Durante un proyecto de investigación y desarrollo dirigido por laboratorio de tres años, un equipo de científicos descubrió y patentó un proceso para inyectar minerales similares a la arena en el núcleo de un reactor nuclear durante un accidente para contener y ralentizar la progresión de una fusión.

Sandia desarrolló modelos de computadora y software (conocido como MELCOR) que muestran cómo el corium, una mezcla de combustible nuclear similar a la lava altamente radiactiva, productos de fisión, barras de control, materiales estructurales y otros componentes, se derrite a través de un reactor nuclear y se propaga durante una fusión.

"Durante un accidente grave en un reactor, el recipiente que contenía el combustible se derrite y se rompe, y luego todo eso cae en el piso de contención y comienza a esparcirse, "Dijo el ingeniero nuclear de Sandia, David Louie.

Los accidentes de reactores nucleares son raros, pero cuando suceden, las consecuencias pueden ser devastadoras para las personas, el medio ambiente y la confianza del público en la seguridad de la energía nuclear, Louie dijo.

Como laboratorio nacional, Sandia investiga todos los aspectos de la energía nuclear, desde la producción hasta el transporte y almacenamiento de residuos, y trabaja para garantizar la seguridad en cada paso. Esto incluye el uso de software de computadora como MELCOR para modelar accidentes catastróficos para comprender por qué ocurren y estudiar cómo los diferentes escenarios cambian el resultado.

Cuando el corium se esparce, puede aumentar la liberación de material radiactivo al medio ambiente de dos maneras, Louie dijo. Puede derretirse a través del piso del edificio y filtrarse en el suelo y reacciona químicamente con los materiales que toca. Por ejemplo, cuando el corio reacciona con el hormigón, puede crear gas hidrógeno, lo que puede provocar una posible explosión.

En accidentes reales de fusión de reactores nucleares y en escenarios modelados, el enfoque tradicional ha sido utilizar agua para tratar de enfriar el corium, pero este proceso no ha funcionado lo suficientemente rápido como para evitar que el accidente progrese y la contaminación se propague.

"Con el tiempo, el corium deja de extenderse porque el agua lo enfría, "Dijo Louie." Pero no quieres que el accidente empeore cada vez más mientras trabajas para traer agua. El agua también proporciona una fuente de hidrógeno explosivo ".

No te comas este pastel:lava radiactiva 'leudada' para que se enfríe, contenerlo

Louie, Yifeng Wang, Jessica Kruichak y otros miembros del equipo estudiaron y probaron minerales de carbonato natural, como calcita y dolomita, para determinar si podrían ayudar a contener el corium y evitar que se intensifique el accidente del reactor. El primer paso fue un pequeño experimento de mesa usando gramos de polvo de óxido de plomo fundido para simular el corium. Los investigadores calentaron el óxido de plomo a 1, 000 C (1, 832 F) y luego vertió el material fundido sobre calcita granular. Como control repitieron la prueba con arena (dióxido de silicio granular) en lugar de calcita.

"Vimos que los minerales de carbonato inyectables funcionan, ", Dijo Louie." Reaccionó químicamente para producir una gran cantidad de dióxido de carbono, que 'leudaba' el óxido de plomo en una agradable estructura similar a una torta. La reacción en sí tuvo un efecto refrescante, y todos los poros de la 'torta' permiten un enfriamiento adicional ".

Cuando se usó arena en la prueba de control, no pasó nada, como esperaban los investigadores.

Luego, el equipo pasó a un experimento a mayor escala de kilogramos utilizando más óxido de plomo y calcita granular. También repitieron el experimento de control de arena a mayor escala. Los resultados continuaron mostrando que los carbonatos granulares inyectables podrían ser una solución prometedora para prevenir la propagación del corium. Louie dijo.

Durante el último año del proyecto, Louie, Wang, Alec Kucala, Rekha Rao y Kyle Ross tradujeron los resultados de los experimentos en MELCOR y construyeron una secuencia de accidentes para modelar cómo los minerales inyectables afectarían un accidente en un reactor nuclear. similar al accidente de Fukushima Daiichi en Japón.

El equipo tiene una patente no provisional en curso para los materiales inyectables y espera realizar experimentos más grandes utilizando uranio empobrecido en el futuro. Louie dice.

"Después, estaríamos listos para comercializar la tecnología, ", Dijo Louie." Estos materiales podrían adaptarse a cualquier diseño de reactor nuclear existente ".