El reactor de lecho de guijarros ( PBR ) es un diseño para un grafito moderado , refrigerado por gas reactor nuclear . Es un tipo de reactor de muy alta temperatura (VHTR), una de las seis clases de reactores nucleares de la iniciativa Generación IV .
El diseño básico de los reactores de lecho de guijarros presenta elementos combustibles esféricos llamados guijarros. Estos guijarros del tamaño de una pelota de tenis (aproximadamente 6,7 cm o 2,6 pulgadas de diámetro) están hechos de grafito pirolítico (que actúa como moderador) y contienen miles de partículas de microcombustible llamadas partículas TRISO . Estas partículas de combustible TRISO consisten en un material fisionable (como 235 U ) rodeado por una capa de cerámica de carburo de silicio para la integridad estructural y la contención del producto de fisión. En el PBR, se acumulan miles de guijarros para crear un núcleo de reactor y se enfrían con un gas, como helio , nitrógeno o dióxido de carbono ., que no reacciona químicamente con los elementos combustibles. También se han sugerido otros refrigerantes como FLiBe (fluoruro fundido, litio, sal de berilio) [1] ) para su implementación con reactores alimentados con guijarros. [ cita requerida ] Se afirma que algunos ejemplos de este tipo de reactor son pasivamente seguros . [2]
Debido a que el reactor está diseñado para soportar altas temperaturas, puede enfriarse por circulación natural y aún sobrevivir en escenarios de accidentes, que pueden elevar la temperatura del reactor a 1.600 ° C (2.910 ° F). Debido a su diseño, sus altas temperaturas permiten mayores eficiencias térmicas que las posibles en las centrales nucleares tradicionales (hasta un 50%) y tiene la característica adicional de que los gases no disuelven contaminantes ni absorben neutrones como lo hace el agua, por lo que el núcleo tiene menos en el camino de los fluidos radiactivos .
El concepto fue sugerido por primera vez por Farrington Daniels en la década de 1940, se dice que se inspiró en el diseño innovador del quemador Bengasi de las tropas del desierto británicas en la Segunda Guerra Mundial, pero el desarrollo comercial no tuvo lugar hasta la década de 1960 en el reactor AVR alemán de Rudolf Schulten. . [3] Este sistema estuvo plagado de problemas y se tomaron decisiones políticas y económicas para abandonar la tecnología. [4] El diseño del AVR se autorizó a Sudáfrica como PBMR y a China como HTR-10., este último tiene actualmente el único diseño de este tipo en funcionamiento. El MIT , la Universidad de California en Berkeley , General Atomics (EE. UU.), La empresa holandesa Romawa BV, Adams Atomic Engines , Idaho National Laboratory , X-energy y Kairos Power están desarrollando otros diseños de diversas formas .
Una planta de energía de lecho de guijarros combina un núcleo enfriado por gas [5] y un nuevo empaque del combustible que reduce drásticamente la complejidad al tiempo que mejora la seguridad. [6]
Los combustibles nucleares de uranio , torio o plutonio se encuentran en forma de cerámica (generalmente óxidos o carburos ) contenida dentro de guijarros esféricos un poco más pequeños que el tamaño de una pelota de tenis y hechos de grafito pirolítico, que actúa como moderador primario de neutrones . El diseño de guijarros es relativamente simple, y cada esfera consta del combustible nuclear, la barrera del producto de fisión y el moderador (que en un reactor de agua tradicional serían partes diferentes). Simplemente apilando suficientes guijarros juntos en una geometría crítica permitirá la criticidad .