El acelerador de partículas pretende reducir la radiación de residuos nucleares en un 99,7 por ciento

Transmutación

23 de febrero de 2026 19:33
Robert Klatt

Los elementos combustibles gastados de las centrales nucleares sólo alcanzan el nivel de radiación del mineral de uranio natural después de 100.000 años. Una nueva tecnología basada en los aceleradores de partículas existentes pronto debería reducir en gran medida la radiación mediante transmutación y, por tanto, acortar el tiempo de almacenamiento a 300 años.

Noticias de Newport (Estados Unidos). Una central nuclear típica con alrededor de 1.000 megavatios (MW) de producción eléctrica produce entre 20 y 30 toneladas de elementos combustibles gastados altamente radiactivos, así como otros desechos radiactivos de nivel bajo y medio, al año. El nivel de radiación de los elementos combustibles gastados y no tratados sólo alcanza el nivel del mineral de uranio natural después de unos 100.000 años. Por lo tanto, los residuos altamente radiactivos deben almacenarse de forma segura para que ninguna sustancia radiactiva pueda escapar al medio ambiente. Sin embargo, la mayoría de los países, incluida Alemania, aún no cuentan con instalaciones de almacenamiento final adecuadas y, por lo tanto, tienen que almacenar sus residuos nucleares peligrosos en instalaciones de almacenamiento provisional.

Investigadores de la Instalación del Acelerador Nacional Thomas Jefferson (TJNAF) están trabajando en nombre del Departamento de Energía (DOE) en el desarrollo técnico de la tecnología de acelerador de partículas existente con el objetivo de reducir significativamente la radiación radiactiva de los desechos nucleares.

"Basándonos en nuestro propio éxito en el desarrollo de tecnologías de aceleradores de vanguardia que permiten descubrimientos científicos, confiamos en que podemos hacer una contribución con las experiencias que hemos adquirido durante las últimas décadas".

La transmutación tiene como objetivo hacer que los desechos nucleares sean inofensivos.

Según los científicos, los 8,17 millones de dólares del programa de financiación Nuclear Energy Waste Transmutation Optimized Now (NEWTON) se utilizarán para desarrollar durante los próximos 30 años una tecnología que pueda tratar todos los residuos nucleares de la industria nuclear de Estados Unidos.

El foco de la investigación es el desarrollo de un proceso económicamente válido para la transmutación de residuos nucleares. Para ello, los investigadores trabajan en el desarrollo de sistemas impulsados ​​por aceleradores con los que se puedan convertir residuos altamente radiactivos en sustancias menos radiactivas y con una vida media más corta. Un sistema impulsado por acelerador (ADS) utiliza una combinación de un acelerador de partículas y un material objetivo, como el mercurio líquido. Cuando los protones de alta energía chocan con este material, se liberan neutrones que se dirigen hacia los contenedores que contienen los residuos nucleares radiantes.

"Estos neutrones interactuarán con estos isótopos no deseados y los convertirán en isótopos más manejables que pueden usarse para un propósito útil o almacenarse bajo tierra. Por ejemplo, en lugar de tener un período de almacenamiento de 100.000 años, se puede acortar el período de almacenamiento a 300 años".

Nuevos materiales para una mayor eficiencia

El primer proyecto se centra en optimizar la eficiencia de los componentes SRF en los sistemas ADS. En los sistemas actuales, sus estructuras resonadoras están hechas de niobio de gran pureza, que se vuelve superconductor a temperaturas extremadamente bajas. Sin embargo, esto requiere un enfriamiento criogénico complejo. Sin embargo, los científicos han descubierto que recubrir las superficies internas del niobio con estaño puede aumentar la eficiencia. Esto significa que los componentes pueden funcionar a temperaturas más altas y posiblemente funcionar con sistemas de refrigeración convencionales.

"Estos se basan en el diseño probado del resonador Spallation Neutron Source, pero integraremos el nuevo material de estaño en este diseño existente. Esto luego se probará con nuestros socios en el Laboratorio Nacional Oak Ridge".

Los investigadores también están trabajando en el desarrollo de nuevos resonadores SRF con una geometría más compleja para aumentar la eficiencia y la producción de neutrones.

"Diseñaremos, construiremos y probaremos una nueva clase de resonadores llamados Spoke Cavity. Lo más probable es que todo el sistema se base en esta tecnología SRF, por lo que será una innovación que agregará valor adicional".

Suministro de energía para los resonadores SRF

En el segundo proyecto, los científicos trabajan para mejorar el suministro de energía a los resonadores SRF con magnetrones. Estos componentes, que también están integrados en las microondas, proporcionan la potencia de alta frecuencia en los aceleradores con los que los resonadores SRF impulsan los haces de partículas. Es fundamental que la frecuencia del magnetrón coincida con la frecuencia de resonancia del acelerador.

"Necesitamos mucha energía, 10 megavatios o más, por lo que la eficiencia se convierte en un factor crucial".

Para lograr el máximo rendimiento a 805 megahercios (MHz), los científicos están trabajando con Stellant Systems, una empresa que es uno de los principales fabricantes de magnetrones.

"Stellant tiene la tarea de diseñar y crear prototipos de este nuevo magnetrón, y trabajaremos con General Atomics y el Laboratorio Nacional Oak Ridge para realizar la prueba de unificación de energía. Ese es el objetivo principal: demostrar alta potencia y alta eficiencia a 805 megahercios".

Ambos proyectos tienen como objetivo desarrollar tecnologías comercialmente utilizables que pronto ayudarán a reducir significativamente el problema de los residuos nucleares.

Fuente:

Comunicado de prensa de Instalación del Acelerador Nacional Thomas Jefferson (TJNAF)