Los investigadores están desarrollando un modelo avanzado para mejorar la seguridad de los reactores de próxima generación

Los investigadores están desarrollando un modelo avanzado para mejorar la seguridad de los reactores de próxima generación

Los reactores de lecho de grava utilizan la circulación natural pasiva para enfriar, lo que teóricamente evita que ocurra la fusión del núcleo. Fuente: Dr. Jean Ragusa y Dr. Mauricio Eduardo Tano Retamales / Texas A&M University Engineering

Cuando Japón fue golpeado por uno de los terremotos modernos más grandes el 11 de marzo de 2011, los reactores nucleares de Fukushima-Daiichi se apagaron automáticamente, según el diseño. Los sistemas de emergencia que ayudarían a mantener el enfriamiento del núcleo necesario fueron destruidos por el tsunami sucesivo. Como el reactor ya no podía enfriarse por sí solo, el núcleo se sobrecalentó, lo que provocó un derretimiento nuclear severo diferente a todo lo visto desde el desastre de Chernobyl en 1986.

Desde entonces, los reactores han mejorado exponencialmente en términos de seguridad, durabilidad y eficiencia. A diferencia de los reactores de agua ligera de Fukushima que tenían refrigerante líquido y combustible de uranioLa generación actual de reactores ofrece una variedad de opciones de enfriamiento, que incluyen mezclas de sales fundidas, agua supercrítica e incluso gases como el helio.

El Dr. Jean Ragusa y el Dr. Mauricio Eduardo Tano Retamales del Departamento de Ingeniería Nuclear de la Universidad A&M en Texas estudiaron la nueva cuarta generación reactor, Guijarroreactores de lecho. Los reactores de lecho de grava utilizan elementos combustibles esféricos (conocidos como guijarros) y un refrigerante líquido (generalmente gas).

“Hay alrededor de 40.000 piedras de combustible en un reactor como este”, dijo Ragusa. “Piense en el reactor como un cubo realmente grande con 40.000 pelotas de tenis en su interior”.

Durante un accidente, cuando el gas en el núcleo del reactor comienza a calentarse, el aire frío de abajo comienza a subir, un proceso conocido como enfriamiento por convección natural. Además, las piedras de combustible están hechas de carbón pirolítico y partículas isotrópicas triestructurales, lo que las hace resistentes a temperaturas de hasta 3,000 grados Fahrenheit. Como reactor de alta temperatura (VHTR), los reactores de lecho de grava pueden enfriarse mediante circulación natural pasiva, lo que teóricamente evita que ocurra un accidente como el de Fukushima.

Sin embargo, durante el funcionamiento normal, el flujo a alta velocidad enfría los guijarros. Este flujo crea movimiento alrededor y entre los guijarros de combustible, al igual que una ráfaga de viento cambia la trayectoria de una pelota de tenis. ¿Cómo explica la fricción entre guijarros y el efecto de esta fricción en el proceso de enfriamiento?

Esta es la pregunta que Ragusa y Tano querían responder en su reciente publicación en la revista. Tecnología nuclear titulado “Dinámica de fluidos computacional acoplada – Prueba de elementos discretos de flujos de derivación en un reactor de lecho de grava”.

“Establecimos la ubicación de estas” pelotas de tenis “utilizando el método de elementos discretos, que tuvo en cuenta el movimiento causado por el flujo y la fricción entre todas las pelotas de tenis, dijo Tano. “Emparejado con Modelo luego se prueba para mediciones térmicas en el experimento SANA ”.

El experimento SANA se llevó a cabo a principios de la década de 1990 y midió cómo cambiaban los mecanismos en un reactor cuando se transfirió calor desde el centro del cilindro al exterior. Este experimento permitió a Tano y Ragusa obtener un estándar con el que pudieran verificar sus modelos.

Como resultado, sus equipos desarrollaron un modelo de dinámica de fluidos computacional combinado y métodos de elementos discretos para estudiar el flujo de grava. Este modelo ahora se puede aplicar a todos los reactores de grava de alta temperatura y es el primero modelo computacional este tipo. Son herramientas de muy alta precisión, como la que permite a los minoristas desarrollar mejores reactores.

“Nuestros modelos computacionales nos ayudan a evaluar con mayor precisión varios fenómenos físicos en el reactor”, dijo Tano. “Como resultado, los reactores pueden funcionar con un margen más alto, produciendo teóricamente más energía, al tiempo que aumenta la seguridad del reactor. Hacemos lo mismo con nuestros modelos de reactores de sales fundidas para el Departamento de Energía “.

Como inteligencia artificial está en constante evolución, sus aplicaciones para el modelado y simulación computacional están aumentando. “Estamos en un momento muy emocionante en el campo”, dijo Ragusa. “También alentamos a los estudiantes potenciales que estén interesados ​​en el modelado por computadora a que se pongan en contacto con nosotros, ya que esperamos que este campo esté disponible durante mucho tiempo”.


Software comercial de simulación de reactores nucleares

Más información:
Mauricio E. Tano et al, Dinámica de fluidos computacional acoplada – Estudio del método de elementos discretos de los flujos de derivación en un reactor de lecho de guijarros, Tecnología nuclear (2021). DOI: 10.1080 / 00295450.2020.1820830

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