TerraPower

TerraPower eligió los reactores de onda viajera (TWR) como su tecnología principal. Su principal ventaja es la alta utilización del combustible que no requiere reprocesamiento nuclear y podría eliminar la necesidad de enriquecer uranio. ^{[ 24 ]} Los TWR están diseñados para convertir in situ nucleidos fértiles no fisionables ( U-238 ) en nucleidos fisionables ( Pu-239 ) y luego trasladar la producción de energía de la región "quemada" a la región "generada". Esto permite los beneficios de un ciclo de combustible cerrado sin el costo ni el riesgo de proliferación de las plantas de enriquecimiento/reprocesamiento. Durante la fabricación, se podría incluir en el reactor suficiente combustible para entre 40 y 60 años de operación. El reactor podría instalarse bajo tierra, donde podría operar durante aproximadamente 100 años. ^{[ 25 ]} TerraPower describió el diseño de su reactor como un diseño de Generación IV . ^{[ 26 ]}

El reactor TWR coloca un pequeño núcleo de combustible enriquecido en el centro de una masa mucho mayor de material no fisionable , en este caso uranio empobrecido . Los neutrones de la fisión en el núcleo generan nuevo material fisionable en la masa circundante, produciendo plutonio-239 . Con el tiempo, se genera suficiente combustible en el área que rodea el núcleo como para que este pueda sufrir fisión, lo que permite aproximar una composición de reactor en estado estacionario moviendo las barras de combustible exteriores hacia el núcleo a medida que las barras de combustible originales del núcleo se mueven hacia la periferia. ^{[ 27 ]}

Al utilizar uranio empobrecido como combustible, el nuevo tipo de reactor podría reducir las reservas de uranio empobrecido. ^{[ 28 ]} TerraPower señala que EE. UU. posee 700 000 toneladas métricas de uranio empobrecido y que 320 toneladas métricas podrían abastecer de energía a 100 millones de hogares durante un año. ^{[ 29 ]} Los informes afirman que la alta eficiencia de combustible del TWR, combinada con la capacidad de utilizar uranio recuperado del agua de río o de mar, significa que hay suficiente combustible disponible para generar electricidad para 10 mil millones de personas a los niveles de consumo per cápita de EE. UU. durante escalas de tiempo de millones de años. ^{[ 27 ]}

El 6 de noviembre de 2009, ejecutivos de TerraPower y Bill Gates visitaron las fábricas de Toshiba en Yokohama y Keihin, Japón , y concluyeron un acuerdo de confidencialidad con ellas el 1 de diciembre. ^{[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]} Toshiba había desarrollado un reactor ultracompacto, el 4S , que podía operar durante 30 años sin manipulación de combustible y generaba 10 megavatios. ^{[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]} Algunas de las tecnologías del 4S se consideran transferibles a los TWR. ^{[ 31 ]}

Durante el proceso de investigación y desarrollo , el marco conceptual fue simulado por supercomputadoras con evidencia empírica de viabilidad teórica. En 2015, TerraPower firmó un acuerdo con China National Nuclear Corporation para construir un reactor TWR en China. ^{[ 35 ]} Sin embargo, tras la restricción de la transferencia de tecnología nuclear con China impuesta por la administración Trump , TerraPower canceló el proyecto en enero de 2019. ^{[ 35 ]}

En octubre de 2015, se informó que la empresa estaba investigando un diseño de reactor de sales fundidas de espectro rápido con Southern Company como una alternativa tecnológica. ^{[ 36 ] [ 37 ]}

En febrero de 2022, se anunció que las dos compañías habían acordado construir un reactor de sales fundidas de espectro rápido de demostración, el Experimento de Reactor de Cloruro Fundido, en el Laboratorio Nacional de Idaho (INL). ^{[ 38 ]} El reactor de prueba se construirá en el banco de pruebas LOTUS del INL y utilizará sal líquida de NaCl - UCl ₃ como refrigerante, lo que le permitirá operar en un espectro rápido utilizando el cloruro de uranio disuelto como combustible. ^{[ 39 ]} Sería el primer reactor de sales fundidas de espectro rápido jamás construido. ^{[ 39 ]}

En 2023, el Departamento de Energía de Estados Unidos anunció que el reactor de prueba utilizaría combustible de uranio altamente enriquecido (HEU) con hasta un 90 % ^{de 235}U , lo que contradice el proyecto a largo plazo del país para eliminar el HEU de todos los reactores. ^{[ 40 ]}

En diciembre de 2025, INL anunció que había fabricado el primer lote de combustible de sal de cloruro para MCRE. ^{[ 41 ]}

El reactor Natrium es un reactor rápido refrigerado por sodio de 345  MW _e acoplado a un sistema de almacenamiento de energía de sales fundidas de  1 GWh . El sistema de almacenamiento de energía permite a la central eléctrica aumentar temporalmente su producción eléctrica a 500 MW _e , lo que le permite integrarse con recursos renovables. ^{[ 42 ]} La central eléctrica está diseñada para ser capaz de seguir la carga utilizando su sistema de almacenamiento de energía. ^{[ 43 ]} El reactor produciría una producción constante de 345 MW _e , mientras que el sistema de almacenamiento de energía regularía rápidamente su producción entre 100 MW _e y 500 MW _e sin necesidad de ajustar la reactividad. ^{[ 42 ]} El sodio ofrece un rango de temperatura de 785 Kelvin entre sus estados sólido y gaseoso, casi 8 veces mayor que el rango de 100 Kelvin del agua. Puede absorber grandes cantidades de calor sin necesidad de presurización y no corre el riesgo de descomponerse a altas temperaturas como el agua.    

Natrium utiliza principalmente aceros inoxidables austeníticos para componentes en contacto con sodio fundido. Debido a la naturaleza de estos componentes, se forma una capa protectora de óxido en los aceros en presencia del sodio, lo que inhibe la corrosión. ^{[ 44 ]} Se han implementado sistemas de monitoreo de corrosión mediante pruebas ultrasónicas para detectar posibles problemas. El mantenimiento y las inspecciones periódicas ayudan a identificar y abordar los problemas de corrosión antes de que se agraven.

El combustible de sodio se fabrica a partir de uranio de bajo enriquecimiento y alta concentración ( HALEU ), con un 20 por ciento de uranio-235 . ^{[ 45 ] [ 46 ]} Las barras de combustible consisten en lingotes de uranio metálico con revestimiento de acero inoxidable . Si bien este combustible metálico tiene un punto de fusión más bajo que las pastillas cerámicas _de UO₂ utilizadas en los reactores de agua ligera, tiene una mayor conductividad térmica, lo que lo mantiene más frío durante su uso.

Las barras de control de Natrium descienden únicamente por gravedad en caso de daños o fallos en el equipo, mientras que el reactor puede enfriarse mediante circulación natural en caso de un fallo de alimentación. ^{[ 43 ]} La potencia de salida es constante, de 345  MWe. La planta está diseñada para funcionar al 100 % de su capacidad, las 24 horas del día, los 7 días de la semana. El sistema de almacenamiento está diseñado para funcionar en conjunto con fuentes de energía intermitentes, adaptándose a su producción variable. Puede producir el 150 % de la potencia nominal, o 500  MWe, durante 5,5 horas. ^{[ 43 ]}

Natrium utiliza sodio líquido como refrigerante, eliminando el costo de usar un circuito primario de alta presión. Luego transfiere ese calor a la sal fundida, que puede almacenarse en tanques y usarse para generar vapor bajo demanda, lo que permite que el reactor funcione continuamente a potencia constante, al tiempo que permite la generación de electricidad despachable . ^{[ 5 ]}