MYRRHA: Un sistema accionado por acelerador para la gestión de desechos radiactivos

Un argumento importante —y falso— que se cita a veces para oponerse a la energía nucleoeléctrica es que “el problema de los desechos nucleares no tiene solución”.  El combustible nuclear gastado que no ha sido reprocesado es radiotóxico, con niveles superiores a los que se observan en el mineral de uranio natural, durante aproximadamente 300 000 años, y la mayor parte del uranio y plutonio que contiene no se quema. Si bien existen soluciones técnicas para la disposición final a largo plazo, existe otra opción: el reciclaje del combustible nuclear.

Tanto el uranio como el plutonio del combustible gastado pueden reciclarse mediante el reprocesamiento y luego utilizarse en nuevos combustibles nucleares para seguir generando energía eléctrica. No obstante, los residuos del reprocesamiento estándar deja actídinos menores —elementos que se encuentran cerca del uranio en la tabla periódica y que no pueden quemarse en los reactores de potencia actuales. Los desechos radiactivos que los contienen necesitan 10 000 años para volver a los niveles naturales.

El MYRRHA (reactor de investigación híbrido de fines múltiples para aplicaciones de alta tecnología) es un proyecto que actualmente se encuentra en construcción en el Centro de Estudios de Energía Nuclear (SCK•CEN) de Bélgica; está basado en el concepto de sistema accionado por acelerador (SAA) y tiene por objetivo hacer frente al problema de los actínidos y, particularmente, los menores. El proyecto busca probar, a nivel de ingeniería, el SAA y demostrar la viabilidad de la transmutación de los actínidos menores a escala industrial. Al reducir la radiotoxicidad, se podría reducir el volumen de los desechos radiactivos de actividad alta en un 99 % y el tiempo necesario para el almacenamiento a solo 300 años.

El diseño del MYRRHA se diferencia de la mayoría de los reactores actuales en dos aspectos importantes. Por un lado, utiliza neutrones rápidos, que son necesarios para la fisión de los actínidos menores. Por otro, puede funcionar en modo subcrítico, es decir, sin causar una reacción de fisión en cadena autosostenida, dado que se acopla a un acelerador de protones de alta energía, lo que genera los neutrones primarios necesarios en el centro del núcleo del reactor mediante reacciones de espalación. Esto es indispensable para garantizar el control de la reactividad al quemar los actínidos menores y tiene la ventaja adicional de que, en cuanto el acelerador se detiene, la reacción de fisión en cadena también lo hace y el reactor se apaga. Como medida de seguridad primordial, está diseñado de manera tal que el calor residual de la desintegración pueda eliminarse mediante circulación natural sin un sistema activo ni intervención.

Con el fin de transmutar una proporción sustancial de los desechos de combustible gastado del mundo, se precisará una red de instalaciones industriales. Hasta la fecha, se han probado las tecnologías que se utilizan en el MYRRHA de manera individual a escala de laboratorio en instalaciones experimentales. Por lo tanto, el MYRRHA es una central piloto preindustrial que busca integrar y probar las tecnologías a escala al tiempo que aumenta considerablemente la fiabilidad.

Existen muchas dificultades científicas, técnicas y de reglamentación que tendrán que afrontarse durante el desarrollo de este proyecto único en su clase. Un examen previo a la concesión de la licencia realizado por el Organismo de Regulación Nuclear de Bélgica, tras consultas con los desarrolladores del proyecto, no ha puesto de manifiesto ninguna preocupación lo suficientemente grave como para poner en duda el futuro de la licencia del MYRRHA. Esperamos que esto atraiga al ámbito nuclear a muchos jóvenes de Bélgica y de otros lugares, algo que el país considera que es de gran importancia.

Si bien el énfasis principal del proyecto es gestionar los desechos radiactivos, existen muchas otras aplicaciones de esta instalación en el campo de la investigación y el desarrollo de vanguardia. El proyecto MYRRHA se divide en tres etapas: La primera ya se encuentra en construcción y consiste en completar la parte del complejo del acelerador de protones de baja energía (100 megaelectronvoltios (MeV)). Se espera que la mayoría de las actividades de investigación comiencen hacia 2027. Estas se centrarán en el sistema en línea de separación isotópica (ISOL@MYRRHA), que puede seleccionar isótopos individuales a fin de utilizarlos en radiofármacos y producir haces de iones radiactivos para una gran variedad de experimentos de física nuclear complementados con una instalación de pleno funcionamiento (FPF) apta para la investigación de materiales de fusión.

La alta precisión de las mediciones que puede realizarse de los haces radiactivos proporcionadas por ISOL@MYRRHA también pueden ayudar a comprender la validez del “modelo estándar” de la física de partículas. Si la primera etapa tiene éxito y demuestra la fiabilidad de este acelerador novedoso, que es necesaria para el SAA, en la segunda etapa se pondrá en pleno funcionamiento el acelerador de protones (600 MeV). La etapa final será la construcción del reactor subcrítico propiamente dicho. El plomo-bismuto (Pb-Bi) se utiliza como refrigerante para eliminar el calor generado del reactor nuclear. El diseño del núcleo del reactor es flexible y puede cargarse con combustibles de óxidos mixtos, actínidos menores y blancos para la producción de isótopos de uso médico. Ofrecerá plataformas para las pruebas de irradiación y corrosión de materiales estructurales futuros para la fisión rápida e incluso futuros reactores de fusión. El reactor del MYRRHA refrigerado por Pb-Bi puede utilizarse como una central de ensayo de tecnología experimental para la cuarta generación de reactores rápidos refrigerados por plomo.

El Gobierno de Bélgica ha invertido hasta ahora unos 200 millones de euros en el proyecto MYRRHA y ha complementado 558 millones de euros en 2018 para el período 2019-2038, según una estimación total del proyecto de 1600 millones de euros. Se ha creado una entidad sin fines de lucro que permitirá que MYRRHA atraiga inversiones futuras de gobiernos y entidades extranjeros para avanzar con la segunda y tercera etapas, y que funcione como organización internacional.  Se ha incluido el MYRRHA en el Foro Europeo de la Estrategia sobre Infraestructuras de Investigación (ESFRI), compuesto por proyectos que las comunidades investigadoras consideran de vanguardia, y el Comité de Colaboración Europea en Física Nuclear (NuPECC) incluyó el sistema ISOL@MYRRHA en su plan de largo alcance de principales instalaciones europeas de física nuclear. El Plan Estratégico Europeo de Tecnología Energética (SET Plan), diseñado para promover las tecnologías con bajas emisiones de carbono, también incluye el MYRRHA, lo que le permite recibir financiación del Banco Europeo de Inversiones.

La posibilidad de reciclar uranio y plutonio con el fin de utilizarlos como combustible para los sistemas de espectro de neutrones rápidos también reduce la demanda de extracción del mineral de uranio y aumenta considerablemente la cantidad de energía que se recupera de este. Muchas industrias buscan un mayor rendimiento en el uso de la materia prima y la reducción de desechos, razón por la cual se ha integrado el MYRRHA en las políticas nacionales de Bélgica para la inversión estratégica y el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima.