Cómo funciona un reactor rápido de sodio

El sodio funde a 98 °C y no hierve hasta los 883 °C, así que a los 550 °C de salida del núcleo sigue siendo líquido a presión atmosférica. No hay presurizador ni vasija de paredes gruesas: en el BN-800 la piscina, de unos 13 metros de diámetro, es un tanque de acero inoxidable de pocos centímetros, envuelto en una segunda vasija de seguridad que recogería cualquier fuga. Sobre la superficie del metal, una capa de argón evita el contacto con el aire.

En el diseño de piscina todo el circuito primario, núcleo, bombas e intercambiadores, está sumergido en cientos de toneladas de sodio: una masa térmica enorme que tarda horas en calentarse si falla la refrigeración. El sodio conduce el calor cien veces mejor que el agua, y como es un metal, no modera neutrones. Sus dos defectos son que es opaco, lo que obliga a recargar a ciegas, y que arde en contacto con el aire y reacciona con violencia con el agua.

En un reactor térmico el agua frena los neutrones hasta que casi cualquier choque con un U-235 provoca fisión. Aquí no hay moderador: los neutrones conservan la energía con que nacen, alrededor de 1 MeV, y a esa velocidad la probabilidad de fisionar un núcleo es mucho menor. Para compensar, el combustible es mucho más rico en material fisible, óxido mixto de uranio y plutonio con un 20 a 25 % de Pu, o uranio enriquecido al 17 a 26 % como en el BN-600, y el núcleo es compacto: en el BN-800 mide menos de un metro de alto y unos dos y medio de diámetro para 2 100 MW térmicos.

Los elementos combustibles son hexagonales, con vainas de acero en lugar de Zircaloy, y se refrigeran con sodio a alta velocidad. Las barras de control de carburo de boro entran desde arriba a través de un tapón giratorio que, al rotar, coloca la máquina de recarga sobre cada posición. El espectro rápido tiene una consecuencia física importante: si el sodio hirviera en el centro del núcleo, la reactividad subiría, por lo que el diseño debe garantizar que eso no ocurra.

Rodeando el núcleo, en el manto radial y en los extremos de cada varilla, hay uranio empobrecido, el residuo del enriquecimiento. Un neutrón rápido que escapa del núcleo puede ser capturado por un U-238, que en dos desintegraciones beta, de 23 minutos y 2,3 días, se transforma en Pu-239: combustible nuevo. Como cada fisión de plutonio con neutrones rápidos libera casi tres neutrones, sobran los suficientes para que el reactor produzca más material fisible del que consume.

Esa razón de reproducción llegó a 1,2 en Superphénix. Con reprocesado, el ciclo cerrado aprovecha más del 60 % del uranio natural, contra menos del 1 % de un reactor térmico. El mismo espectro también fisiona americio, neptunio y curio, los actínidos que hacen que el residuo de alta actividad siga siendo peligroso durante cientos de miles de años. Los ojos del control de armamentos están puestos en ese plutonio casi puro del manto: el BN-800 opera sin manto radial, con reflectores de acero, y programas como Astrid y Natrium se plantean como quemadores, no reproductores.

El sodio que atraviesa el núcleo se activa: parte del Na-23 captura neutrones y se convierte en Na-24, un emisor gamma intenso de 15 horas de vida media. Ese sodio no sale nunca de la piscina. Dentro de ella, los intercambiadores de calor intermedios, seis en el BN-800, ceden el calor a un segundo circuito de sodio, limpio, que sí sale del edificio del reactor y va a los generadores de vapor.

El circuito intermedio existe por una razón: si un tubo del generador de vapor se rompe, el sodio y el agua reaccionan produciendo hidrógeno y soda cáustica, con un pico de presión. Detectores de hidrógeno y discos de ruptura descargan la reacción, pero es esencial que ocurra con sodio no radiactivo y lejos del núcleo. El precio es un lazo más, con sus bombas, tuberías calefaccionadas para que el metal no solidifique y un salto térmico extra de unos 40 °C.

El generador de vapor es de paso único: el agua entra por abajo, recorre tubos bañados por sodio a 505 °C y sale como vapor sobrecalentado a unos 490 °C y 14 MPa, parámetros de central de carbón. La turbina es la de una térmica convencional y el ciclo alcanza un 40 a 42 % de rendimiento, frente al 33 % de un reactor de agua ligera. El BN-600 mueve tres turbinas de 200 MW; el BN-800, una de 800 MW.

Con dos barreras de sodio entre el núcleo y el agua, la sala de turbinas es zona limpia. El vapor agotado se condensa con agua de un tercer circuito que se enfría en torres o en un embalse, como el de Beloyarsk. Diseños recientes como Natrium intercalan un depósito de sales fundidas: el reactor calienta la sal a potencia constante y la turbina descarga cuando la red lo pide, hasta 500 MW durante cinco horas.

La primera electricidad nuclear del mundo la produjo un reactor rápido: el EBR-I encendió cuatro lámparas en Idaho en diciembre de 1951. Francia construyó Phénix, 250 MWe entre 1973 y 2009, y Superphénix, con 1 240 MWe el mayor rápido de la historia, cerrado en 1998 tras una década de fugas de sodio, protestas y disponibilidad baja. Monju, en Japón, sufrió un incendio de sodio en 1995 a los meses de arrancar y se desmanteló casi sin haber operado.

Rusia es la excepción: el BN-600 de Beloyarsk genera desde 1980 y el BN-800, a su lado, desde 2016, hoy con núcleo completo de MOX. China opera el pequeño CEFR desde 2011 y levanta los CFR-600 de Xiapu. India comenzó en 2024 la carga del PFBR de 500 MWe en Kalpakkam, con el arranque extendiéndose a 2025. En Estados Unidos, TerraPower construye Natrium, de 345 MWe, en Kemmerer, Wyoming. Tras setenta años, la tecnología sigue siendo la única probada a escala comercial para multiplicar el uranio.