{"id":39711,"date":"2021-08-01T08:27:55","date_gmt":"2021-08-01T08:27:55","guid":{"rendered":"https:\/\/globecore.com\/special-aspects-of-fuel-production-for-fast-neutron-reactors\/"},"modified":"2023-11-28T13:29:29","modified_gmt":"2023-11-28T13:29:29","slug":"special-aspects-of-fuel-production-for-fast-neutron-reactors","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/globecore.com\/es\/molienda\/special-aspects-of-fuel-production-for-fast-neutron-reactors\/","title":{"rendered":"Caracter\u00edsticas de la obtenci\u00f3n de combustible del reactor en neutrones r\u00e1pidos"},"content":{"rendered":"<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">La participaci\u00f3n de la energ\u00eda nuclear, seg\u00fan diversas estimaciones, es al menos del 10 al 16% de todos los recursos energ\u00e9ticos generados en el mundo. En algunos pa\u00edses, como por ejemplo en Francia, la energ\u00eda nuclear ocupa una posici\u00f3n de liderazgo: el 71,6%. En China, la participaci\u00f3n de la energ\u00eda nuclear no supera el 4%. El uso de la energ\u00eda at\u00f3mica es un tema de debate, ya que se asocian a una serie de problemas reales y posibles:<\/span><\/p>\n<ul>\n<li style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">necesidad de eliminar los desechos radiactivos;<\/span><\/li>\n<li style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">accidentes que conducen a desastres ambientales (plantas de energ\u00eda nuclear en Chernobyl y Fukushima);<\/span><\/li>\n<li style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">las centrales nucleares pueden ser como objeto de ataques terroristas y son posibles armas de destrucci\u00f3n masiva;<\/span><\/li>\n<li style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">posible uso de combustible de plantas de energ\u00eda nuclear en la producci\u00f3n de armas nucleares.\u00a0\u00a0\u00a0<\/span><\/li>\n<\/ul>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">Pero la realidad es que, a pesar de todos los peligros, todav\u00eda no es posible reemplazar completamente la energ\u00eda at\u00f3mica con otras fuentes y ser\u00e1 utilizada por la humanidad en un futuro pr\u00f3ximo. Por tanto, en esta etapa, la tarea de reducir los riesgos hipot\u00e9ticos y reales asociados a la operaci\u00f3n de las centrales nucleares sigue siendo urgente.<\/span><\/p>\n<h2 style=\"text-align: center;\"><b>Esquema cl\u00e1sico de producci\u00f3n de energ\u00eda at\u00f3mica<\/b><\/h2>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">La producci\u00f3n de combustible nuclear comienza con la extracci\u00f3n de uranio. En la segunda etapa, se enriquece el uranio, durante el cual los \u00e1tomos de uranio-238 m\u00e1s pesados \u200b\u200bse separan de los \u00e1tomos de uranio-235 m\u00e1s ligeros. Esto es necesario porque solo los n\u00facleos de uranio-235 son propensos a la fisi\u00f3n bajo la influencia de neutrones t\u00e9rmicos. Para el funcionamiento normal de un reactor de potencia, es necesario que la fracci\u00f3n del is\u00f3topo uranio-235 sea al menos del 5% (antes del enriquecimiento, la fracci\u00f3n de uranio-235 es de aproximadamente el 0,7%). El uranio enriquecido se convierte de un estado gaseoso a uno s\u00f3lido, se mezcla con un plastificante y se comprime para formar tabletas. Estos comprimidos se sinterizan adicionalmente a altas temperaturas. Las tabletas pesan solo unos pocos gramos, pero tienen un alto potencial energ\u00e9tico equivalente a 400 kg de carb\u00f3n, 250 kg de aceite o 360 m3 de gas.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">Las tabletas se colocan en elementos disipadores de calor: tubos sellados de aleaci\u00f3n de circonio. Los elementos disipadores de calor se recogen en casetes separados. Un casete puede contener varios cientos de elementos combustibles y el n\u00facleo de un reactor nuclear: varios cientos de casetes.\u00a0<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">Despu\u00e9s de cargar los casetes en el reactor, se inicia una reacci\u00f3n nuclear controlada, durante la cual los n\u00facleos de uranio se fisionan con la liberaci\u00f3n de una gran cantidad de calor. Para mantener una reacci\u00f3n nuclear se utilizan neutrones de la parte t\u00e9rmica del espectro energ\u00e9tico, por lo que los reactores nucleares en los que ocurre esta reacci\u00f3n se denominan reactores de neutrones t\u00e9rmicos.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">El calor recibido, a trav\u00e9s de las carcasas de los elementos disipadores de calor mediante varios circuitos, se transfiere al agua. Bajo presi\u00f3n, el agua calentada se convierte en vapor, que hace girar la turbina de vapor. Primero, se produce la transformaci\u00f3n de la energ\u00eda del vapor en trabajo mec\u00e1nico, y luego la transformaci\u00f3n del trabajo mec\u00e1nico en energ\u00eda el\u00e9ctrica debido al generador el\u00e9ctrico.\u00a0<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">Como resultado del funcionamiento de los reactores de neutrones t\u00e9rmicos, se forma el combustible nuclear gastado, un casete con una composici\u00f3n de combustible parcialmente quemada. En esta composici\u00f3n, queda muy poco uranio-235 y la proporci\u00f3n de uranio-238 es al menos del 90%. El combustible se retira del reactor y se env\u00eda a las piscinas de combustible gastado, donde se almacena durante varios a\u00f1os, despu\u00e9s de lo cual se retira de la central nuclear para su eliminaci\u00f3n o requiere condiciones especiales de eliminaci\u00f3n. Por lo tanto, el esquema cl\u00e1sico de producci\u00f3n de energ\u00eda at\u00f3mica conduce a la formaci\u00f3n de desechos problem\u00e1ticos y ambientalmente peligrosos. Por lo tanto, los cient\u00edficos comenzaron a plantearse la cuesti\u00f3n de organizar un ciclo cerrado, en el que el combustible nuclear gastado se transforma en nuevo combustible para reactores nucleares. Esto requiere una reacci\u00f3n de fisi\u00f3n controlada del uranio-238, que predomina en el combustible gastado. Result\u00f3 que este problema se puede resolver con la ayuda de reactores r\u00e1pidos.<\/span><\/p>\n<h2 style=\"text-align: center;\"><b>Reactor en neutrones r\u00e1pidos<\/b><\/h2>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">Cuando los n\u00facleos de uranio est\u00e1n en fisi\u00f3n, inicialmente la velocidad de movimiento de los neutrones es muy alta. Estos neutrones se denominan \u00abr\u00e1pidos\u00bb. Pero, al pasar por el agua, que se utiliza como refrigerante, el neutr\u00f3n se ralentiza significativamente y se vuelve \u00ablento\u00bb (t\u00e9rmico). El neutr\u00f3n t\u00e9rmico s\u00f3lo provoca la fisi\u00f3n de los n\u00facleos de uranio-235, mientras que los n\u00facleos de uranio-238 permanecen indivisos. Pero si los neutrones r\u00e1pidos estuvieran en lugar de los neutrones lentos, los n\u00facleos de uranio-238 se fusionar\u00e1n con la liberaci\u00f3n de energ\u00eda y formar\u00edan plutonio-239, que tambi\u00e9n se puede utilizar como combustible para reactores. Para ello, es necesario sustituir el agua por un medio que no absorba ni ralentice los neutrones. Ahora, para este prop\u00f3sito, el sodio se usa con mayor frecuencia, lo que permite implementar un reactor de neutrones r\u00e1pidos.\u00a0<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">En dicho equipo, los neutrones r\u00e1pidos interact\u00faan con el uranio-238, despu\u00e9s de lo cual se forma el plutonio-239. El plutonio-239 se puede utilizar m\u00e1s tarde para obtener combustible para reactores de neutrones t\u00e9rmicos (lentos). Los reactores en neutrones r\u00e1pidos cierran el ciclo de producci\u00f3n de energ\u00eda at\u00f3mica: el combustible gastado se procesa y devuelve a los reactores t\u00e9rmicos. Hay una gran cantidad de desechos de combustible de reactores nucleares previamente enterrados que contienen uranio-238 y, seg\u00fan estimaciones preliminares, ser\u00e1n suficientes para varios cientos de a\u00f1os.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">Consideremos las caracter\u00edsticas de la obtenci\u00f3n y uso de combustible del reactor en neutrones r\u00e1pidos.<\/span><\/p>\n<h2 style=\"text-align: center;\"><b>Combustible del reactor en neutrones r\u00e1pidos<\/b><\/h2>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">La tecnolog\u00eda para producir combustible mixto de uranio-plutonio para reactores en neutrones r\u00e1pidos se divide en tres etapas:<\/span><\/p>\n<ul>\n<li style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">preparaci\u00f3n de polvo-prensa;<\/span><\/li>\n<li style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">compresi\u00f3n de tabletas;<\/span><\/li>\n<li style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">sinterizaci\u00f3n de tabletas.<\/span><\/li>\n<\/ul>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">Si las tabletas se fabrican a base de varios componentes, por ejemplo, uranio y di\u00f3xido de plutonio, entonces los polvos deben triturarse y mezclarse. En esta etapa se asegura en gran medida la operatividad del combustible nuclear en el reactor, que depende de la homogeneidad de la mezcla, densidad, tama\u00f1o de grano, microestructura, etc.\u00a0\u00a0\u00a0<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">En las l\u00edneas tecnol\u00f3gicas existentes para la producci\u00f3n de combustible de reactor de uranio-plutonio, los polvos iniciales se pueden mezclar primero y luego triturar, o simult\u00e1neamente mezclar y triturar. Para ello se utilizan molinos de bolas o de martillos. Pero tales molinos demuestran una baja eficiencia de trituraci\u00f3n y mezcla de los polvos iniciales, por lo tanto, despu\u00e9s de la sinterizaci\u00f3n de las tabletas, se puede rastrear una clara separaci\u00f3n de dos fases, lo que indica la falta de la homogeneidad necesaria. Adem\u00e1s, el proceso en s\u00ed es muy largo y lleva de varias a decenas de horas. Como alternativa, se considera el uso del <a href=\"https:\/\/globecore.com\/es\/products\/magnetic-mill\/\"><strong>aparato de la capa v\u00f3rtex de part\u00edculas ferromagn\u00e9ticas<\/strong><\/a>.<\/span><\/p>\n<h2 style=\"text-align: center;\"><b>Aparato de la capa v\u00f3rtex de part\u00edculas ferromagn\u00e9ticas en el proceso de obtenci\u00f3n de combustible mixto de uranio-plutonio<\/b><\/h2>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">En los aparatos de la capa v\u00f3rtex de part\u00edculas ferromagn\u00e9ticas, se utiliza un m\u00e9todo de exposici\u00f3n completamente diferente en comparaci\u00f3n con los molinos de bolas y martillos. El principio de funcionamiento de dicho aparato se puede ver utilizando la Figura 1.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: center;\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"size-full wp-image-38888 aligncenter lazyload\" src=\"data:image\/gif;base64,R0lGODlhAQABAAAAACH5BAEKAAEALAAAAAABAAEAAAICTAEAOw==\" alt=\"\" width=\"404\" height=\"350\" data-src=\"https:\/\/globecore.com\/wp-content\/uploads\/2021\/07\/vortex-layer.jpg\"><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><em><b>Figura 1 &#8211; Aparato de la capa v\u00f3rtex de part\u00edculas ferromagn\u00e9ticas (AVS): 1 &#8211; manga protectora; 2 &#8211; inductor del campo electromagn\u00e9tico giratorio; 3 &#8211; cuerpo inductor; 4 &#8211; c\u00e1mara de trabajo de material no magn\u00e9tico; 5 &#8211; part\u00edculas ferromagn\u00e9ticas<\/b><\/em><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">Los polvos iniciales de titanio y di\u00f3xido de plutonio junto con part\u00edculas ferromagn\u00e9ticas 5 se cargan en un recipiente de titanio, que se coloca en la c\u00e1mara de trabajo 4 del <a href=\"https:\/\/globecore.com\/es\/products\/magnetic-mill\/avsp-100-vortex-layer-device-semi-automated\/\"><strong>aparato AVSP-100<\/strong><\/a> fabricado por <em><strong>GlobeCore<\/strong><\/em>. Despu\u00e9s de poner en marcha el aparato, el contenedor realiza un movimiento alternativo axial. El inductor 2 crea un campo electromagn\u00e9tico giratorio, bajo la influencia del cual las part\u00edculas ferromagn\u00e9ticas comienzan a moverse a lo largo de trayectorias complejas y en su camino chocan constantemente con las part\u00edculas de los polvos procesados, con las paredes de la c\u00e1mara de trabajo y entre s\u00ed, formando una capa v\u00f3rtex. En este momento, en la c\u00e1mara de trabajo, varios factores influyen en los polvos procesados:<\/span><\/p>\n<ul>\n<li style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">campo electromagn\u00e9tico giratorio;<\/span><\/li>\n<li style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">efectos de choque directos de part\u00edculas ferromagn\u00e9ticas;<\/span><\/li>\n<li style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">vibraciones ac\u00fasticas y ultras\u00f3nicas como resultado de la colisi\u00f3n de part\u00edculas ferromagn\u00e9ticas;<\/span><\/li>\n<li style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">magnetostricci\u00f3n de part\u00edculas ferromagn\u00e9ticas, etc.<\/span><\/li>\n<\/ul>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">El efecto complejo de los factores enumerados asegura una r\u00e1pida dispersi\u00f3n y homogeneizaci\u00f3n de los polvos iniciales, es decir, la obtenci\u00f3n de un polvo-prensa de alta calidad para la fabricaci\u00f3n de tabletas.\u00a0<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">Debido al peligro para el personal operativo, la carga de los componentes iniciales y part\u00edculas ferromagn\u00e9ticas, el procesamiento de los componentes, el enfriamiento y la extracci\u00f3n de los componentes se realizan de forma autom\u00e1tica.<\/span><\/p>\n<h2 style=\"text-align: center;\"><b>Ventajas de aparatos de la capa v\u00f3rtex<\/b><\/h2>\n<p style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">El aparato de la capa v\u00f3rtex fabricado por <em><strong>GlobeCore<\/strong><\/em>, cuando se utiliza en procesos tecnol\u00f3gicos para la producci\u00f3n de combustible para reactores, tiene las siguientes ventajas:<\/span><\/p>\n<ul>\n<li style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">muelen bien y mezclan los componentes originales del polvo, logrando as\u00ed su distribuci\u00f3n uniforme en todo el volumen de la tableta;<\/span><\/li>\n<li style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">no solo muelen y mezclan los componentes, sino que tambi\u00e9n los activan. El resultado esperado es un aumento en el consumo de combustible;<\/span><\/li>\n<li style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">las tabletas obtenidas a base de polvos procesados \u200b\u200ben un aparato de la capa v\u00f3rtex se disuelven completamente en \u00e1cido n\u00edtrico, que es importante para la regeneraci\u00f3n del combustible del reactor;<\/span><\/li>\n<li style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">el procesamiento de componentes, a diferencia de los molinos de bolas y de martillos, no dura horas y decenas de horas, sino minutos;<\/span><\/li>\n<li style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">los aparatos tienen dimensiones compactas y pueden integrarse f\u00e1cilmente en las l\u00edneas tecnol\u00f3gicas operativas para la producci\u00f3n de combustible del reactor;<\/span><\/li>\n<li style=\"text-align: justify;\"><span style=\"font-weight: 400;\">el aparato se puede utilizar en varios esquemas para la producci\u00f3n de combustible nuclear para reactores de neutrones r\u00e1pidos y lentos cuando se obtienen polvos altamente dispersos y mezclas homog\u00e9neas.<\/span><\/li>\n<\/ul>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>La participaci\u00f3n de la energ\u00eda nuclear, seg\u00fan diversas estimaciones, es al menos del 10 al 16% de todos los recursos energ\u00e9ticos generados en el mundo. En algunos pa\u00edses, como por ejemplo en Francia, la energ\u00eda nuclear ocupa una posici\u00f3n de liderazgo: el 71,6%. En China, la participaci\u00f3n de la energ\u00eda nuclear no supera el 4%.<a class=\"cg-read-more\" href=\"https:\/\/globecore.com\/es\/molienda\/special-aspects-of-fuel-production-for-fast-neutron-reactors\/\" target=\"_blank\">Leer m\u00e1s <\/a><\/p>\n","protected":false},"author":7,"featured_media":39705,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_bbp_topic_count":0,"_bbp_reply_count":0,"_bbp_total_topic_count":0,"_bbp_total_reply_count":0,"_bbp_voice_count":0,"_bbp_anonymous_reply_count":0,"_bbp_topic_count_hidden":0,"_bbp_reply_count_hidden":0,"_bbp_forum_subforum_count":0,"footnotes":""},"categories":[1360],"tags":[],"class_list":["post-39711","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-molienda"],"acf":[],"language":"es","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/globecore.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/39711","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/globecore.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/globecore.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/globecore.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/7"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/globecore.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=39711"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/globecore.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/39711\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/globecore.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media\/39705"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/globecore.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=39711"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/globecore.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=39711"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/globecore.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=39711"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}