En física nuclear , un amplificador de energía es un tipo novedoso de reactor de potencia nuclear, un reactor subcrítico , en el que se utiliza un haz de partículas energéticas para estimular una reacción, que a su vez libera suficiente energía para accionar el acelerador de partículas y dejar un beneficio energético para Generación de energía. El concepto se ha denominado más recientemente un sistema impulsado por acelerador (ADS) o un reactor subcrítico impulsado por un acelerador .
Nunca se ha construido ninguno.
Historia
El concepto se le atribuye al científico italiano Carlo Rubbia , físico de partículas premio Nobel y ex director del laboratorio de física nuclear internacional CERN de Europa . Publicó una propuesta para un reactor de potencia basado en un acelerador ciclotrón de protones con una energía de haz de 800 MeV a 1 GeV , y un objetivo con torio como combustible y plomo como refrigerante. El esquema de Rubbia también toma prestado de ideas desarrolladas por un grupo dirigido por el físico nuclear Charles Bowman del Laboratorio Nacional de Los Alamos [1]
Principio y viabilidad
El amplificador de energía utiliza primero un acelerador de partículas (por ejemplo , linac , sincrotrón , ciclotrón o FFAG ) para producir un haz de protones de alta energía (relativistas). El rayo se dirige para estrellarse contra el núcleo de un objetivo de metal pesado, como plomo, torio o uranio. Las colisiones inelásticas entre el haz de protones y el objetivo dan como resultado una espalación , que produce de veinte a treinta neutrones por evento. [2] Podría ser posible aumentar el flujo de neutrones mediante el uso de un amplificador de neutrones , una película delgada de material fisible que rodea la fuente de espalación; Se ha propuesto el uso de amplificación de neutrones en reactores CANDU . Si bien CANDU es un diseño crítico, muchos de los conceptos se pueden aplicar a un sistema subcrítico. [3] [4] Los núcleos de torio absorben neutrones, lo que genera uranio-233 fisible , un isótopo del uranio que no se encuentra en la naturaleza. Los neutrones moderados producen fisión U-233, liberando energía.
Este diseño es totalmente plausible con la tecnología disponible actualmente, pero requiere más estudio antes de que pueda declararse práctico y económico.
El proyecto OMEGA (opción de obtención de beneficios adicionales a partir de actínidos y productos de fisión (オ メ ガ 計画) ) se está estudiando como una de las metodologías de sistemas impulsados por aceleradores (ADS) en Japón. [5]
Richard Garwin y Georges Charpak describen el amplificador de energía en detalle en su libro " Megavatios y megatones: ¿Un punto de inflexión en la era nuclear? " (2001) en las páginas 153-163.
Anteriormente, el concepto general del amplificador de energía, es decir, un reactor subcrítico impulsado por un acelerador , fue tratado en "The Second Nuclear Era" (1985) páginas 62-64, por Alvin M. Weinberg y otros.
Ventajas
El concepto tiene varias ventajas potenciales sobre los reactores de fisión nuclear convencionales :
- El diseño subcrítico significa que la reacción no podría escaparse; si algo saliera mal, la reacción se detendría y el reactor se enfriaría. Sin embargo, podría producirse una fusión si se perdiera la capacidad de enfriar el núcleo.
- El torio es un elemento abundante, mucho más que el uranio , que reduce los problemas estratégicos y políticos de suministro y elimina la costosa separación de isótopos que consume mucha energía . Hay suficiente torio para generar energía durante al menos varios miles de años con las tasas de consumo actuales. [6]
- El amplificador de energía produciría muy poco plutonio , por lo que se cree que el diseño es más resistente a la proliferación que la energía nuclear convencional (aunque la cuestión del uranio -233 como material de armamento nuclear debe evaluarse cuidadosamente).
- Existe la posibilidad de utilizar el reactor para consumir plutonio, reduciendo las existencias mundiales del elemento de muy larga vida.
- Se producen desechos radiactivos de menor duración : el material de desecho se descompondría después de 500 años al nivel radiactivo de cenizas de carbón .
- No se requiere ciencia nueva; Se han demostrado todas las tecnologías para construir el amplificador de energía. La construcción de un amplificador de energía requiere solo un esfuerzo de ingeniería , no una investigación fundamental (a diferencia de las propuestas de fusión nuclear ).
- La generación de energía podría ser económica en comparación con los diseños actuales de reactores nucleares si se consideran el ciclo total del combustible y los costos de desmantelamiento .
- El diseño podría funcionar a una escala relativamente pequeña y tenía el potencial de seguir la carga modulando el haz de protones, haciéndolo más adecuado para países sin un sistema de red eléctrica bien desarrollado .
- La seguridad inherente y el transporte seguro de combustible podrían hacer que la tecnología sea más adecuada para los países en desarrollo, así como para las zonas densamente pobladas.
Desventajas
- Cada reactor necesita su propia instalación ( acelerador de partículas ) para generar el haz de protones de alta energía, lo cual es muy costoso. Aparte de los aceleradores de partículas lineales , que son muy caros, nunca se ha construido ningún acelerador de protones con suficiente potencia y energía (> ~ 12 MW a 1 GeV) . Actualmente, la fuente de neutrones de espalación utiliza un haz de protones de 1,44 MW para producir sus neutrones, con actualizaciones previstas a 5 MW. [7] Su costo de 1.100 millones de dólares incluyó equipos de investigación que no se necesitan para un reactor comercial.
- El material combustible debe elegirse con cuidado para evitar reacciones nucleares no deseadas. Esto implica una planta de reprocesamiento nuclear a gran escala asociada con el amplificador de energía. [8]
Ver también
- Reactor subcrítico impulsado por acelerador
- Energía alternativa
- Ciclo de combustible de torio
- Reactor reproductor , otro tipo de reactor nuclear que tiene como objetivo obtener un beneficio energético mediante la creación de más material fisible del que consume.
- Energía nuclear basada en torio
- Captura de muones
- Transmutación nuclear
Referencias
- ^ "Rubbia flota un plan para centrales eléctricas aceleradoras" . Ciencia . Noviembre de 1993 . Consultado el 10 de noviembre de 2016 .
- ^ "Blanco de espalación | Paul Scherrer Institut (PSI)" . Psi.ch . Consultado el 16 de agosto de 2016 .
- ^ http://www.tfd.chalmers.se/~valeri/Mars/Mo-o-f10.pdf
- ^ "Amplificación de neutrones en reactores CANDU" (PDF) . CANDU. Archivado desde el original (PDF) el 29 de septiembre de 2007.
- ^ 大 電流 電子 線 加速器 の 性能 確認 試 験[Rendimiento del acelerador lineal de electrones CW de alta potencia] (PDF) (en japonés). Ōarai, Ibaraki : Agencia de Energía Atómica de Japón . Diciembre de 2000 . Consultado el 21 de enero de 2013 .
- ^ David JC McKay Sustainable Energy - sin el aire caliente '
- ^ http://accelconf.web.cern.ch/AccelConf/e04/PAPERS/TUPLT170.PDF
- ^ Diseño conceptual de un amplificador de energía de alta potencia operado por neutrones rápidos , Carlo Rubbia et al., CERN / AT / 95-44, páginas 42 y siguientes, sección Consideraciones prácticas
- UNA ESTIMACIÓN PRELIMINAR DEL IMPACTO ECONÓMICO DEL AMPLIFICADOR DE ENERGÍA - Una revisión en profundidad del Amplificador de Energía en coautoría con Rubbia (descarga en pdf disponible en el servidor de documentos del CERN)
- Christoph Pistner, Tecnologías nucleares emergentes: el ejemplo del amplificador de energía de Carlo Rubbia , Red internacional de ingenieros y científicos contra la proliferación
enlaces externos
- New Age Nuclear: artículo sobre amplificadores de energía | Revista Cosmos