¿Qué es la exploración de nuevas tecnologías?
En el proceso de desarrollo de la ciencia y la tecnología, es normal y no sorprende encontrar dificultades, giros y vueltas.
A principios de siglo, la controversia en torno al “reactor rápido Super Phoenix” de Francia es un ejemplo. Se trata de una central nuclear que lleva el nombre de un pájaro de la mitología china que obtiene la inmortalidad a partir de sus propias cenizas. Se integró a la red eléctrica de EDF hace más de 10 años aunque hace tiempo que no funciona con normalidad. Una exploración tecnológica, la experiencia aportada es valiosa.
Actualmente existen ocho reactores rápidos en Rusia, Japón, India, etc., es decir, reactores reproductores rápidos, que se encuentran funcionando con normalidad.
Los reactores rápidos, al igual que otros reactores, descartan en principio la posibilidad de explosiones atómicas. Por supuesto, no se debe negar que todavía existen algunos problemas técnicos en la generación de energía de reactores rápidos, pero mientras les prestemos atención, los problemas pueden resolverse. Básicamente, los reactores rápidos no sólo son intrínsecamente seguros sino también muy económicos. En comparación con las centrales nucleares con reactores térmicos, las centrales nucleares con reactores rápidos utilizan entre 60 y 70 veces más combustible nuclear. Al mismo tiempo, los reactores rápidos también pueden quemar actínidos radiactivos de larga vida. Las centrales nucleares de reactor rápido y las centrales nucleares de reactor térmico pueden complementarse entre sí para proporcionar a los seres humanos energía eléctrica segura, económica y limpia. Un país con previsión no descuidará el desarrollo de la energía nuclear con reactores rápidos. Por ejemplo, en 1995, el reactor rápido japonés "Monju" con una capacidad instalada de 280.000 kilovatios realizó con éxito pruebas de generación y suministro de energía. Por tanto, el gobierno japonés. En junio de 1997, anunció que continuaría avanzando en sus planes de desarrollar reactores rápidos y reciclaje de combustible nuclear.
Para 2050, la brecha energética de China alcanzará los mil millones de toneladas de carbón estándar. La gente se ha dado cuenta de que el uso a gran escala de combustibles a base de carbono por parte de los seres humanos se ha convertido en uno de los factores importantes de la contaminación ambiental. Acelerar el desarrollo de la energía nuclear, incluidas las centrales nucleares de reactor rápido, es una de las formas importantes de resolver lo anterior. contradicciones mencionadas. China también concede gran importancia al desarrollo de la tecnología de reactores rápidos, y las autoridades pertinentes han brindado un fuerte apoyo. En 1987, la investigación sobre la tecnología de reactores rápidos se incluyó en el plan nacional de alta tecnología "863", y fue catalogada como el proyecto más grande del programa. ámbito energético del proyecto y prevé construir en un futuro próximo un reactor experimental de neutrones rápidos con una potencia térmica de 65 MW y una potencia eléctrica de unos 20 MW.
En los últimos 10 años, los reactores rápidos del mundo han estado en su punto más bajo. La razón principal es que desde finales de la década de 1970, el desarrollo económico mundial se ha desacelerado y la tasa de crecimiento de la energía y la electricidad. La tasa de crecimiento de las centrales nucleares con reactores térmicos también se ha ralentizado. En consecuencia, el desarrollo de la industria de los reactores rápidos, que es la sucesora de las centrales nucleares con reactores térmicos, también se ha ralentizado. Sin embargo, el desarrollo de reactores rápidos en varios países también es desigual y cada país ha adoptado políticas diferentes en función de sus diferentes condiciones nacionales. En medio del debate en curso sobre los altibajos del "reactor rápido Super Phoenix" en Europa occidental, es razonable que China, como potencia nuclear, aún tome la decisión de comenzar a trabajar en reactores rápidos.
Se puede esperar que los humanos sigan utilizando la energía de fisión durante mucho tiempo.
Los principales problemas existentes en el uso actual de la energía nuclear son:
(1) Baja utilización de recursos. Las aplicaciones industriales son las centrales nucleares con reactores de neutrones térmicos. Aunque el costo de generación de energía es menor que el del carbón, utiliza uranio-235 como combustible y el uranio-238, que representa el 99,3% del uranio natural, no se puede utilizar.
(2) Además del uranio-235 y el plutonio-239 en el combustible gastado quemado, el líquido residual altamente radiactivo restante contiene una gran cantidad de "nucleidos actínidos menores" (MA) y "nucleidos de productos de fisión". "(PP), algunos de los cuales tienen una vida media de más de un millón de años, convirtiéndose en un factor potencial perjudicial para los organismos, y su tecnología de tratamiento final aún no ha sido completamente resuelta.
(3) El reactor es un sistema de soporte sin fuente externa con un coeficiente crítico superior a 1, y sus problemas de seguridad requieren un seguimiento y una mejora continuos.
(4) Se controlan las limitaciones de los requisitos de no proliferación nuclear, es decir, el plutonio-239 generado en los reactores de las centrales nucleares.
De entre estas cuatro preguntas, las dos primeras son más prácticas.
Los reactores reproductores rápidos de neutrones pueden convertir el uranio-238 del uranio natural en plutonio-239 y convertirse en combustible de fisión. Después de décadas de funcionamiento con plutonio-239 o uranio-235, el sistema puede ser "autosuficiente" al depender del uranio-238, y la tasa de utilización del recurso de uranio puede incrementarse entre 60 y 70 veces. Si bien esto es beneficioso para la utilización de los recursos, los otros tres problemas enfrentan desafíos más graves. Además, la carga inicial de los reactores reproductores rápidos debe basarse en un gran inventario de plutonio industrial extraído del combustible gastado de los reactores de neutrones térmicos. Si la central del reactor térmico no ha alcanzado una capacidad instalada considerable, es imposible que los reactores rápidos puedan funcionar. tienen aplicaciones a escala industrial, y en este momento el inventario de desechos líquidos altamente radiactivos ya es extremadamente grande. El método actual para eliminar residuos líquidos altamente radiactivos consiste en solidificarlos, empaquetarlos y enterrarlos en una formación rocosa estable. Aunque este método de eliminación de "postprocesamiento, solidificación y entierro profundo" es factible, a largo plazo no resolverá el problema de las filtraciones a la biosfera.
Por lo tanto, un sistema nuclear ideal debería utilizar uranio natural (o uranio empobrecido) como carga básica del reactor, y permitir que los residuos radiactivos que produce se transduzcan a estados de vida corta (vida media) en décadas) o nucleidos estables. Los desechos generados por el sistema son desechos radiactivos de baja actividad y de vida corta. Este es el sistema de energía nuclear que utiliza plenamente los recursos de uranio y es radiactivamente "limpio" y que actualmente está siendo investigado vigorosamente por la comunidad mundial de ciencia y tecnología nuclear. Las bases físicas y radioquímicas de este sistema son:
(1) Utilizar reacciones nucleares de neutrones para convertir núcleos no fisionables en núcleos fisionables y formar una reserva de suministro estable de núcleos fisionables en el sistema.
(2) Utilice procesos de separación química para extraer MA y PP de líquidos residuales altamente radiactivos y devolverlos al sistema. Bajo ciertas condiciones, el MA se convierte en un recurso de suministro de energía adicional, mientras que el PP absorbe neutrones. en núcleos estables o núcleos de vida corta es el llamado método de separación-transmutación (P-T).
La comunidad de ciencia y tecnología nuclear cree que el sistema de energía nuclear radiactiva "limpia" más prometedor será un acelerador de protones de energía media y alta corriente (de 1 a 1,5 gigaelectrones voltios, decenas de miliamperios o más) y un dispositivo subcrítico (neutrones térmicos o neutrones rápidos) se acoplan entre sí con un proceso de separación radioquímica "in situ" (dispuesto cerca de la fábrica para evitar el contacto con el ambiente externo). Generalmente se denomina ADS (Accelerator Driven Subcritical Device) en. la literatura. Pone en marcha el dispositivo subcrítico con neutrones "externos" producidos por la reacción de espalación de protones de energía media en núcleos pesados. En el proceso de conversión de núcleos no fisionables en núcleos fisionables, por un lado multiplica los neutrones y genera energía, y por un lado. por otro lado multiplica los neutrones y produce energía. Por otro lado, se deja una cierta reserva de neutrones para transmutar el MA o PP autogenerado o importado. El coeficiente de criticidad del dispositivo subcrítico es de aproximadamente 0,95 y el sistema se inicia mediante neutrones "externos". Por lo tanto, en principio, cuando el acelerador deja de funcionar, el dispositivo subcrítico se "apaga" y no hay problema de accidente de criticidad. La entrada a este sistema son principalmente materiales no fisionables como el uranio natural, y la salida es energía eléctrica y desechos radiactivos de baja actividad y de vida corta. La energía eléctrica consumida por el acelerador representa una pequeña fracción de la energía eléctrica generada por el sistema. El MA y el PP producidos en el dispositivo subcrítico se transmutan en el sistema en condiciones apropiadas después de la separación radioquímica "in situ", por lo que no hay problema de propagación a la biosfera. Si se diseña correctamente, este sistema puede funcionar durante mucho tiempo (por ejemplo, de 5 a 10 años) sin cambiar materiales, por lo que el sistema puede tener un factor de carga elevado.
China ha construido tres aceleradores de partículas de clase mundial: el Colisionador de Electrones y Positrones de Beijing, el Acelerador de Iones Pesados de Lanzhou y el Laboratorio Nacional de Radiación Sincrotrón de Hefei, por lo que es necesario disponer de equipos suficientes para construir un acelerador de partículas de nivel medio. Acelerador de protones de energía de potencia técnica.
Por supuesto, todavía existen algunos problemas en los sistemas de energía nuclear radiactiva "limpia" que deben estudiarse más a fondo.
A continuación se ofrece una breve descripción general del problema de los reactores de fusión.
Ninguno de los reactores termonucleares controlados en Rusia y otros lugares ha tenido éxito, y algunos científicos incluso han sugerido que es imposible que algunos reactores termonucleares alcancen el objetivo de producir continuamente energía de fusión en el corto plazo. En vista de esto, el Congreso de los EE.UU. redujo los créditos para la investigación de la fusión nuclear en un 33% en 1996. El grupo de expertos en fusión nuclear de los EE.UU. recomendó, basándose en la situación financiera, cerrar el reactor de Princeton de mil millones de dólares e invertir los fondos limitados en el reactor nuclear planeado. al Reactor Experimental Termonuclear Internacional. Este reactor de fusión nuclear, que Estados Unidos, Rusia, Japón y los principales países europeos planean construir con una inversión conjunta de fondos y tecnología, estará terminado en 2050. La comunidad científica de fusión nuclear lo considera una nueva esperanza para una gran avance en la investigación mundial sobre fusión nuclear.
Dado que el Reactor Experimental Termonuclear Internacional todavía está sólo en el papel, el cierre del reactor de Princeton indica que el sueño de 50 años de la humanidad sobre la energía de fusión nuclear enfrentará un “futuro impredecible”.
Mikhailov, el famoso físico teórico y ministro de energía nuclear ruso, cree que el éxito de la tecnología de la energía nuclear proviene de la especificidad de su tema y de la claridad de sus objetivos, mientras que la cuestión de la tecnología de la energía de fusión nuclear es "siempre vago". Cree que la energía de fusión nuclear aparecerá definitivamente en el futuro, "pero sólo aparecerá en el siglo XXII".
Sin embargo, la visión de Mikhailov es completamente diferente del plan del Reactor Experimental Termonuclear Internacional. Según la decisión de la reunión del comité de planificación de San Petersburgo celebrada en el verano de 1996, la ubicación del reactor experimental se determinará en 1997. El reactor experimental estará terminado y puesto en funcionamiento en 2008, y se construirá un reactor comercial. construirse en una docena de años. Velikhov, un acreditado físico nuclear ruso y ex vicepresidente de la Academia de Ciencias de Rusia, que funge como presidente del comité, también predijo nuevamente en 1996 que la energía de fusión nuclear se convertirá en una realidad en 30 a 40 años.
En cualquier caso, este trabajo debe realizarse de forma continua, porque es la esperanza de solucionar el futuro problema energético de la humanidad.
En China, el Laboratorio de Tecnología Experimental de Circuladores pasó la inspección de aceptación organizada por la Corporación de la Industria Nuclear de China en 1997 en el Instituto de Física de la Industria Nuclear del Suroeste. Como resultado, se completó el primer laboratorio clave de China para la investigación de la fusión nuclear controlada.
Desde la finalización del China Circulator No. 1 en 1984 y del nuevo China Circulator No. 1 en 1995, el Instituto de Física de la Industria Nuclear del Suroeste ha llevado a cabo una gran cantidad de trabajos de investigación y ha logrado una gran cantidad de resultados de investigaciones científicas. Sus capacidades integrales en términos de corriente de plasma, densidad y temperatura del plasma, duración de la descarga y otros parámetros, así como tecnología de diagnóstico de plasma, capacidades de adquisición y procesamiento de datos y tecnología de calentamiento asistido por plasma se encuentran entre las mejores del mundo para dispositivos del mismo tipo y escala.