Uranio y el Ciclo de Combustible de Uranio
Uranio, el elemento número 92 en la tabla periódica, ha sido el combustible de escogencia para las plantas comerciales de energía nuclear durante los últimos 55 años. El Uranio enriquecido produce cantidades significativas de energía: un kilogramo de uranio es aproximadamente equivalente a 1500 toneladas de carbón. 90% del uranio del mundo proviene únicamente de 7 países: Canadá, Australia, Kazajstán, Rusia, Namibia, Nigeria y Uzbekistán.
Los dos principales isótopos de uranio natural son uranio-235 físil (aproximadamente 0,7% de todo el uranio natural) y uranio-238 fértil (aproximadamente 99,3%). El material físil es capaz de producir una reacción en cadena auto-mantenida sin la introducción de neutrones externos. Por otra parte, el material fértil no puede sostener una reacción por sí mismo pero puede absorber neutrones para volverse físil, de esta manera contribuyendo a una reacción en cadena. El uranio-235 disponible de manera natural no es lo suficientemente concentrado para operar en un reactor nuclear estándar y, por consiguiente, debe ser enriquecido antes de utilizarse.
Después de ser extraído y molido, el uranio pasa por un complejo ciclo de combustible nuclear de 16 pasos, necesario para uso en los sistemas de reactores enfriados por agua ordinaria (LWR, por sus siglas en inglés) que dominan el mercado nuclear. Este esfuerzo abarca numerosos procesos químicos y mecanismos automáticos complejos, así como diferentes instalaciones.
Los reactores convencionales enfriados por agua ordinaria a presión (PLWR, por sus siglas en inglés) dependen de grandes cantidades de uranio para combustible durante su ciclo de vida. La cantidad es grande porque cada 18 meses es necesario añadir aproximadamente 33% de la carga de uranio original.
Torio y el Ciclo de Combustible de Torio
Torio, el elemento número 90 en la tabla periódica, será el combustible principal para el reactor de Torio de DBI. Ha sido estimado que la energía nuclear disponible en torio es mayor que la disponible del petróleo, carbón y uranio combinados de todo el mundo.
El Torio es aproximadamente tres veces tan abundante como el uranio en la corteza de la tierra, reflejando el hecho que el torio tiene un período de vida media más largo. En añadidura, el torio generalmente está presente en concentraciones más altas (2-10%) por peso que el uranio (0,1-1%) en sus respectivos minerales, haciendo que la extracción del torio sea mucho menos costosa y ambientalmente menos dañina por unidad de energía extraída. Los países con reservas significativas de torio incluyen a: Australia, India, Noruega, EE.UU, Canadá, Sur África, Brasil y Malasia.
El torio natural tiene un isótopo- el torio-232. En el reactor de DBI, la mezcla de combustible de puesta en marcha inicial es una combinación de torio y uranio-235. El uranio actúa como la “semilla” fuente de neutrones necesaria para lograr el carácter crítico para el primer reactor. Esta combinación de combustibles disminuye el tiempo y el capital requerido para comenzar el ciclo de reproducción (breeding) del combustible de torio. Cuando el diseño del reactor de DBI comienza a producir electricidad, el uranio-233, reproducido del torio-232 aumenta la reactividad del núcleo y la potencia de salida de la energía. Con el tiempo, el uranio-235 original es quemado y subsecuentemente el reactor es alimentado solamente con torio-232. Durante la vida del diseño del reactor de DBI (aprox. 60 años), alrededor de 3% de la masa de carga original (solamente torio) se añadirá cada 18 meses. Dependiendo de las escogencias operativas disponibles con los diseños de DBI, nada o muy poco uranio adicional será necesario.
Una razón por la cual los reactores no han hecho más progreso en el pasado es que la reproducción (breeding) de combustible nuclear tradicionalmente ha sido un proceso muy lento y con alto coeficiente de capital. Por esta razón, el reactor de DBI está diseñado para ser puesto en marcha utilizando combustibles nucleares convencionales, con capital y costos operativos suficientemente bajos para que pueda competir con otras plantas convencionales de energía nuclear y pagar sus costos en los primeros años, aun antes que el uranio-233 reproducido esté disponible.
Otra razón, y probablemente la principal, por la cual el uso de torio para la producción de energía no ha progresado más durante las últimas décadas es que no es tan fácil que sea apto para armas. En el año 1997, un simposio científico internacional sobre ciclo de combustibles nucleares concluyó que la principal razón por la cual el torio no había sido usado más ampliamente hasta la fecha es que el metal no contiene isótopos físiles.
