Reactor de sales fundidas (MSR)

En un reactor de sales fundidas (MSR, molten salt reactor) el refrigerante —y en varios diseños también el combustible— no es agua ni gas sino una mezcla de sales inorgánicas fundidas: fluoruros de litio, berilio, circonio y uranio en la mayoría de los diseños de espectro térmico, o cloruros de sodio y uranio en los de espectro rápido. Esas sales funden entre 400 y 500 °C, siguen líquidas y químicamente estables muy por encima de los 700 °C, y a esas temperaturas su presión de vapor es prácticamente nula: el reactor opera a presión casi atmosférica, sin la vasija gruesa ni la contención de alta presión que necesita un reactor refrigerado por agua. Esa combinación, alta temperatura y baja presión, es lo que distingue a la familia MSR de cualquier PWR o BWR.

La particularidad que le da nombre al concepto, sin embargo, no es la sal en sí sino qué se disuelve en ella, y ahí hay una confusión frecuente. En un diseño de combustible disuelto, el uranio o el torio forman parte de la sal como fluoruro o cloruro (UF₄, ThF₄, UCl₃): no hay elementos combustibles, vainas ni pastillas, y la sal misma circula por el núcleo, el intercambiador de calor y, ante un problema, un tanque de drenaje pasivo. Es el caso del MSRE de Oak Ridge, del TMSR-LF1 chino y del MCRE estadounidense. Pero no toda sal fundida implica esto: varios reactores en desarrollo usan sal fundida solo como refrigerante mientras el combustible sigue siendo sólido, partículas TRISO en una matriz de grafito, como en un HTGR, y nunca se disuelve. El Hermes de Kairos Power, en construcción en Oak Ridge, Tennessee, es de este segundo tipo: son familias emparentadas por la química del refrigerante pero muy distintas en diseño de núcleo, manejo de productos de fisión y licenciamiento.

El torio-232 no es fisible por sí mismo, pero es fértil: al capturar un neutrón se convierte en torio-233, que decae en protactinio-233 y después en uranio-233, que sí fisiona con neutrones térmicos. El problema es que el protactinio-233 también captura neutrones y compite con la reproducción; en un reactor de combustible sólido hay que esperar a que decaiga dentro del elemento combustible, con la consiguiente pérdida de eficiencia. Un MSR de combustible disuelto puede extraer el protactinio de la sal en marcha, dejarlo decaer aparte y devolver el uranio-233 limpio al núcleo: es la razón técnica por la que el ciclo del torio y el MSR se asocian tan de cerca. El propio MSRE demostró la idea a pequeña escala al operar con uranio-233 en 1968, y el TMSR-LF1 chino incorporó torio a su sal en 2024.

El antecedente es el Experimento del Reactor de Sales Fundidas (MSRE) del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, en Tennessee. Nació de un programa de aviación nuclear de los años cincuenta y se construyó como reactor de 8 MWt: uranio-235 al 33 % disuelto como UF₄ en una sal de litio, berilio y circonio (LiF-BeF₂-ZrF₄) que fundía a unos 449 °C y circulaba entre 600 y 650 °C, moderada por un núcleo de grafito, con las partes en contacto con la sal construidas en Hastelloy-N (entonces INOR-8), una aleación de níquel desarrollada específicamente para resistir la corrosión de los fluoruros fundidos. Llegó a criticidad el 1 de junio de 1965, acumuló más de 13.000 horas a plena potencia hasta 1969 y el 8 de octubre de 1968 pasó a operar con uranio-233, el primer reactor de la historia en usar ese combustible. Se apagó en diciembre de 1969 y se declaró monumento histórico nuclear en 1994.

Hoy no hay ninguna unidad comercial de sales fundidas en operación, pero hay dos programas experimentales activos. En China, el TMSR-LF1, de 2 MWt, en Minqin, Wuwei (Gansu), recibió licencia de operación en junio de 2023, llegó a criticidad el 11 de octubre de ese año y a plena potencia el 17 de junio de 2024; en octubre de 2024 completó el primer experimento del mundo con torio cargado en la sal de un reactor de sales fundidas en operación, con UF₄ enriquecido a menos del 20 % en una sal portadora de FLiBe con 99,95 % de litio-7. Según la Administración Nacional de Seguridad Nuclear china, es hoy el único reactor de sales fundidas con torio en operación en el mundo. En Estados Unidos, Southern Company lidera junto con TerraPower y el Laboratorio Nacional de Idaho el Experimento de Reactor de Cloruros Fundidos (MCRE), con un acuerdo de financiamiento compartido con el Departamento de Energía de 170 millones de dólares a cinco años, firmado en noviembre de 2021; a diferencia de los diseños de fluoruros, usa una sal de cloruros y espectro rápido. En 2025 el laboratorio produjo su primer lote de combustible, convirtiendo el 95 % de uranio metálico en 18 kg de sal de cloruro de uranio, de los 72 a 75 lotes que necesita para alcanzar criticidad; la operación está prevista para 2028, durante unos seis meses, en la instalación LOTUS del laboratorio.

Los problemas abiertos son tan centrales como la promesa. La sal fundida, de fluoruros o de cloruros, corroe las aleaciones estructurales a las temperaturas de operación; el Hastelloy-N que Oak Ridge desarrolló para el MSRE sigue siendo la referencia, y la calificación de materiales y las pruebas de corrosión son uno de los frentes que el propio Oak Ridge identifica como necesarios antes de licenciar un diseño comercial. Las sales que contienen litio generan tritio: el litio-6, presente incluso en trazas en el litio natural, captura neutrones y lo produce, por lo que los diseños con FLiBe necesitan litio enriquecido en litio-7 (el TMSR-LF1 usa 99,95 %) y sistemas para capturar el tritio que igual se genera y que permea a través de metales calientes. Mantener la química de la sal bajo control —el estado redox, las impurezas, los productos de fisión disueltos— exige monitoreo y ajuste en línea, una disciplina de operación sin equivalente en un reactor de agua liviana. Y con todo eso resuelto en distinto grado según el programa, ninguna unidad de sales fundidas opera hoy en escala comercial: el MSRE fue un experimento cerrado hace más de cinco décadas, y los proyectos actuales, chinos y estadounidenses, son reactores experimentales o de demostración.