiza mec\u00e1nicamente, tanto en minas subterr\u00e1neas como a cielo abierto.<\/p>\n

El riesgo radiol\u00f3gico de la miner\u00eda de torio es similar a la del uranio, por lo que se debe realizar cumpliendo los mismos est\u00e1ndares se seguridad. La dosis del mineral es muy baja, pero de debe evitar la inhalaci\u00f3n de polvo.<\/p>\n

Debido a su alta densidad y d\u00e9bil magnetismo, la recuperaci\u00f3n de monacita de arena cruda o mineral triturado es posible por t\u00e9cnicas de separaci\u00f3n f\u00edsica por gravedad y m\u00e9todos electrost\u00e1ticos. La monacita luego se disuelve en hidr\u00f3xido de sodio o \u00e1cido sulf\u00farico.<\/p>\n

Las soluciones resultantes contienen tierras raras, uranio y torio. A continuaci\u00f3n, en un proceso de m\u00faltiples etapas utilizando fases org\u00e1nicas, se obtiene la separaci\u00f3n del \u00f3xido de torio, ThO2<\/sub><\/span>.<\/p>\n

COMBUSTIBLE NUCLEAR<\/strong><\/span><\/p>\n

El torio (Th-232) no es fisionable y no se puede utilizar directamente en un reactor convencional de neutrones t\u00e9rmicos pero es un material f\u00e9rtil: al absorber un neutr\u00f3n y liberar 2 electrones transmuta a uranio-233 (U-233), un excelente material fisionable.<\/p>\n

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El Pa-233 que se produce puede separarse qu\u00edmicamente del torio original y el producto de desintegraci\u00f3n U-233 y luego fabricar un nuevo elemento combustible, o el U-233 puede ser utilizado en el mismo reactor, especialmente en reactores de sales fundidas (MSR).<\/p>\n

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Formas de utilizar torio como combustible nuclear:<\/p>\n

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  1. Aditivo (5-10 %) en un ciclo de uranio, compatible con los reactores actuales.<\/span><\/li>\n
  2. Suplemento del ciclo de uranio: 90 % de Th y 10 % de plutonio.<\/span><\/li>\n
  3. Reemplazo del ciclo de uranio: solo necesita Th y U-233 reciclado.<\/span><\/li>\n<\/ol>\n

    Los combustibles de torio necesitan un material fisionable para poder mantener una reacci\u00f3n en cadena y el suministro de neutrones excedentes para que el torio los capture y genere U-233.<\/p>\n

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    Es posible dise\u00f1ar combustibles de torio que produzcan m\u00e1s U-233 en los reactores t\u00e9rmicos que el material fisionable que consumen. Esto se conoce como un \u00edndice de conversi\u00f3n fisionable de m\u00e1s de 1 y tambi\u00e9n se denomina reproducci\u00f3n.<\/p>\n

    La secci\u00f3n eficaz efectiva mide la capacidad de un is\u00f3topo de capturar o fisionar con neutrones, en este caso t\u00e9rmicos (tras ser frenados por el moderador). El Th-232 no fisiona, pero el U-233 tiene una secci\u00f3n eficaz efectiva similar al conocido U-235.<\/p>\n

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    La reproducci\u00f3n t\u00e9rmica con torio requiere que la econom\u00eda de neutrones en el reactor sea muy buena: debe haber una baja p\u00e9rdida de neutrones por fuga hacia el exterior de la vasija o absorciones par\u00e1sitas.<\/p>\n

    Otra opci\u00f3n para usar torio es como una matriz f\u00e9rtil para combustibles que contienen plutonio que sirve como conductor fisible mientras se consume. El combustible mixto de \u00f3xido de torio-plutonio (Th-Pu MOX) es un an\u00e1logo del combustible de uranio-MOX actual.<\/p>\n

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    A medida que el torio captura neutrones, el contenido del U-233 aumenta gradualmente y contribuye cada vez m\u00e1s a la potencia de salida del combustible. La fisi\u00f3n de un n\u00facleo U-233 libera aproximadamente la misma cantidad de energ\u00eda (200 MeV) que la de U-235.<\/p>\n

    El Th-232 es fisionable con neutrones r\u00e1pidos de m\u00e1s de 1 MeV de energ\u00eda y se podr\u00eda usar en reactores de sal fundida r\u00e1pida y otros de IV Generaci\u00f3n con combustible de uranio o plutonio para iniciar la fisi\u00f3n.<\/p>\n

    En Noruega, Thor Energy est\u00e1 probando dos combustibles que contienen torio para su uso en las centrales nucleares existentes. Han irradiado durante 5 a\u00f1os desde 2013 en el reactor de Halden elementos que contienen aditivo de torio (Th-Add) y Th-MOX (Pu).<\/p>\n

    Thor Energy intenta obtener el permiso para la producci\u00f3n comercial y el uso del combustible Th-Add y para comercializar el combustible despu\u00e9s. Thor Energy y empresas de Am\u00e9rica del Norte y Europa investigan el uso del combustible Th-Add en reactores comerciales.<\/p>\n

    INVESTIGACI\u00d3N<\/strong><\/span><\/p>\n

    La investigaci\u00f3n sobre el uso del torio como combustible nuclear se ha llevado a cabo durante m\u00e1s de 50 a\u00f1os, aunque con mucha menos intensidad que la de los combustibles de uranio o de uranio-plutonio, b\u00e1sicamente por la disponibilidad de estos materiales.<\/p>\n

    El trabajo de desarrollo del torio como combustible nuclear se ha realizado en Alemania, India, Canad\u00e1, Jap\u00f3n, China, Pa\u00edses Bajos, B\u00e9lgica, Noruega, Rusia, Brasil, Reino Unido y Estados Unidos.<\/p>\n

    Se han realizado varias demostraciones del uso de combustibles a base de torio para generar electricidad en varios tipos de reactores, fundamentalmente en EE.UU., India y Alemania.<\/p>\n

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    El reactor de alta temperatura de torio (THTR) de 300 MWe en Hamm-Uentrop en Alemania funcion\u00f3 con combustible de torio-HEU entre 1983 y 1989, cuando se cerr\u00f3 debido a problemas t\u00e9cnicos.<\/p>\n

    El reactor HTR de Peach Bottom de 40 MW en EE.UU. fue un reactor de demostraci\u00f3n que funcion\u00f3 entre 1967 y 1974. Utiliz\u00f3 torio-HEU en forma de microesferas de carburo mixto de torio-uranio recubierto con carbono pirol\u00edtico.<\/p>\n

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    El reactor HTR de Fort St. Vrain de 330 MWe en Colorado, EE.UU., fue un sucesor comercial a mayor escala que funcion\u00f3 entre 1976-1989. Utiliz\u00f3 torio-HEU en microesferas de carburo de torio-uranio recubierto con \u00f3xido de silicio y carbono pirol\u00edtico para retener productos de fisi\u00f3n.<\/p>\n

    Un reactor generador de agua ligera alimentado con torio oper\u00f3 entre 1977 y 1982 en Shippingport, EE.UU. Utiliz\u00f3 uranio-233 como impulsor fisionable en elementos que ten\u00edan regiones m\u00f3viles para aumentar el nivel de moderaci\u00f3n de neutrones a medida que el combustible envejec\u00eda.<\/p>\n

    Funcion\u00f3 con una potencia de 60 MWe (236 MWt) y un factor de disponibilidad del 86 %. Las inspecciones posteriores revelaron que hab\u00eda un 1,39 % m\u00e1s de combustible fisionable al final de la vida \u00fatil del n\u00facleo, lo que demuestra que la reproducci\u00f3n se hab\u00eda producido.<\/p>\n

    TORIO EN INDIA<\/strong><\/span><\/p>\n

    India dispone de enormes reservas de torio accesibles y poco uranio, as\u00ed que ha hecho del uso del torio para la producci\u00f3n de energ\u00eda un gran objetivo en su programa nuclear, utilizando el concepto de tres etapas propuesto en la Universidad de Chicago en 1944.<\/p>\n

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    Los reactores de agua pesada presurizada (PHWR) y reactores de agua ligera alimentados por plutonio producen uranio natural que se separa para usar en combustibles en sus reactores r\u00e1pidos y reactores de agua pesada avanzados aut\u00f3ctonos.<\/p>\n

    Los reactores reproductores r\u00e1pidos (FBR) utilizar\u00e1n combustible a base de plutonio para ampliar su inventario de plutonio. El manto alrededor del n\u00facleo tendr\u00e1 uranio y torio, por lo que se producir\u00e1 m\u00e1s plutonio (especialmente Pu-239), as\u00ed como U-233.<\/p>\n

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    Los reactores avanzados de agua pesada (AHWR) quemar\u00e1n combustibles de torio-plutonio de tal manera que se genere U-233 que se puede usar como conductor fisionable autosuficiente para una flota de AHWR.<\/p>\n

    India est\u00e1 enfocando y priorizando la construcci\u00f3n y la puesta en marcha de su flota de reactores r\u00e1pidos enfriados con sodio de 500 MWe, como el FBR de Kalpakkam actualmente en construcci\u00f3n, donde se generar\u00e1 el plutonio requerido para los futuros AHWR.<\/p>\n

    REACTORES COMPATIBLES CON TORIO<\/strong><\/span><\/p>\n

    Existen siete tipos de reactores en los que se puede introducir torio como combustible nuclear: los primeros cinco han entrado en servicio operativo en alg\u00fan momento y los dos \u00faltimos siguen siendo conceptuales.<\/p>\n

    Reactores de agua pesada (PHWR):<\/strong> son adecuados para utilizar combustible a base de torio por sus bajas p\u00e9rdidas de neutrones y su alta velocidad, que favorece la conversi\u00f3n a U-233, as\u00ed como su capacidad de reabastecimiento de combustible en funcionamiento.<\/p>\n

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    Reactores refrigerados por gas de alta temperatura (HTR):<\/strong> son adecuados para combustibles a base de torio en forma de part\u00edculas de torio recubiertas con plutonio o uranio enriquecido, recubiertas con capas de carbono pirol\u00edtico y carburo de silicio que retienen gases de fisi\u00f3n.<\/p>\n

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    Reactores de agua en ebullici\u00f3n ligera (BWR):<\/strong> pueden utilizar combustible de torio-plutonio dise\u00f1ado para quemar (fisionar) el excedente de plutonio. Los BWR son un tipo de reactor bien conocido y con licencia de operaci\u00f3n en m\u00faltiples pa\u00edses.<\/p>\n

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    Reactores de agua a presi\u00f3n (PWR):<\/strong> los combustibles viables de torio se pueden dise\u00f1ar para un PWR, aunque con menos flexibilidad que para los BWR. A pesar de que los PWR no son el reactor perfecto para usar torio, son los m\u00e1s abundantes y existe mucha experiencia de operaci\u00f3n.<\/p>\n

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    Reactores r\u00e1pidos de neutrones (FNR):<\/strong> el torio puede servir como un componente de combustible para los reactores que operan con un espectro de neutrones r\u00e1pidos, aunque al poder utilizar tambi\u00e9n U-238, el torio de momento no supone ninguna ventaja competitiva.<\/p>\n

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    Reactores de sal fundida (MSR):<\/strong> estos reactores todav\u00eda se encuentran en fase de dise\u00f1o, pero es probable que sean muy adecuados para usar torio. El combustible fluido puede incorporar fluoruro de torio y uranio como parte de una mezcla de sal que funde en el rango de 400-700\u00baC.<\/p>\n

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    Reactores accionados por acelerador (ADS):<\/strong> El sistema subcr\u00edtico de ADS es un concepto de energ\u00eda de fisi\u00f3n nuclear no convencional. Los neutrones de espalaci\u00f3n se producen cuando los protones de alta energ\u00eda de un acelerador golpean un objetivo pesado como el plomo.<\/p>\n

    Estos neutrones se dirigen a una regi\u00f3n que contiene el torio, por ejemplo, Th-plutonio que reacciona para producir calor como en un reactor convencional. El sistema sigue siendo subcr\u00edtico, es decir, incapaz de sostener una reacci\u00f3n en cadena sin el haz de protones.<\/p>\n

    VENTAJAS DEL TORIO<\/strong><\/span><\/p>\n

    El torio tiene varias ventajas respecto al uranio: existen mayores reservas, no necesita ser enriquecido, genera menos residuos, menos elementos transur\u00e1nicos en ellos y proporciona m\u00e1rgenes de seguridad adicionales en la mayor\u00eda de tipos de reactores.<\/p>\n

    Todo el torio extra\u00eddo es potencialmente utilizable en un reactor, a diferencia del uranio natural del cual solamente se puede usar 0,7%. El punto fusi\u00f3n del torio es 3350\u00b0C, mientras que el uranio es de 2850\u00b0C, por lo que es m\u00e1s seguro en caso de accidente.<\/p>\n

    El torio es radiactivo pero muy estable y por tanto la dosis de radiaci\u00f3n que produce es muy baja. Su tiempo de semidesintegraci\u00f3n (en el que se desintegra la mitad de los n\u00facleos de una muestra) es de unos 14 000 millones de a\u00f1os, el triple de la vida de la Tierra.<\/p>\n

    Debido al mayor \u201cquemado\u201d del material fisible y sin transur\u00e1nidos, los residuos generados por una central nuclear de torio ser\u00edan radiactivos durante unos 200 a\u00f1os, frente a los 10.000 de los actuales reactores basados en uranio.<\/p>\n

    Se estima que existen entre tres y cuatro veces mayores reservas de torio que de uranio, lo que unido a su mayor grado de aprovechamiento podr\u00eda servir para cubrir la necesidad de toda la humanidad durante muchos siglos, quiz\u00e1s milenios.<\/p>\n

    La producci\u00f3n de U-233 tambi\u00e9n produce U-232, que es un gran emisor de radiaci\u00f3n gamma, al igual que algunos productos de desintegraci\u00f3n como el talio-208. De cara a la proliferaci\u00f3n, el material es extremadamente dif\u00edcil de manejar y al mismo tiempo muy f\u00e1cil de detectar.<\/p>\n

    En el momento de maduraci\u00f3n de la tecnolog\u00eda de reactores de torio, el coste de producci\u00f3n del kWh el\u00e9ctrico ser\u00eda menor que el de los reactores de U-235, por no necesitar enriquecimiento y por extraer virtualmente toda la energ\u00eda del combustible (actualmente el 5 %).<\/p>\n

    INCONVENIENTES DEL TORIO<\/strong><\/span><\/p>\n

    Se requieren m\u00faltiples pruebas, an\u00e1lisis, licencias y trabajos de calificaci\u00f3n antes de que cualquier combustible de torio pueda entrar en servicio. Esto es costoso y necesitar\u00e1 una fuerte inversi\u00f3n y apoyo gubernamental para garantizar las inversiones.<\/p>\n

    El uranio es abundante y relativamente barato, y representa solo una peque\u00f1a parte del coste de la generaci\u00f3n de electricidad con energ\u00eda nuclear, por lo que no han existido incentivos reales para invertir en un nuevo tipo de combustible que pueda ahorrar recursos de uranio.<\/p>\n

    Otros impedimentos para el desarrollo del ciclo del combustible de torio son el mayor coste de fabricaci\u00f3n de combustible y el coste de reprocesamiento para proporcionar el plutonio fisionable para generar los neutrones necesarios.<\/p>\n

    Algunos de estos problemas se superar\u00e1n con el LFTR y otros reactores de sales fundidas. En un reactor de sal fundida el ciclo de combustible tendr\u00e1 una radiotoxicidad relativamente baja, generando solo productos de fisi\u00f3n y Pa-233 de corta duraci\u00f3n, sin transur\u00e1nicos.<\/p>\n

    El Th-232 capta neutrones y decae a U-233, con un per\u00edodo de semidesintegraci\u00f3n de 27,4 d\u00edas, lo que obliga a emplear medidas adicionales para contrarrestar el incremento de reactividad del n\u00facleo tras de un per\u00edodo prolongado de parada del reactor.<\/p>\n

    CONCLUSI\u00d3N<\/strong><\/span><\/p>\n

    El desarrollo del ciclo de combustible de torio se ralentiz\u00f3 por la disponibilidad del uranio, pero podr\u00eda ayudar a un resurgimiento nuclear. Es una tecnolog\u00eda potencialmente viable que podr\u00eda garantizar el suministro de material fisible durante muchos siglos.<\/p>\n

    REFERENCIAS<\/strong><\/span><\/p>\n