Diseñan un nuevo combustible nuclear

En este preciso momento, dos placas de combustible nuclear desarrolladas por investigadores de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) están siendo sometidas a una prueba de irradiación extrema en las entrañas del Advanced Testing Reactor de Idaho, el mayor reactor de ensayo de materiales de los Estados Unidos.

Las placas, dos relucientes rectángulos plateados, son las primeras muestras de una nueva formulación para los combustibles nucleares que alimentan los reactores utilizados para investigación y para la producción de radioisótopos de uso médico. Entre otras innovaciones, reducen el enriquecimiento del uranio del 90 al 20%, y de ese modo impiden su uso para fines no deseados.

"El uranio natural contiene básicamente dos isótopos [átomos cuyos núcleos tienen el mismo número de protones, pero distinto número de neutrones]: el 238 y el 235 -explica el físico Enrique Pasqualini, integrante de la Unidad de Actividad de Combustibles Nucleares del Centro Atómico Constituyentes y coordinador del emprendimiento-. En el uranio natural hay aproximadamente un 0,7% del isótopo 235. Históricamente, estos reactores utilizaban un material en el que por distintos procedimientos el contenido de uranio 235 se llevaba al 90% (high enriched uranium o HEU), pero después del atentado contra las Torres Gemelas Estados Unidos lanzó una iniciativa para que todos los reactores de uso civil fueran reconvertidos y funcionaran con uranio al 20% (low enriched uranium o LEU)."

Con esta intención, el año último se aumentaron los presupuestos destinados a la "reducción de enriquecimiento" y se creó un programa especial para impulsarla: el Global Threat Reduction Initiative, al que la Argentina adhirió, con el fin de retirar todo el uranio enriquecido al 90%, ya sea utilizado o no, devolverlo a los Estados Unidos cuando ése haya sido el origen y reconvertir los reactores que aún funcionen con ese combustible. El reactor de Ezeiza RA3 fue reconvertido en la década del 80.

En el mundo funcionan actualmente más de cien reactores de este tipo, de los cuales ya fueron modificados más de 40 y quedan alrededor de 60 para reconvertir. De ellos, aproximadamente 30 pueden reconvertirse con tecnologías conocidas, pero hay otros 30 para los que hace falta desarrollar nuevas soluciones. De allí que varios países -entre los que se cuentan Estados Unidos, Francia, Corea, Canadá, Rusia y la Argentina- se pusieran manos a la obra para tenerlas disponibles en 2010.

"Estados Unidos eligió una tecnología basada en material de uranio aliado con molibdeno, de dos formas -explica Pasqualini-: como polvo disperso en una matriz de aluminio o en forma monolítica; es decir, como una placa completa, con lo cual se consigue una densidad de uranio muy importante que favorece la reconversión. Las placas están recubiertas con aluminio."

Según Pasqualini, las propiedades mecánicas del uranio-molibdeno y del aluminio son muy diferentes, lo que introduce dificultades en el proceso de fabricación. De allí que a los científicos argentinos se les ocurrió utilizar algo diferente. "El recubrimiento que desarrollamos nosotros es una aleación de zirconio, el zircaloy 4, material probado en los reactores -explica-. Encontramos una forma de recubrir el uranio-molibdeno con este material de zircaloy utilizando el mismo equipamiento que se utiliza para fabricar las placas habituales. Entonces, con muy poca inversión adicional, las mismas plantas que fabricaban los combustibles con recubrimiento de aluminio pueden hacer las recubiertas con zircaloy. No hace falta desarrollar nuevos procesos. Es un avance muy importante que ofrece una tecnología alternativa para este tipo de combustibles."

La combinación del zircaloy con el uranio-molibdeno no había sido explorada antes, pero sí se utilizó recubrimiento de zircaloy con otras aleaciones de uranio, como el uranio-zirconio o el uranio-zirconio-niobio, por lo que los científicos esperan que atraviese la prueba airoso.

Las placas desarrolladas en el país estarán sometidas a una irradiación muy intensa durante seis meses. Una vez retiradas y enfriadas durante unas semanas, se les realizan los ensayos "posirradiación" para verificar cómo se comportó el material.

En el diseño de esta nueva tecnología intervinieron unos 50 especialistas de la CNEA. Trabajaron durante un año con bajo presupuesto, pero altas dosis de "ingenio criollo". Es más, utilizaron instrumentos poco convencionales, como una máquina para fabricar pastas caseras y un electroimán de lavarropas que -a falta de la pieza específica- hacía vibrar incansablemente el polvo de uranio dentro del horno.

"Ya tramitamos una patente y nuestra idea es que la Argentina puede convertirse en un exportador de este combustible -cuenta Pasqualini-. Hay reactores que consumen un combustible por mes y alrededor de ocho al año. En el mercado internacional, cada uno de estos combustibles cuesta 500.000 dólares. Son temas que deben tratarse no sólo en el nivel comercial, sino también legal y político, pero hay que hacer una apuesta y tener la capacidad de fabricación. Estoy trabajando para que la Argentina la tenga, que oriente sus capacidades, su know-how, hacia el objetivo de proveer de este tipo de combustibles para reconvertir reactores de otros países y exportar productos con alto valor agregado."

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