Usuario:PabloTecEspaña/Taller

Un reactor modular pequeño (RMP) es un reactor nuclear con fisión, de menor tamaño y potencia que los de los reactores convencionales fijos, ensamblado en una fábrica y transportado al lugar de instalación. Estos minirreactores (cuya potencia oscila entre 10 y 300 MW) se ofrecen como una alternativa de coste menor, o como complemento, a los reactores nucleares convencionales.

A finales de 2018, fueron utilizados por los militares (submarinos, portaaviones) o en Rusia para algunos rompehielos. Se estaban estudiando o desarrollando alrededor de cincuenta proyectos o conceptos RMP (alrededor de 100 MWe por proyecto en promedio), que iban desde versiones reducidas de modelos existentes de reactores nucleares hasta conceptos innovadores que caían enteramente dentro del ámbito del Generación IV, tanto de tipo reactor de neutrones térmicos como de tipo reactor de neutrones rápidos. Los países más activos en este ámbito son Rusia y Estados Unidos.

Usos potenciales

Los detalles de las especificaciones del proyecto RMP fueron dictados por la observación de los problemas encontrados por los proyectos de reactores actuales; estos son​​

1. un tamaño/potencia más modesto que el de los reactores existentes: 10 a 100 MW en la mayoría de los casos, y como máximo 300 MW·.​

Las centrales nucleares de mayor potencia generalmente están diseñadas para funcionamiento de carga base y no son muy flexibles en términos de variación de potencia. Como los RMP están destinados a sitios aislados conectados a redes eléctricas poco desarrolladas, deberán adaptarse mejor al monitoreo de carga.​

Una solución para facilitar esta adaptación entre consumo y producción es la cogeneración, de modo que durante los momentos más bajos en el consumo de electricidad, la energía excedente pueda utilizarse para la producción de calor para la industria, calefacción urbana, desalinización de agua de mar o producción de hidrógeno, con el fin de facilitar monitoreo de carga.​

Para Canadá y Rusia, los RMP permitirían mantener una presencia humana en latitudes altas, con el fin de afirmar su soberanía sobre los territorios árticos. Estos reactores también se imaginan como capaces de proporcionar una solución a la lucha contra el estrés hídrico Water stress (ecology), proporcionando el calor y la energía necesarios para la desalinización del agua de mar. |KEPCO]] modificó el diseño de su RMP para esta aplicación, atrayendo el interés de Arabia Saudita. China planea alimentar las instalaciones permanentes de su ejército en los arrecifes de las Islas Spratly utilizando reactores de barcazas. La NASA considera que la propulsión nuclear es una tecnología esencial para cualquier misión más allá de la órbita terrestre; En 2003, lanzó el programa “Prometeo”, que dio lugar a la prueba de un nuevo microrreactor en 2018. El Roscosmos ruso anuncia que Zeus, su nuevo remolcador espacial de propulsión nuclear, llevará a cabo su primera misión en 2030. A más largo plazo, los RMP podrían alimentar un puesto avanzado lunar que sirva de base para un Roscosmos [Exploración del sistema marciano|Exploración marciana]]. El Departamento de Defensa estadounidense está interesado en el desarrollo de PMR para hacer que sus bases sean energéticamente autosuficientes​.

El ingeniero y consultor Antoine Bonduelle, experto del IPCC, proporciona en 2024 un informe muy crítico sobre los reactores modulares pequeños. Señala el coste, los riesgos y la incertidumbre de la tecnología.​

Principios operativos

Los conceptos de RMP son muy variados; algunos son versiones simplificadas de reactores existentes, otros aplican tecnologías completamente nuevas.​ Todos utilizan fisión nuclear. Cuando un núcleo atómico inestable como el uranio 235 (²³⁵U) absorbe un neutrón adicional, el átomo se divide (fisión), liberando una gran cantidad de energía. en forma de calor y radiación. El átomo dividido también libera neutrones, que luego pueden ser absorbidos por otros núcleos inestables, produciendo una reacción en cadena. Es necesaria una cadena de fisión mantenida para producir energía nuclear. Los conceptos de RMP incluyen reactores de neutrones térmicos y reactores de neutrones rápidos.

Un reactor de neutrones térmicos requiere un moderador Moderador (nuclear) para ralentizar los neutrones y normalmente utiliza ²³⁵U como material fisible. La mayoría de los reactores nucleares en funcionamiento son de este tipo. Los reactores rápidos no utilizan un moderador para frenar los neutrones, por lo que requieren combustible nuclear capaz de absorber neutrones que viajan a altas velocidades. Esto suele implicar cambiar la disposición del combustible dentro del núcleo o utilizar diferentes tipos de combustible: el plutonio 239 (²³⁹Pu) es más capaz de absorber un neutrón rápido que el ^235. U.

La ventaja principal de los reactores rápidos es que pueden diseñarse para ser reproductores. Cuando estos reactores producen electricidad, emiten suficientes neutrones para transmutar elementos no fisibles en elementos fisionables. El uso más común de un reactor reproductor es rodear el núcleo con una “manta” de ²³⁸U, que es el isótopo más común de uranio. Cuando ²³⁸U se somete a captura de neutrones, se transforma en ²³⁹Pu, que puede extraerse del reactor durante las paradas para reabastecimiento de combustible y usarse nuevamente como combustible. después de la limpieza.​

Fluido caloportador

A principios del XXI, la mayoría de los reactores utilizaban agua ligera como fluido caloportador. Se están probando nuevos conceptos de reactores con diferentes tipos de refrigerantes:

• reactores refrigerados por metal líquido, como el reactor rápido refrigerado por sodio, han sido probados en Estados Unidos, en Francia (Phénix y Superphénix), en Rusia y China;
• el reactor refrigerado por gas y el reactor de sales fundidas se consideran opciones para funcionamiento a temperaturas muy altas.​​

Producción térmica/eléctrica

Tradicionalmente, los reactores nucleares utilizan un circuito de refrigerante para producir vapor a partir del agua, y este vapor impulsa turbinas para producir electricidad. Algunos diseños nuevos de reactores refrigerados por gas están diseñados para impulsar una turbina de gas, en lugar de utilizar un circuito de agua secundario.

La energía térmica producida por los reactores nucleares también puede utilizarse directamente, sin conversión en electricidad, para la producción de hidrógeno, la desalación del agua de mar o la producción de productos petrolíferos (extracción de petróleo de arena bituminosa, fabricación de petróleo sintético a partir de carbónPlantilla:Etc).​

Algunos proyectos de reactores modulares también están destinados a suministrar redes de calefacción urbana.​ Por lo tanto, generalmente funcionan a baja presión y baja temperatura y utilizan la técnica de los reactores de investigación conocidos como “piscinas”.

Personal operativo del reactor

Los desarrolladores de RMP suelen afirmar que sus proyectos requerirán menos personal para operar los reactores debido al mayor uso de sistemas de seguridad pasiva. Algunos de estos reactores, como el Toshiba 4S, están diseñados para funcionar con poca supervisión.​

Seguimiento de carga

Las centrales nucleares se construyeron generalmente para cubrir la base de demanda de electricidad.​

Algunas centrales nucleares (particularmente en Francia) tienen la posibilidad de variar su potencia (control de carga) entre el 20 y el 100 % de su potencia nominal.

Desde el punto de vista económico, es fundamental que la inversión en el sistema auxiliar sea rentable. calefacción urbana, desalinización de agua de mar y producción de hidrógeno se han propuesto como opciones técnica y económicamente viables.​ Una RMP combinada con una planta desalinizadora de agua de mar o de producción de hidrógeno que funcione de noche podría proporcionar una solución para la adaptación del consumo a la producción​·.​

Aspectos de seguridad y protección

Debido a la posible falta de personal calificado disponible en áreas aisladas, los RMP deben ser intrínsecamente seguros. Estos minirreactores están diseñados para utilizar dispositivos “pasivos” seguridad.​​

Dado que existen varios conceptos de RMP diferentes, también existen varias características de seguridad diferentes que se pueden ejecutar.

Un coeficiente de vacío negativo en los moderadores y los combustibles también permitiría mantener bajo control las reacciones de fisión ralentizándolas cuando la temperatura aumenta.​

Estas cuestiones delicadas relativas a la seguridad nuclear y las medidas de salvaguardia no son unánimes entre los expertos de la autoridades de seguridad nuclear​·​·.​ Si bien la Asociación de Autoridades de Seguridad Nuclear de Europa Occidental (WENRA) considera que los objetivos de seguridad que define son aplicables a los RMP, destaca no obstante la gran diversidad de conceptos propuestos y llama la atención sobre el hecho de que será necesario analizar cada solicitud de autorización para la fabricación y construcción de PMR. Un punto de atención particular se refiere a la gestión de la seguridad nuclear a la que podrían encontrarse nuevos operadores que entren en el mercado y no estén familiarizados con la energía nuclear convencional. Siendo la vida útil de un RMP del orden de 60 años, sería adecuado garantizar que la seguridad nuclear esté garantizada durante todo el ciclo de vida de los RMP, incluso durante su parada permanente y su desmantelamiento, especialmente si su fabricante desaparecieran.​

Residuos radiactivos

Algunos RMP son también reactores reproductores, que no sólo “queman” combustibles como ²³⁵U, sino que también convierten materiales fisibles en combustible fisible [fértil|isótopo fértil]] como ²³⁸U,​ que se presenta en la naturaleza en una concentración mucho mayor que la de ^{. 235U (0,7 %).}

Algunos reactores están diseñados para funcionar utilizando el ciclo del torio, que ha reducido significativamente la radiotoxicidad de los desechos a largo plazo en comparación con el ciclo del uranio].​

El concepto de un reactor de ondas viajeras ha generado cierto interés; Este nuevo tipo de reactor reproductor utiliza directamente el combustible fisionable que creó mediante la transmutación de isótopos fértiles. Esta idea eliminaría la necesidad de descargar el combustible gastado y reprocesarlo antes de reutilizarlo como combustible.​

Proliferación nuclear

La proliferación nuclear, o más generalmente el riesgo de utilizar materiales nucleares con fines militares, es un tema importante para los diseñadores de reactores modulares pequeños. Como los RMP tienen una potencia reducida y son físicamente pequeños, se pretende que se desplieguen en lugares mucho más diversos que las plantas de energía nuclear existentes: más sitios en países que ya tienen plantas de energía nuclear y en países que aún no las tienen. También se espera que los sitios de RMP tengan un número de personal mucho menor que el de las centrales nucleares existentes. Por lo tanto, la protección y la seguridad físicas se convierten en un desafío cada vez mayor que podría aumentar los riesgos de proliferación​·.​

Algunos conceptos de RMP están diseñados para tener una vida útil del núcleo igual a la del reactor, de modo que estos RMP no necesiten recargarse. Esto mejora la resistencia a la proliferación porque no se requiere manipulación in situ del combustible nuclear. Pero también significa que el reactor contendrá grandes cantidades de material fisible para mantener una larga vida útil, lo que podría convertirlo en un objetivo atractivo para la proliferación. Un RMP de agua ligera de 200 MWe con una vida útil central de 30 años podría contener aproximadamente 2,5 toneladas de plutonio hacia el final de su funcionamiento vida.​

Los reactores de agua ligera diseñados para operar con el ciclo de combustible nuclear de torio ofrecen una mayor resistencia a la proliferación en comparación con el ciclo de uranio convencional, aunque los [[[reactores nucleares de sales fundidas|reactores de sales fundidas]] tienen un riesgo sustancial​·.​

Aspecto económico

Un factor clave de los RMP es la economía de escala, en comparación con los grandes reactores, resultante de la posibilidad de prefabricación en serie en fábrica. Sin embargo, el coste de este tipo de fábricas sería muy elevado y su amortización requeriría, según algunos expertos, un pedido importante estimado en 40-70 unidades.​ Según Antoine Bonduelle, las economías de escala sólo se producirían más allá del reactor Plantilla:Ordinal construido.​

Una ventaja económica que a veces se cita es que el coste inicial de construir una planta compuesta por RMP sería menor que el de una planta grande. Esto representaría una inversión financiera de menor riesgo para los productores de electricidad.​ Este análisis está impugnado.​

Los reactores más pequeños podrían tener la ventaja de ser más fáciles de renovar (carenado grande), requerirían menos mano de obra permanente y podrían ofrecer mejores controles de calidad.​

Las RMP podrían abrir nuevos territorios geográficos a la energía nuclear. Su menor potencia les permitiría integrar países cuyo consumo es demasiado bajo o cuya red eléctrica es demasiado pequeña y está demasiado mal interconectada con sus vecinos para soportar un reactor grande. La industria nuclear los percibe entonces como una herramienta privilegiada para conquistar los mercados de los países en desarrollo, apuntando en particular a África y Medio Oriente. Algunos fabricantes incluso ven la oportunidad de penetrar en países políticamente menos estables, ya que se supone que su diseño limita el riesgo de proliferación nuclear: estos reactores requieren un reabastecimiento de combustible menos frecuente y deben regresar a la planta nuclear para extraer el combustible gastado. lo que ayudaría a prevenir el desvío de materiales fisionables. Por último, podrían insertarse en los tejidos urbanos, reduciendo, gracias a su baja potencia, el tamaño de la zonificación reglamentaria restringida alrededor del lugar en caso de accidente y adaptándolos específicamente a la producción de calor.​

Según Bernard Doroszczuk, presidente de la Autoridad de Seguridad Nuclear de Francia, escuchado ante el Senado el 7 de abril de 2021:

una elección audaz consistiría en elegir los RMP porque estos reactores representan un avance real, si está confirmado, en términos de seguridad. En cuanto al coste de los RMP, el precio del megavatio hora es de ciento veinte euros, frente a los ochenta del que cubre un EPR 2. Los RMP se fabrican principalmente en fábricas y no en sitios, ya que el control de la línea de fabricación es diferente. Puede que haya margen de optimización. El mercado objetivo de EDF para los RMP es principalmente la exportación, y no Francia, lo que podría aumentar su volumen y reducir su coste

​. Según L'Usine nouvelle, los RMP podrían producirse en fábricas e instalarse con un mínimo de ingeniería civil y a un coste reducido. Mientras que se necesitan 4000 a 6000 $/kWe para la construcción de un reactor de agua a presión de 1000 MWe, los RMP prometerían costes de alrededor de 4000 $/kWe las series superiores, luego 2600 a 3000 $/kWe para las siguientes.​

Mercado

A finales de 2020, al menos 72 conceptos de RMP están en desarrollo, un 40 % más que en 2018. Aproximadamente la mitad se basan en tecnologías de reactor de agua ligera y la otra mitad en conceptos del [[Foro Internacional de la Generación IV| Plantilla:4ta generación de reactores]]. La Agencia de Energía Nuclear de la OCDE estimó en 2016 que la potencia de las RMP construidas hasta 2035 podría sumar hasta 21 GW, o alrededor del 9 % del mercado de energía nuclear durante el período 2020. -2035 y el 3 % de la potencia nuclear instalada en 2035. El Laboratorio Nuclear Nacional Británico predijo en 2014 hasta 65 GW en 2035.​

Aspectos políticos y regulatorios

Evaluación de seguridad y proceso de autorización

Algunas empresas de nueva creación consideran que una barrera para el despliegue de sus RMP reside en el proceso de evaluación y autorización de la seguridad. Históricamente desarrollado para grandes reactores, según ellos obstaculizaría el despliegue de varias unidades idénticas en diferentes países.​ En particular, el proceso de concesión de licencias de la Comisión Reguladora Nuclear (NRC) de Estados Unidos se ha centrado principalmente en grandes reactores comerciales. Las especificaciones de diseño y seguridad, los requisitos de personal y los derechos de licencia se han diseñado para reactores de agua ligera con una potencia superior a 700 MWe; Se solicitan estudios para definir un marco regulatorio adaptado a los proyectos de pequeña escala, su producción en masa y la diversidad de conceptos.​

En 2017, se estaban debatiendo cuatro proyectos de ley en el Congreso de los Estados Unidos para apoyar el desarrollo de nuevos conceptos de reactores nucleares y exigir a la NRC que adaptara sus procedimientos de concesión de licencias para reactores nucleares pequeños.​

La NRC ha recibido varios archivos de “solicitud previa” para RMP y un archivo de solicitud de certificación de diseño para Nuscale.​

A finales de , el proyecto Nuscale es el primero en obtener la autorización de la NRC validando su diseño y tecnología; el proceso de evaluación de seguridad duró cuatro años y costó 500 millones dólares (aproximadamente 421 millones euros).​

En marzo de 2022, la Agencia Internacional de Energía Atómica lanzó la Iniciativa de Armonización y Normalización Nuclear (NSI), destinada a movilizar a líderes políticos, reguladores, diseñadores, fabricantes y operadores para desarrollar enfoques comunes en materia regulatoria e industrial con el fin de acelerar el despliegue de RMP.​

Políticas de soporte

En febrero de 2024, la Comisión Europea lanzó una alianza destinada a reunir a los fabricantes de RMP, con el fin de «facilitar el desarrollo de los primeros reactores RMP en Europa, de aquí a 2030, mejorar las condiciones de desarrollo del proyecto y revitalizar la cadena de suministro nuclear en Europa». Por el momento, esta alianza europea no da derecho a ningún trato preferencial en términos de ayudas estatales, acceso a fondos europeos o un proceso regulatorio acelerado para aprobar un reactor.​