Reactor refrigerado por tubo de calor

Un reactor refrigerado por tubos de calor ( HPR , por sus siglas en inglés) es un tipo de reactor nuclear que se refrigera mediante tubos de calor . El uso de tubos de calor pasivos en lugar de un refrigerante nuclear bombeado elimina la necesidad de sistemas complejos de bombeo de refrigerante. Dado que los tubos de calor son dispositivos pasivos, los HPR pueden ser muy compactos y seguros desde el punto de vista pasivo .

El primer microrreactor refrigerado por tubos de calor fue la Demostración con Fisiones de Tope Plano, llevada a cabo por la NASA y el Departamento de Energía de los Estados Unidos . El 13 de septiembre de 2012, el experimento produjo 24  W de electricidad utilizando un motor Stirling alimentado desde el reactor a través de tubos de calor. ^{[ 1 ]}

Los tubos de calor son tubos cerrados que utilizan un material de cambio de fase interno para transferir calor de manera eficiente. Un fluido de trabajo absorbe calor y se evapora en un extremo del tubo, luego circula naturalmente hacia el otro extremo donde se condensa y deposita su calor. El fluido condensado regresa por capilaridad al evaporador a través de una mecha que recorre el tubo de calor. En aplicaciones nucleares, el fluido de trabajo suele ser un metal alcalino . El uso del calor latente del fluido de trabajo permite una transferencia de calor pasiva y altamente eficiente. ^{[ 2 ]}

Los reactores nucleares requieren algún mecanismo de disipación de calor, tanto para evitar el sobrecalentamiento como para generar energía. El uso de tubos de calor en lugar de un refrigerante nuclear bombeado elimina la necesidad de sistemas de bombeo de refrigerante y simplifica significativamente el diseño del núcleo. Los reactores refrigerados por tubos de calor se consideran intrínsecamente seguros y altamente resistentes a fallas puntuales y accidentes por pérdida de refrigerante . ^{[ 3 ]} Los tubos de calor pueden utilizarse para fabricar microrreactores altamente compactos . ^{[ 4 ]} Si bien los tubos de calor son sencillos en sus principios de funcionamiento, incorporan fenómenos altamente complejos que combinan cambio de fase, acción capilar y flujo turbulento bifásico. Estos fenómenos generan una gran incertidumbre en las capacidades de transferencia de calor y han sido objeto de una investigación significativa. ^{[ 2 ]}

Los reactores refrigerados por tubos de calor se han investigado desde la década de 1960. Los reactores espaciales , incluidos SNAP-10A , Romashka y TOPAZ, utilizaron tubos de calor para facilitar la transferencia de calor en sus generadores termoeléctricos . El Laboratorio Nacional de Los Alamos (LANL) propuso en la década de 1960 desarrollar un reactor refrigerado con tubos de calor; sin embargo, la investigación en reactores de alta presión (HPR) se vio gravemente limitada por problemas con los materiales y la eficiencia de los generadores termoeléctricos. Para la década de 1990, la investigación se había interrumpido en gran medida tras la cancelación de los programas espaciales. ^{[ 3 ]}

La investigación se reanudó a principios de la década de 2000. LANL propuso el reactor de exploración de Marte operado por tubos de calor (HOMER) en 2002, que sentó las bases para los diseños modernos de HPR. ^{[ 3 ]} El programa Kilopower de la NASA cambió el enfoque a diseños simplificados, lo que llevó al proyecto Demostración utilizando fisiones de techo plano (DUFF). Este experimento, realizado con LANL, demostró el primer reactor refrigerado por tubos de calor el 13 de septiembre de 2012. DUFF utilizó un motor Stirling para generar 24 W de electricidad a partir del calor suministrado desde el núcleo del reactor por tubos de calor. ^{[ 1 ] [ 3 ]} En 2015, la NASA comenzó el reactor de kilovatios utilizando tecnología Stirling (KRUSTY) para desarrollar un prototipo completo de HPR. El prototipo KRUSTY completó un ciclo de potencia completo en 2018. ^{[ 3 ]} KRUSTY operó con éxito durante 24 horas a más de 800 °C (1470 °F) y demostró la capacidad de los HPR para responder a las condiciones y transitorios del reactor. ^{[ 4 ]}   

Westinghouse desarrolló el microrreactor eVinci, un pequeño sistema de energía HPR modular y transportable que utiliza combustible TRISO , considerado el primer diseño comercial de HPR. ^{[ 3 ]} La empresa tenía la intención de construir su primera planta en Canadá y presentó una solicitud de revisión de licencia a la Comisión Canadiense de Seguridad Nuclear en 2023. ^{[ 3 ]} El proyecto se canceló en 2025, ya que la empresa cambió a solicitudes gubernamentales. En 2024, Westinghouse fue seleccionada para construir y operar un prototipo de reactor eVinci en el Laboratorio Nacional de Idaho . ^{[ 5 ]} En 2026, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos seleccionó a Westinghouse para construir un reactor eVinci en la Base de la Fuerza Aérea Malmstrom para 2030 como parte de su programa de Energía Nuclear Avanzada para Instalaciones. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

• Reactor refrigerado por metal líquido : reactor nuclear en el que el refrigerante es metal líquido.