Dentro de una celda caliente, un manipulador agarra y gira la herramienta para perforar el revestimiento de metal que rodea los gránulos de uranio, lo que permite a los investigadores medir la cantidad de gases de xenón y krypton liberados. Crédito: Andrea Starr | Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico
Los investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del Departamento de Energía (PNNL) han comenzado una serie de experimentos que podrían dar lugar a más energía para la red al aumentar la eficiencia del combustible nuclear. Las pruebas son posibles gracias a la entrega especial de 11 barras de “quemado alto” que se irradiaron para fines de investigación.
Las varillas serán perforadas, cortadas, estresadas mecánicamente y examinadas de cerca, todas las pruebas para aprender cómo les fue a las aleaciones de metales dentro del entorno extremo de un reactor nuclear durante seis años, donde las temperaturas pueden elevarse a cientos de grados Celsius.
El objetivo más grande: comprender cómo los combustibles avanzados desarrollados por Combustible nuclear global reaccionar a las condiciones de “mayor quema”. Esas condiciones implican en parte mantener los combustibles dentro de un reactor por más tiempo de lo típico, con el objetivo de extraer más energía del combustible de lo que se hace hoy.
“Dibujar más energía de estos materiales y aumentar la energía vegetal es como poner una nueva capacidad de generación en la red sin tener que construir ninguna nueva infraestructura”, dijo Mark Nutt, director del sector del mercado de energía nuclear de PNNL. “Eso es algo útil tanto para los proveedores de combustible como para una nación que busca realizar un potencial nuclear más completo”.
La serie de experimentos en curso en PNNL revelará información importante sobre cómo reaccionaron las barras de investigación a las condiciones, e incluso pueden informar cómo se diseñan los combustibles futuros. Los combustibles altos quemados pueden aumentar el rendimiento de la flota de energía nuclear del país al hacer un uso más eficiente de los materiales de combustible existentes, lo que hace que los reactores sean más resistentes a los incidentes nucleares y tal vez incluso reduciendo el costo de la electricidad.
“Este es un hito significativo para nuestro programa de combustible tolerante a los accidentes”, dijo Frank Goldner, el gerente del programa federal de combustible tolerante al accidente en la Oficina de Energía Nuclear. “El desarrollo de este combustible podría apoyar aún más la administración Trump orden ejecutivo Facilitar 5 gigavatios de resentimientos de energía en las centrales eléctricas existentes para 2030 y los combustibles de alto quemado podrían ser una gran parte de eso “.
Crédito: Eddie Pablo | Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico
Entregado salvo y sonido
Cuando los Rods llegaron por primera vez al campus de PNNL-Richland, muchos de los científicos que observaron la entrega llevaban expresiones de anticipación. El proceso de envío estaba bien regulado, lo que requería una coordinación logística compleja entre agencias durante un lapso de 14 meses. A medida que una tripulación de descarga transfirió meticulosamente el barril de barra de acero inoxidable de 60,000 libras al Laboratorio de Procesamiento Radioquímico (RPL), un equipo de técnicos, químicos de radiación, científicos e ingenieros nucleares estaba listo. Las pruebas debían comenzar de inmediato.
Casi como el análisis forense, las firmas de exposición pasada imbuida en todos los materiales responderán preguntas importantes para los científicos curiosos. ¿La carcasa externa, llamada “revestimiento”, se desempeñó como se esperaba en condiciones de alto quemado? Los investigadores buscarán cambios en el material a través de técnicas de “pruebas de tracción”. También utilizarán un método de correlación de imagen digital para pintar el revestimiento con miles de puntos, luego rastrearán el movimiento de esos puntos a medida que el revestimiento se separa con una gran fuerza mecánica para recopilar significativamente más datos.
En una prueba, los investigadores usaron manipuladores operados de forma remota dentro de una celda caliente muy protegida para perforar el revestimiento, liberando la presión interna de las barras. Luego capturan los gases radiactivos que se liberan, que revelan cuánta presión se acumuló dentro del revestimiento a medida que el contenido interno de las barras sufrió reacciones de fisión. Todos estos datos ayudarán a un combustible nuclear global a validar aún más los modelos que estiman cómo su combustible puede funcionar en diversas condiciones.
“El examen de estas barras es el siguiente paso en nuestro impulso continuo para desarrollar combustibles de mayor eficiencia que son más seguros y confiables”, dijo Craig Ranson, CEO de la base instalada, GE Vernova Hitachi Nuclear Energy. “Estamos orgullosos de ser parte de esta colaboración con el Departamento de Energía de los Estados Unidos, PNNL y nuestros socios de servicios públicos para beneficiar a toda la industria”.
Es exactamente el tipo de examen posterior a la irradiación que PNNL está a punto de hacer, gracias en parte a la singularidad de la RPL, una instalación de investigación nuclear no reactor de la categoría II. Equipado con instrumentos de precisión y personal de investigadores y técnicos con experiencia diversa, es raro que una sola instalación pueda realizar análisis tan amplios y especializados para múltiples patrocinadores.
“La RPL brinda una oportunidad única en la que podemos aceptar varillas de quemado de alta longitud completa, realizar la investigación en las células calientes y llevar el material a diferentes laboratorios dentro del mismo espacio, sin tener que transferir edificios, para las pruebas. Es muy eficiente”, dijo PNNL Chemist y co-líder de Project Susan Asmussen. “Tenemos la capacidad de trabajar en materiales, desde el examen posterior a la irradiación hasta la química de separación líquida-líquido, que las pocas otras instalaciones tienen”.
El co-líder Brady Hanson, un ingeniero nuclear de PNNL, está de acuerdo, que también cita la amplitud de la experiencia del equipo de investigación como una ventaja clave.
“Podemos realizar todos los tipos de química con la que podría soñar debajo de este techo, pero también podemos hacer pruebas mecánicas y de material aquí y literalmente podemos llegar al nivel atómico. Hay pocas preguntas que no podemos responder”, dijo Hanson.
“Esa es una característica tanto de nuestras instalaciones como de nuestro equipo de investigación diverso. Tenemos ingenieros nucleares, mecánicos y químicos, científicos de materiales y químicos. Nos lleva a todos mirar el alcance del trabajo desde diferentes ángulos y proporcionar diferentes puntos de vista, y creo que eso es lo que realmente nos convierte en un equipo fuerte”.
PNNL también se beneficia de su extenso alcance de investigación y sus variados socios de misión, ya que los científicos de varias disciplinas trabajan en el sitio y pueden colaborar en experimentos para maximizar el uso de valiosos materiales nucleares para las necesidades de misión en todo el gobierno de los Estados Unidos. Por ejemplo, los escombros generados a partir del proceso de declive se utilizarán para capacitar a la próxima generación de científicos encargados de desarrollar tecnologías para detectar y monitorear las actividades nucleares, una parte clave de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear de los Estados Unidos misión de no proliferación.
A través del programa de administración de no proliferación, el personal de RPL aprovechará los escombros para comprender cómo caracterizar y monitorear los movimientos de materiales nucleares especiales, como el uranio y el plutonio, a través de un proceso de separación química.
“Esta entrega representa una oportunidad rara y valiosa”, dijo Nutt. “Esperamos darnos cuenta del potencial científico completo de este material, esa es un área donde PNNL es especialmente capaz, dadas nuestras fortalezas multidisciplinarias. La investigación resultante podría ayudar a lograr varios objetivos importantes en el servicio a la nación y contribuir en gran medida a proporcionar energía abundante y confiable a la red que permite el dominio energético estadounidense”.
Proporcionado por el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico
Cita: El nuevo esfuerzo de investigación podría aumentar el rendimiento del combustible nuclear (2025, 14 de agosto) Recuperado el 14 de agosto de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-08-effort-boost-nuclear-fuel.html
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