Por qué el reactor de sales fundidas debería ser nuestro próximo gran paso para las necesidades terrestres y extraplanetarias

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Un nuevo tipo de reactor nuclear podría ayudar a avanzar en los esfuerzos para desarrollar sistemas de energía y propulsión nuclear espacial (crédito: NASA)


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Abordar el cambio climático, especialmente la reducción de las emisiones de dióxido de carbono y al mismo tiempo producir la energía necesaria, está involucrando a la humanidad en todo el mundo y es probable que ocupe aún más a la Administración Biden y sus sucesores. Al desarrollar varias tecnologías, también se debe tener en cuenta otra solución potencial que es mucho más simple, económica y rápida de implementar, mientras esperamos otras soluciones como la fusión controlada. En el último año Francia otro algunos países de la UE anunciaron su intención de optar por la energía nuclear para sus necesidades energéticas. China también se preparó para probar un reactor nuclear alimentado con torio en septiembre de 2021, aunque no ha habido información disponible sobre los resultados de las pruebas desde entonces.

“Nuke” se ha convertido en una palabra de cuatro letras debido a los diseños anteriores que utilizan uranio-235 como combustible sólido: un diseño de reactor incorrecto debido a la necesidad de plutonio para las bombas nucleares en la década de 1960. No los necesitamos en la misma medida. Deberían eliminarse gradualmente: seguramente no es una buena noticia para la industria nuclear actual, pero, francamente, no debería importar. Eso era entonces, esto es ahora. Estamos en una situación diferente ahora, y con diferentes prioridades relacionadas con el clima y la energía. Necesitamos un replanteamiento.

Esta visión resolverá mil veces el problema energético mundial con cero emisiones de dióxido de carbono durante la operación. Y esta promesa se extiende al espacio.

La energía nuclear fue promocionada como una fuente increíble de energía casi infinita para la humanidad en la década de 1950. Pero incluso de forma controlada como en los reactores nucleares, parecía peligroso con una amenaza casi constante de explosión debido a la presión de 200-300 atmósferas necesaria para mantener el agua refrigerante en forma líquida, lo que requería un alto grado de monitoreo y redundancia del doble al triple, aumentando el costo es enorme, como lo sigue siendo en la mayoría de los reactores en todo el mundo, ya que la gran mayoría de ellos son reactores de agua ligera (o pesada) (LWR). Esos peligros se previeron correctamente con los eventos de Three Mile Island, Chernobyl y Fukushima. ¿Qué pasa si esta amenaza puede ser eliminada?

¿Y si podemos encontrar una solución que no necesite esas altas presiones? Puede que tengamos. Más específicamente, es el Reactor de sales fundidas de torio (TMSR) o el Reactor de torio de fluoruro líquido (LFTR), siendo el denominador importante el torio disuelto en sal fundida caliente que no se usa como refrigerante, sino como fuente de energía, que funciona casi a la presión del nivel del mar. Y el torio deja solo un 1% de isótopos radiactivos, a diferencia del 95% del U235. ¿Qué más queremos?

¿Por qué no podemos concluir que la forma en que lo hicimos estuvo mal en lugar del acto? Ahora es el momento de implementarlo. Dar a los ingenieros la capacidad de diseñarlo.

El torio, Th232, es 500 veces más abundante que el U235 y ofrece una solución significativamente diferente y mejor. Ya no es la nuclear de nuestros abuelos. Es muy diferente. Nosotros como país tenemos que investigarlo.

La energía de enlace de la fuerza nuclear fuerte ofrece casi un millón de veces más energía por kilogramo que la liberación química de los combustibles fósiles, que se basa en electrones. No pudimos aprovechar este potencial hasta ahora. Ahora podemos. En los últimos 50 años, en consecuencia y desafortunadamente, tuvimos que ir a la ruta de los combustibles fósiles, agregando no solo dióxido de carbono sino también contaminantes mortales en el aire. No necesitamos carbón, petróleo o fracking. Con esta solución, que ofrece energía las 24 horas del día, los 7 días de la semana, combinada incluso con energía solar terrestre intermitente y quizás eólica, podemos resolver nuestro problema de necesidad de energía durante mil años con cero adición de dióxido de carbono.

Una tonelada de torio equivale aproximadamente a cinco millones de barriles de petróleo. Operará una planta térmica de 2,6 gigavatios durante un año completo. Con una eficiencia del 50% incorporada para la conversión, proporcionará 1,3 gigavatios de energía eléctrica. Alrededor de 600 a 800 plantas de este tipo proporcionarán toda la energía que necesitamos en este país, por lo que se necesitan alrededor de mil toneladas de torio por año, sin agregar dióxido de carbono u otros contaminantes al aire. Con reservas estadounidenses de 595.000 toneladas de torio, tenemos suficiente para durarnos 600 años al ritmo actual. Para entonces, hay pocas dudas de que habremos descifrado el enigma de la fusión controlada, dándonos una larga oportunidad de vida.

Es posible volar un vehículo en Marte utilizando el calor generado a través de TMSR a velocidades subsónicas sin necesidad de combustible combustible. ¡Solo 10 gramos de Th232 harán volar el vehículo durante una órbita completa alrededor de Marte!

Esta visión resolverá mil veces el problema energético mundial con cero emisiones de dióxido de carbono durante la operación, y puede ser la forma más barata de producción de energía para nosotros. Ha llegado el momento de aprovechar esta maravilla tecnológica. No sería justo negarlo a nosotros, y quizás a algunos otros países en el futuro. Uno espera que esta administración le preste atención y encuentre un camino razonable para todos nosotros.

Y esta promesa se extiende al espacio. Con la sal fundida llevada a través de las tuberías a donde se necesita (a diferencia de NERVA), ahora podemos primero transferir calor (el Intercambiador de calor 1 en la imagen a continuación) a una sal fundida no radiactiva y luego usarla para calentar hidrógeno a través del Intercambiador de calor 2 El escape de la tobera del cohete será entonces gas hidrógeno no radiactivo con ~700 segundos de impulso específico y mucho más ligero, ya que no se necesitan contenciones de alta presión, lo que hace que la combinación sea atractiva a nivel del sistema. Si bien no se usa para la etapa de refuerzo del cohete, las etapas superiores podrían convertirse en candidatos viables para la propulsión.

reactor para propulsión espacial siagram

Casi más importante, habiendo llegado a un destino fuera del planeta (la Luna o Marte, por ejemplo), este reactor de etapa superior se puede reutilizar para proporcionar energía térmica o electricidad utilizando un ciclo de turbina de dióxido de carbono de circuito cerrado para hábitats o equipos.

reutilización de TMSR en la Luna o Marte

Es posible volar un vehículo en Marte utilizando el calor generado a través de TMSR a velocidades subsónicas sin necesidad de combustible combustible. Esto puede prometer un inmenso potencial para el acceso a cualquier parte de Marte sin propulsor químico extraído de la Tierra. ¡Solo 10 gramos de Th232 harán volar el vehículo durante una órbita completa alrededor de Marte! Esto podría ser muy útil para las colonias marcianas del futuro para experimentación, mapeo y transporte.

El torio también ha sido detectado en la Luna por Chang’e-2. Para empezar, un kilogramo de torio tomado de la Tierra puede soportar una planta térmica de 2,6 megavatios durante un año. Imagine diez plantas de este tipo en diez lugares diferentes con diez kilogramos de torio tomados de la Tierra y la sal asociada, que eventualmente se volverá autosuficiente con el torio lunar.

Una solución necesaria sería que la clase política lidere y el antagonismo antinuclear (contra la palabra “nuclear”) al menos se disipe y se dé cuenta de que la vehemencia en su contra está perjudicando a miles de millones de personas de color en todo el mundo a través de la contaminación mientras nos mantiene alejados. de un futuro sin carbono.

Comencemos poco a poco. Para empezar, algunas plantas pequeñas, incluso a nivel universitario, pueden ayudar a solucionar los problemas y luego expandirse lentamente durante la próxima década para proporcionar energía libre de fósiles a nuestro país, para empezar. Compartir esta tecnología, o no, con otros países está por encima de mi nivel salarial y se dejaría que la administración decidiera.


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