Investigadores del Laboratorio Nacional Argonne en Illinois, junto con sus colaboradores, han descubierto cómo una molécula compuesta podría mejorar la seguridad y eficacia de los reactores nucleares.
Interesting Engineering informó que los científicos probaron óxido de plutonio líquido, o PuO2, en temperaturas de hasta 3.000 Kelvin (4.940 grados Fahrenheit) para ver cómo reaccionaría en ambientes extremos.
Analizaron este comportamiento suspendiendo moléculas de PuO2 de 2 milímetros de diámetro a través de una corriente de gas y fundiéndolas con un rayo láser de dióxido de carbono “sin riesgo de contaminación de la muestra por interacciones con el contenedor”. El equipo también ajustó la temperatura y cambió la corriente de gas para observar cómo respondería la estructura y la volatilidad del PuO2 en diversas condiciones.
“Resolvimos la estructura del óxido de plutonio líquido y descubrimos que efectivamente había algunos enlaces covalentes”, dijo el físico Chris Benmore en un comunicado de prensa. “También descubrimos que la estructura del líquido era similar a la del óxido de cerio, que puede utilizarse como sustituto no radiactivo”.
Aunque usar levitadores para fundir sustancias no es una técnica nueva, según el comunicado, usar el método para estudiar un combustible nuclear complejo hizo que el experimento fuera un desafío.
“… Para trasladar esta técnica al estudio de materiales de combustible nuclear donde existen otras preocupaciones se requiere un nivel mucho mayor de sofisticación y revisión de seguridad”, dijo en el comunicado el autor principal Stephen Wilke, de la empresa colaboradora Materials Development Inc. “Creo que valió la pena en gran medida”.
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“Argonne es probablemente el único lugar en el mundo capaz de realizar este tipo de experimento tan difícil”, añadió Benmore.
La instalación financiada por el Departamento de Energía de EE. UU. utilizó un método similar en 2014 para medir la estructura del dióxido de uranio fundido, un componente crucial del combustible utilizado en los reactores nucleares modernos.
Ahora, los resultados de la nueva investigación, así como la supercomputadora que el equipo utilizó para predecir cómo reaccionarían los electrones con “precisión mecánica cuántica”, según el comunicado, brindan un camino para probar combustibles de óxidos mixtos en general para su uso potencial en la próxima generación. reactores.
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A diferencia de las fuentes de energía sucia que producen gases que calientan el planeta, los reactores nucleares estándar producen electricidad libre de carbono.
Esa ventaja ha llevado a la administración Biden a aprobar un préstamo de 1.500 millones de dólares para reabrir una planta de energía nuclear en Michigan. La Comisión Reguladora Nuclear de Estados Unidos también aprobó recientemente la construcción de un reactor nuclear que utiliza sales de fluoruro fundidas para alimentar el generador.
Si bien se debaten los peligros de la energía nuclear y las estadísticas de Our World in Data los ponen en perspectiva, los críticos creen que es mejor gastar el dinero y los recursos en otras formas de energía limpia. Sin embargo, la esperanza es que los avances en este campo, como el demostrado por el Laboratorio Nacional Argonne, lo conviertan en una opción más segura, limpia y económica.
“Los datos del conjunto combinado de experimentos no sólo proporcionan información de importancia tecnológica, sino que también proporcionan información sobre el comportamiento fundamental de los óxidos de actínidos a temperaturas extremas”, dijo Mark Williamson, director de la división de Tecnologías del Ciclo del Combustible y Químico de Argonne.
“Esta ha sido una colaboración fantástica de expertos y es un excelente ejemplo de cómo trabajamos juntos para mejorar continuamente los sistemas de energía nuclear”.
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