Laboratorio Nacional de Idaho

Una parte de este programa para desarrollar centrales nucleares mejoradas es la " Central Nuclear de Próxima Generación " o NGNP, que demostraría una nueva forma de utilizar la energía nuclear para algo más que electricidad. El calor generado por la fisión nuclear en la central podría proporcionar calor de proceso para la producción de hidrógeno y otros fines industriales, además de generar electricidad. La NGNP utilizaría un reactor de gas de alta temperatura ^{[ 10 ]} , que contaría con sistemas de seguridad redundantes que se basan en procesos físicos naturales más que en la intervención humana o mecánica.

El INL colaboró ​​con la industria privada para desarrollar el NGNP entre 2005 y 2011. El Departamento de Energía de los Estados Unidos le encargó liderar este proyecto en virtud de la Ley de Política Energética de 2005. [ ^{11 ] Desde} 2011, el proyecto se encuentra estancado y se ha interrumpido su financiación. El diseño de este reactor pertenece actualmente a Framatome.

El programa de Investigación y Desarrollo del Ciclo del Combustible busca contribuir a la expansión de los beneficios de la energía nuclear abordando algunos de los problemas inherentes al ciclo de vida actual del combustible de los reactores nucleares en Estados Unidos. Estos esfuerzos se esfuerzan por lograr una expansión de la energía nuclear segura, confiable, económica y sostenible.

Actualmente, Estados Unidos, al igual que muchos otros países, emplea un ciclo de combustible nuclear "abierto", en el que el combustible de las centrales nucleares se utiliza una sola vez y luego se almacena indefinidamente. Uno de los objetivos principales del FCRD es investigar, desarrollar y demostrar métodos para "cerrar" el ciclo del combustible, de modo que este se reutilice o recicle en lugar de almacenarse antes de que se haya utilizado toda su energía. El INL coordina muchos de los esfuerzos de investigación nacionales del FCRD, entre los que se incluyen:

• Continuar con las actividades críticas de investigación y desarrollo (I+D) del ciclo del combustible.
• Continuar con el desarrollo de un marco normativo y regulatorio para apoyar el cierre del ciclo de combustibles.
• Desarrollo de tecnologías desplegables
• Establecer elementos avanzados del programa de modelado y simulación
• Implementación de un programa de I+D basado en la ciencia ^{[ 12 ]}

El Programa de Sostenibilidad de Reactores de Agua Ligera apoya los esfuerzos nacionales para realizar la investigación y recopilar la información necesaria para demostrar si es seguro y prudente solicitar prórrogas más allá de los 60 años de vida útil.

El programa tiene como objetivo extender de forma segura y económica la vida útil de las más de 100 centrales nucleares generadoras de electricidad en los Estados Unidos. El programa reúne información técnica, realiza investigaciones importantes y organiza datos que se utilizarán en las solicitudes de extensión de licencia. ^{[ 13 ]}

El reactor de pruebas avanzadas del INL es un reactor de investigación ubicado aproximadamente a 80 km (50 millas ) de Idaho Falls, Idaho. 

El Departamento de Energía designó al Reactor Avanzado de Pruebas (ATR) como Instalación Nacional de Uso Científico en abril de 2007. Esta designación permitió que grupos de investigación científica liderados por universidades utilizaran la instalación y les brindó acceso gratuito al ATR y a otros recursos del INL y de las instalaciones asociadas. ^{[ 14 ]} Además de una convocatoria continua de propuestas con dos fechas límite al año, el INL organiza una "Semana de Usuarios" anual y una sesión de verano para familiarizar a los investigadores con las capacidades de la instalación disponibles para ellos.

Los Programas Universitarios de Energía Nuclear del Departamento de Energía (DOE) proporcionan financiación para subvenciones de investigación universitaria, becas, ayudas económicas y mejoras de infraestructura.

Por ejemplo, en mayo de 2010, el programa otorgó $38 millones para 42 proyectos de I+D liderados por universidades en 23 universidades de Estados Unidos en 17 estados. En el año fiscal 2009, el programa otorgó alrededor de $44 millones a 71 proyectos de I+D y más de $6 millones en subvenciones para infraestructura a 30 universidades y colegios de Estados Unidos en 23 estados. ^{[ 15 ]} El Centro de Estudios Avanzados de Energía del INL administra el programa para el DOE. CAES es una colaboración entre el INL y las tres universidades públicas de investigación de Idaho: la Universidad Estatal de Idaho, la Universidad Estatal de Boise y la Universidad de Idaho.

El Grupo de Métodos Multifísicos (MMG) es un programa del Laboratorio Nacional de Idaho (dependiente del Departamento de Energía de los Estados Unidos ) que comenzó en 2004. Utiliza aplicaciones basadas en el marco de modelado y multifísica MOOSE para simular reacciones físicas y químicas complejas dentro de reactores nucleares . El objetivo final del programa es utilizar estas herramientas de simulación para permitir un uso más eficiente del combustible nuclear , lo que resultará en menores costos de electricidad y menos residuos . ^{[ 16 ]}

El MMG se centra en los problemas dentro de los reactores nucleares relacionados con su combustible y cómo se transfiere el calor dentro del reactor. La "degradación del combustible" se refiere a cómo las pastillas de uranio y las barras en las que están encapsuladas (varias barras agrupadas forman un "conjunto de combustible") se desgastan con el tiempo debido al calor intenso y la irradiación dentro de un reactor. El grupo establece tres objetivos principales: "La misión del MMG es apoyar el objetivo del INL de impulsar el proyecto de energía nuclear de EE. UU. mediante: ^{[ 17 ]}

• Impulsando el estado de la ingeniería nuclear computacional
• Desarrollar una sólida base técnica en métodos de análisis multifísico multidimensional.
• "Desarrollo de la próxima generación de códigos y herramientas de simulación de reactores".

El trabajo realizado por el grupo apoya directamente programas como el Programa de Sostenibilidad de Reactores de Agua Ligera, que investiga combustibles nucleares avanzados .

El Laboratorio Nacional de Idaho (INL) ha realizado evaluaciones de vulnerabilidad y desarrollado tecnologías relacionadas con la resiliencia de la infraestructura. En colaboración con socios de la industria, el laboratorio lleva a cabo trabajos sobre la fiabilidad de la red eléctrica, la ciberseguridad de los sistemas de control y los sistemas de seguridad física. ^{[ 18 ]}

El INL imparte formación avanzada en ciberseguridad y supervisa ejercicios competitivos simulados para clientes nacionales e internacionales. ^{[ 19 ]} El laboratorio apoya los programas de ciberseguridad y sistemas de control de los departamentos de Seguridad Nacional , Energía y Defensa . Con frecuencia, se solicita al personal del INL que brinde orientación y liderazgo a organizaciones de normalización, agencias reguladoras y comités de políticas nacionales.

En enero de 2011, The New York Times informó que el INL fue presuntamente responsable de parte de la investigación inicial sobre el virus Stuxnet , que supuestamente paralizó las centrifugadoras nucleares de Irán. El INL, en colaboración con Siemens , llevó a cabo una investigación sobre el sistema de control PCS-7 para identificar sus vulnerabilidades. Según el Times , esa información sería utilizada posteriormente por los gobiernos estadounidense e israelí para crear el virus Stuxnet. ^{[ 20 ]}

El artículo del Times fue posteriormente cuestionado por otros periodistas, incluido el bloguero de Forbes Jeffrey Carr, por ser sensacionalista y carecer de hechos verificables. ^{[ 21 ]} En marzo de 2011, el artículo de portada de la revista Vanity Fair sobre Stuxnet incluyó la respuesta oficial del INL, que declaraba: «El Laboratorio Nacional de Idaho no estuvo involucrado en la creación del gusano Stuxnet. De hecho, nuestro objetivo es proteger y defender los sistemas de control y las infraestructuras críticas de amenazas cibernéticas como Stuxnet, y todos somos reconocidos por estos esfuerzos. Valoramos las relaciones que hemos forjado dentro de la industria de sistemas de control y de ninguna manera pondríamos en riesgo estas alianzas divulgando información confidencial». ^{[ 22 ]}

Partiendo de la misión nuclear del INL y su legado en el diseño y operación de reactores, los ingenieros del laboratorio están desarrollando tecnología, dando forma a las políticas y liderando iniciativas para asegurar el ciclo del combustible nuclear y prevenir la proliferación de armas de destrucción masiva. ^{[ 23 ]}

Bajo la dirección de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear, el INL y otros científicos de laboratorios nacionales lideran una iniciativa global para asegurar las reservas extranjeras de uranio altamente enriquecido, tanto nuevo como gastado, y devolverlo a un almacenamiento seguro para su procesamiento. ^{[ 24 ]} Otros ingenieros trabajan en la conversión de reactores de investigación estadounidenses y en la construcción de nuevos combustibles para reactores que reemplacen el uranio altamente enriquecido con un combustible de uranio de bajo enriquecimiento más seguro. ^{[ 25 ]} Para protegerse contra las amenazas derivadas de la dispersión de dispositivos nucleares y radiológicos, los investigadores del INL también examinan materiales radiológicos para comprender su origen y posibles usos. Otros han aplicado sus conocimientos al desarrollo de tecnologías de detección que escanean y monitorean contenedores de materiales nucleares.

La extensa ubicación desértica del laboratorio, sus instalaciones nucleares y la amplia gama de materiales de origen proporcionan un lugar de entrenamiento ideal para personal militar, fuerzas del orden y otros servicios de emergencia civiles. El INL apoya habitualmente a estas organizaciones impartiendo formación en el aula, realizando ejercicios de campo y colaborando en la evaluación de tecnologías.

La Actividad de Pruebas Avanzadas de Vehículos del INL recopila información de más de 4000 vehículos híbridos enchufables. Estos vehículos, operados por una amplia gama de empresas, gobiernos locales y estatales, grupos de defensa del medio ambiente y otros, se encuentran distribuidos por todo Estados Unidos, Canadá y Finlandia . En conjunto, han registrado  datos equivalentes a 1,5 millones de millas, los cuales son analizados por especialistas del INL.

En el INL también se prueban docenas de otros tipos de vehículos, como los de hidrógeno y los eléctricos puros. Estos datos ayudarán a evaluar el rendimiento y otros factores que serán cruciales para la adopción generalizada de vehículos híbridos enchufables u otros vehículos alternativos. ^{[ 26 ] [ 27 ]}

Los investigadores del INL se están asociando con agricultores, fabricantes de equipos agrícolas y universidades para optimizar la logística de una economía de biocombustibles a escala industrial. Los residuos agrícolas, como la paja de trigo, las mazorcas de maíz, ^{[ 28 ] [ 29 ]} tallos u hojas, o cultivos bioenergéticos como el pasto varilla o el miscanthus, podrían utilizarse para crear biocombustibles celulósicos. Los investigadores del INL están trabajando para determinar las formas más económicas y sostenibles de llevar las materias primas para biocombustibles desde los campos hasta las biorrefinerías. ^{[ 30 ]}

El programa de robótica del INL investiga, construye, prueba y perfecciona robots que, entre otras cosas, limpian residuos peligrosos, miden la radiación, exploran túneles utilizados para el contrabando de drogas, ayudan en operaciones de búsqueda y rescate y contribuyen a proteger el medio ambiente.

Estos robots ruedan, se arrastran, vuelan ^{[ 31 ]} y se sumergen en el agua, incluso en enjambres ^{[ 32 ]} que se comunican entre sí en movimiento para realizar sus tareas.

El departamento de Sistemas Biológicos se encuentra en 15 laboratorios con una superficie total de 12 000 pies cuadrados (1100 m² ⁾ en el Centro de Investigación INL en Idaho Falls. El departamento lleva a cabo una amplia variedad de estudios biológicos, incluyendo el estudio de bacterias y otros microbios que viven en condiciones extremas, como las pozas de temperatura extremadamente alta del Parque Nacional de Yellowstone. ^{[ 33 ]} Este tipo de organismos podría aumentar la eficiencia de la producción de biocombustibles. Otros estudios relacionados con microbios poco comunes tienen potencial en áreas como el secuestro de dióxido de carbono y la limpieza de aguas subterráneas. ^{[ 34 ]} 

INL es pionera en la investigación y las pruebas relacionadas con sistemas de energía híbridos que combinan múltiples fuentes de energía para una gestión óptima del carbono y la producción de energía. Por ejemplo, un reactor nuclear podría proporcionar electricidad cuando ciertos recursos renovables no estén disponibles, a la vez que proporciona una fuente de calor e hidrógeno libre de carbono que podría utilizarse, por ejemplo, para producir combustibles líquidos para el transporte a partir de carbón. ^{[ 35 ]}

A mediados de 2014La construcción de una nueva planta de procesamiento de residuos líquidos, la Unidad Integrada de Tratamiento de Residuos (IWTU), estaba próxima a finalizar en INTEC, en el sitio del INL. Procesará aproximadamente 900 000 galones de residuos nucleares líquidos mediante un proceso de reformado con vapor para producir un producto granular apto para su eliminación. La planta es la primera de su tipo y se basa en un prototipo a escala. El proyecto forma parte del Proyecto de Limpieza de Idaho del Departamento de Energía, cuyo objetivo es eliminar los residuos y demoler las antiguas instalaciones nucleares en el sitio del INL. ^{[ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]}

En mayo de 2022, CNBC informó que el programa Safety and Tritium Applied Research (STAR) se había establecido para investigar los protocolos de producción y seguridad para trabajar con tritio , el combustible en el que muchas empresas emergentes están trabajando para comercializar la energía de fusión . ^{[ 39 ]}

La Instalación de Examen de Combustible Caliente (HFEF, por sus siglas en inglés) proporciona a los investigadores del INL y a otros científicos la capacidad de examinar y probar combustible de reactor irradiado altamente radiactivo y otros materiales.

HFEF proporciona 15 estaciones de trabajo conocidas como celdas calientes . Cada celda cuenta con ventanas de vidrio emplomado de 1,2 m (4 pies ) de espesor, separadas por finas capas de aceite. Manipuladores remotos permiten a los usuarios mover objetos dentro de la celda caliente mediante brazos robóticos. Sistemas especiales de extracción con filtro ^{[ 47 ]} mantienen la calidad del aire interior y exterior. En estas estaciones, los científicos y técnicos pueden determinar con mayor precisión el rendimiento de los combustibles y materiales irradiados. Asimismo, pueden caracterizar los materiales destinados al almacenamiento a largo plazo en la Planta Piloto de Aislamiento de Residuos de Nuevo México. 

La misión New Horizons a Plutón , lanzada en 2006, funciona gracias a un dispositivo alimentado en las instalaciones de Sistemas de Energía Espacial y de Seguridad del INL. El Generador Termoeléctrico de Radioisótopos (RTG) utiliza plutonio no fisionable y no apto para armas nucleares para producir calor y electricidad para misiones al espacio profundo como esta.

El uso del RTG en la misión New Horizons es una fuente de energía más práctica para el satélite que los paneles solares, ya que el satélite viajará a una distancia tan grande que la energía del sol no proporcionaría suficiente energía para la nave. ^{[ 48 ]} El trabajo en el proyecto comenzó a finales de 2004 y terminó con el exitoso lanzamiento del cohete en enero de 2006. El equipo implementó el repostaje, las pruebas y la entrega del RTG para la misión New Horizons a Plutón y para el próximo rover a Marte. ^{[ 49 ]}

La Instalación de Acondicionamiento de Combustible del INL utiliza electrólisis para separar ciertos componentes de las barras de combustible nuclear usadas. A diferencia de las técnicas tradicionales de reprocesamiento acuoso, que disuelven las barras de combustible en ácido, el "piroprocesamiento" funde las barras y utiliza electricidad para separar componentes como el uranio y el sodio. El INL está utilizando esta técnica para eliminar el sodio metálico de las barras de combustible del Reactor Reproductor Experimental II (EBR-II) para que puedan almacenarse de forma segura en un depósito nacional.

El Laboratorio de Radioquímica es una instalación que incluye un laboratorio de instrumentación de radiación, dos laboratorios de química de actínidos y otros laboratorios para investigación radiológica y no radiológica.

Esta es una colaboración entre el INL y las tres universidades públicas de investigación de Idaho: la Universidad Estatal de Idaho , la Universidad de Idaho y la Universidad Estatal de Boise . Sus investigadores, que tienen acceso al equipo y la infraestructura de cada institución asociada, han competido y obtenido millones de dólares en financiación nacional para sus proyectos. Los laboratorios del centro están equipados con instrumentos y herramientas de investigación, incluyendo una sonda atómica de electrodo local (LEAP) y un entorno virtual asistido por computadora (CAVE).

La instalación de índice de refracción igualado es la más grande del mundo. Utilizando aceite mineral ligero, permite a los investigadores emplear modelos de cuarzo fundido a escala para estudiar el flujo de líquidos dentro y alrededor de objetos con geometrías complejas, como el núcleo de un reactor nuclear. La instalación consiste básicamente en un circuito gigante por el que se bombea el aceite, mayormente transparente, a velocidades variables. Láseres especiales realizan velocimetría Doppler, que produce una imagen tridimensional que permite inspeccionar las propiedades de flujo de un objeto. Los observadores también pueden contemplar el flujo a través de los paneles de visualización de policarbonato situados cerca del equipo láser. ^{[ 51 ] [ 52 ]}

La geocentrífuga del INL ayuda a los investigadores, entre otros esfuerzos, a mejorar los modelos de cómo los líquidos y los contaminantes se mueven a través de las tapas y barreras de ingeniería utilizadas en las instalaciones subterráneas de eliminación de residuos. ^{[ 53 ]}

La centrífuga del INL es una de las menos de 25 geocentrífugas de más de dos metros (aproximadamente 6 pies) que existen en Estados Unidos. ^{[ 53 ]} La centrífuga, ubicada junto al Centro de Investigación del INL en Idaho Falls, puede ser operada remotamente por computadora y es capaz de aplicar 130 veces la fuerza de la gravedad terrestre sobre una muestra. ^{[ 54 ]}

Muchos de los experimentos que utilizan la geocentrífuga requieren que funcione durante cientos de horas para simular correctamente los efectos gravitacionales de varios años. La carga útil es monitoreada por una computadora a bordo y puede transmitirse a una estación de monitoreo remota fuera de la cámara de la centrífuga, donde los técnicos pueden observar los resultados. ^{[ 54 ]}