El Torio

Torio

El torio es la respuesta de China al problema energético mundia

El torio es la respuesta de China al problema energético mundial. El elemento que puede resolver el problema energético mundial hereda su nombre del Dios nórdico del trueno, el Rayo y las tormentas, Thor. Es reconocido por su potencial como fuente de energía limpia y como una alternativa al uranio para los reactores nucleares, nos referimos al torio, un elemento que abunda en la naturaleza y podría ser una pieza clave para una transición hacia energías limpias. Vamos a explicar que es el torio, su importancia para china y los distintos tipos de reactores nucleares que existen y los principales retos que implica el uso del torio.

Breve historia del torio

Durante el año 1815 el químico sueco Jons Jacob Berzelius creyó haber descubierto nuevo elemento químico, lo bautizó como Torio, en referencia a la mitología nórdica. Sin embargo, se determinó que no era un elemento nuevo, sino un mineral similar, Más de una década después, Berzelius en 1828, recibió una muestra de un material negro y desconocido, provenía de una isla de Noruega, estaba compuesto en casi 70% por un elemento desconocido. Este elemento fue entonces llamado torio, Berzelius aisló una muestra de torio metálico al someter a calentamiento floruro de torio y potasio. Berzelius fue conocido por aislar distintos elementos y contribuir en su identificación. Para finales del siglo XIX, los científicos Marie Curie y Karl Gerhard Schmidt descubrieron independientemente la radioactividad de este elemento. Posteriormente investigadores de distintas partes del mundo descubrieron que el torios se descompone a un ritmo fijo, en otros elementos. Es decir, determinaron su vida media, un descubrimiento fundamental para comprender este y otros elementos radioactivo. fue en 1925, cuando dos científicos holandeses pudieron aislar el torio metálico de alta pureza. ¿Que es el torio? El torio es uno de los 15 elementos actínidos de la tabla periódica, existe en la naturaleza en una única forma isotópica Th-232. que se descompone muy lentamente, su vida media es aproximadamente tres veces la edad de la Tierra. El Th 232 es el más estable de los 27 isótopos de torio, que se han caracterizado, en general el torio se puede encontrar en los minerales,torita , torianita y monacita. Las cadenas de desintegración del torio y el uranio naturales

dan lugar a unas pocas trazas de Th228, Th 230 y Th 234, pero la presencia de estos es insignificante con respecto a su masa eventualmente, el Th 232 se descompone en plomo 208, es mucho más abundante que el uranio. El suelo contiene un promedio de 6 partes por millón de torio, es muy insoluble por lo que abunda de las arenas, pero no en el agua de mar. Los países con más recursos de torio son India, Brasil y Australia, En su forma pura, el torio es un metal blanco, que puede conservar su brillo durante meses. Sin embargo, cuando se contamina con óxido se vuelve completamente negro. En química se dice, que un elemento es fisible, cuando su núcleo puede experimentar una fisión con neutrones de cualquier energía. El Th 232 no es fisible Por lo cual es complicado usarlo en reactores nucleares, cuando el Th 232 es bombardeado con neutrones se convierte en Th-233 que eventualmente genera como producto de desintegración el uranio 233 altamente fisible que se puede usar en un reactor y es muy eficiente los reactores nucleares de la actualidad utilizan uranio U-235 que es un isótopo fisible. Las velocidades de los neutrones se pueden controlar y ralentizar utilizando agua como refrigerante regulador, lo que aumenta la cantidad de nucleidos de U-235 que se dividen. La mayor parte del uranio utilizado como combustible en los reactores, uranio enriquecido es U-238 y solo contiene alrededor del 3 al 5% de U-235. Cuando el U-238 absorbe un neutrón adicional s e convierte en U-239 y luego si se espera un tiempo suficiente, en plutonio 239.Los problemas con el uranio se relacionan con la posibilidad de accidentes catastróficos y los desechos que producen, los cuales deben ser almacenados en un ambiente especial y tienen una vida media de 10.000 años. El torio produce menos desechos Y estos tienen una vida media de 500 años, estas características clave lo convierten en una opción única y más abundante que el uranio.

 ¿Por qué el torio es tan importante para China? 

China está desarrollando un reactor nuclear experimental alimentado con torio, se basa en una nueva tecnología de reactor de sal fundida más segura y eficiente que podrá permitir que alcancen sus objetivos energéticos es la primera vez desde el año 1969 esta tecnología se usó en la ciudad de Wuwei 

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como un prototipo que podría abastecer energía a mí el residencia si todo resulta según lo planeado las autoridades chinas planean construir una central para abastecer por lo menos 100.000 hogares es un avance que podría beneficiar al mundo entero y cerrar una discusión abierta desde hace décadas china Busca probar el funcionamiento del primer reactor basado a diferencia de los rectores tradicionales que utilizan uranio y agua este tipo novedoso se basa en torio yestos dos elementos no fueron elegidos casualmente por los reactores de sales hundidas se encuentran entre las tecnologías más prometadoras para las centrales eléctricas según una investigación es estadounidenses para impulsar la cooperación internacional en energía nuclear civilestos reactores harían el proceso mucho más seguro además no necesitan de la construcción de cursos de agua u otra infraestructura para enfriar el rector por eso pueden ser instalados en áreas inhós como desiertos china Busca en el toreo una solución a sus problemas de energía y de contaminación tiene la posibilidad de renovar la industria sin embargo los resultados no están asegurados sabías que existen una gran cantidad de diferentes tipos de reactores existe una multitud de reactores nucleares reactor de agua a presión tractor de agua en ebullición reactor de uranio natural casi grafito que muchos más cada uno de ellos tiene sus particularidades en cuanto a funcionamiento y eficiencia en este video vamos a centrarnos en el rector de líquido que se encuentra dentro del grupo de reactoresen su estado natural la temperatura y presión estándar pero se convierte en estado líquido cuando sometida altas temperaturas una sal que es líquida normalmente incluso a temperatura y presión estándar se le suele Llamar líquido iónico técnicamente las sales fundidas son una clase de líquidos iónicos estos reactores utilizan como combustibleen los modelos más tradicionales el líquido se bombea entre núcleo cítricos y un termo cambiador donde el calor se transfiere hacia una sal no radiactiva esta segunda sal transfiere su calor a una turbina de vaporlos reactores de sales fundidas se basan en sistemas quemadores los cuales destruyen mayor cantidad de material fisible que la generada o sistema reproductores produce mayor cantidad de material visible que la consumida que utilizan combustibles a base de sales de floruro o cloruro en conjunto con una variedad de elementos visibleseste tipo de reactor se define por el uso de las sales como combustible y por el proceso de transformación de torio 232 en horario 233 la naturaleza líquida del combustible hace especial este tipo de reactorpor lo que puede autorregular el proceso para evitar que la temperatura se salga de controllas primeras investigaciones en torno a esta tecnología se realizaron en la década de los 60 aunque no utilizaron torio como elemento combustibleconceptos técnicos básicos detrás del funcionamiento de estos rectores estos rectores se conocen como reproductores para su funcionamiento utilizan dos tipos de combustibles visibles y fértiles el núcleo de los elementos visibles se separa cuando es golpeado por neutrones en consecuencia libera una gran cantidad de energía más neutrones y nuevos núcleos que puedan continuar separandose para formar más material visible resultando en una reacción en cadena los materiales fértiles como el dh 232 y 238 necesitan capturar un neutrón para convertirsela captura de neutrones es una reacción nuclear en la que un núcleo atómico y uno o más neutrones choker se combinan para formar un núcleo más pesadoasí se convierten en dh 233 q 239 posteriormente luego de dos ciclos de decaimiento vete se transforman en los isótopos u-233 ipvAunque la mayoría de reactores generan combustible de esta manera los basados en combustibles sólidos que llevan a cabo el ciclo de uranio de plutonio no generan una cantidad suficiente de combustible nuevo para compensar la cantidad de material fisible consumidael ciclo da como resultado menos de dos neutrones nuevos de la fisión del plutonio. Aunque solamente se necesita de un neutrón para mantener la reacción. Los materiales del núcleo absorben algunos neutrones lo que deja muy pocos libres para generar combustible y seguir operando el reactor para mitigar esto se debe agregar combustible fisible periódicamente y cambiar parte del combustible usado para dejar espacio para el nuevo. En un reactor que genera tanto combustible como la cantidad que consume, no es necesario agregar más durante el proceso. Únicamente se agrega combustible fértil que se vuelve fisible en el tractor, además se necesita eliminar los productos de fisión. Los reactores de torio, son reactores reproductores, entra torio y salen productos de fisión, existen dos métodos para configurar un reactor reproductor ,se puede colocar el combustible fisible y fértil en el mismo lugar o se pueden hacer por separado. 

Los distintos diseños del reactor

El laboratorio estadounidense o brdge investigó dos tipos de reactores reproductores distintos basados en sales fundidas se los conoce como reactor de fluido único 

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y reactor de los fluidos el diseño de fluido único tiene un recipiente que se llena con la sal de floruro unas Varillas de grafitos se sumergen en la sala sirven como estabilizadoraseste tipo de diseño necesita un amplio espacio para que la reproducción se realice correctamenteel rector de dos fluidos agrega ciertas complicaciones mecánicas tiene un núcleo de alta densidad donde se quema uranio 233 resultado del ciclo deuna capa de sal de toros en carga de absorber neutrones y convertir altorio en protactinosel fusible creado se recupera inyectando fluor adicional para crear exafloruro de uranio un gas útil y capturable a medida que sale de la soluciónuna vez reducido de nuevo a tetrafluro de uranio un sólido se puede mezclar en el medio saliendo del núcleola sal del núcleo también se purifica primero mediante floración para eliminar el uranio y luego mediante destilación al vacío para eliminar y reutilizar las sales portadoras los diseños de dos fluidos tienen ciertas ventajas como un procesamiento de combustible más simple el tamaño del núcleo es más compacto y necesita menos material visible Y por último la reproducción es más eficientesin embargo también presentan dos desventajas relacionadas con la necesidad de reemplazo frecuente de las tuberías y fragmentos dela radiación provoca que se expanda y encoge pudiendo causar un deterioro de sus propiedades físicas otra desventaja es que estos rectores tienen un circuito de tubos extremadamente complejos por esa razón nunca se produjo un reactor de dos fluidos qué tan eficiente sonlos reactores funcionan a temperaturas que ronda los 700 grados Celsius y tienen una eficiencia de 45%. para convertir el calor en electricidad los reactores de agua ligera a presión o en oposición trabajan con una eficiencia del frente de dos al 36%adicionalmente por las temperaturas en las que trabajan los reactores de sales fundidas de torio puede utilizar parte del calor producido en procesos industriales como la producción de amoniacola eficiencia de un reactor nuclear de torio está basada en un sistema que combinan el ciclo de ranking el ciclo de la generación de potencia eléctrica el ciclo de ranking es el ciclo termodinámico más simple se utiliza en las centrales eléctricas tradicionales consta de un generador de vapor una turbina un condensador y una bombael fluido de base suele ser el agua un sistema basado en el ciclo de Conjunto con un reactor de sal fundida podría aprovechar los aumentos de temperatura del vapor para mejorar la eficienciael generador utilizado en el ciclo de Brighton es menos costoso y produce una mayor eficiencia térmica. Sin embargo, necesita temperaturas de operación mayores lo que lo convierte en un candidato ideal para trabajar en conjunto con los reactores de sal fundida

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el que has utilizado puede ser helio nitrógeno dióxido de carbono en este ciclo el gas caliente se enfría luego se comprime y posteriormente su expansión en una turbina permite la producción de energíalas ventajas de los rectores de salfundidaestos reactores ofrecen una serie de ventajas potenciales frente a los reactores convencionales basados en uranio y agua por un lado tenemos la seguridad estos reactores ofrecen un proceso más seguro que sus contrapartes de uranio vamos a centrarnos en algunos de los puntos principales los diseños de reactores de caracterizan por un coeficiente de reactividad de temperatura negativo para alcanzar una seguridad inherente contra los accidentes críticos radioactivos la dependencia de la temperatura se basa en tres factores eltorio absorbe más neutrones cuando se caliente en lo que se conoce como efecto Doppler por esto quedan menos neutrones para continuar la reacción en cadenael segundo factor se basa en la temperatura del moderador de grafito si este se caliente contribuye positivamente al coeficiente de temperatura el tercer factor se relaciona con la expansión térmica del combustiblesi se sobrecalienta se expande y empuja al resto del combustible fuera del núcleo traduciendo la reactividad de núcleos pequeñoslos núcleos de estos reactores están diseñados para operar a bajas presioneses posible gracias a que las sales refrigerantes permanecen líquidas incluso altas temperaturas si el núcleo fallar habría poco aumento de volumenesto haría casi imposible una explosión de la estructura contenedora por las propiedades de las sales un calentamiento de cientos de grados no provocaría siquiera Un aumento de presión significativoademás al no tener agua nitrógeno en su interior están protegidos frente a situaciones como la ocurrida en fukushimapor otro lado tenemos la eficiencia los puntos clave que contribuyen son la abundancia detorio y la menor producción de residuos nucleares en la corteza terrestre se puede encontrar por lo menos 3 o 4 veces más torio que uranio se estima que existe una cantidad suficiente de torio para abastecer las demandas energéticas del mundo entero durante miles de años esta fácil de extraer que Estados Unidos se ha planteado la posibilidad de devolver 3200 toneladas métricas de nitrato de torio a la corteza por la falta de demanda del mercadosi se cuente con un sistema y métodos de reciclaje completo los desechos de estos reactores viven en promedio por horas y días esto reduce considerablemente los tiempos de contención en depósitos geológicoslos otros desechos el 17% restante tienen vidas medias en torno a los 300 años la radio toxicidad se estima 10.000 veces menor que los desechos que producen los reactores basados en uranio los retos de utilizar el torio para crear reactores nucleares nos queda por resolver una cuestión importantePor qué no vemos más reactores en el mundohay distintos niveles de interés en inversiones rectores de los principios se han comprendido durante mucho tiempo todavía hay muchos desafíos técnicos y prácticos que superar como encontrar materiales que puedan contener las sales fundidas con rocinas otro punto a tener en cuenta es que la investigación asociada con las reacciones fue impulsada inicialmente por el deseo de fabricar bombas no para producir energíael proyecto Manhattan de 2.000 millones de dólares que desarrolló las dos bombas nucleares lanzadas sobre Japón durante la Segunda Guerra Mundial aumentó el interés público por la energía nuclear los reactores no producen plutonio un material clave para la elaboración de bombas nucleares en el año 2011 china inició un proyecto de investigación y desarrollo de reactores nucleares alimentados con torio para demostrar su potencial. En septiembre de 2021 estaba previsto iniciar las pruebas en el primer circuito de sal de floruro de torio. India, tiene una de las reservas de torio más grandes del mundo y tiene un plan compuesto por tres etapas que permitiría cubrir una fracción simplificativa de su demanda eléctrica ambos países pretenden establecer

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formas autosuficientes de generación de energía limpia para poblaciones extensas la energía solar y eólica por sí solas no podrán satisfacer las necesidades energéticas por esto ambos países invierten tanto en reactores nucleares de próxima generación de torio. Hay al menos 7 tipos de reactores que pueden utilizar torio como combustible nuclear 6 de los cuales han entrado en funcionamiento en algún momento y uno de ellos analizado aquí, desafortunadamente varios proyectos fueron abandonados por falta de interés o de financiamiento para la investigación Pero no por problemas técnicos, uno de los mayores desafíos en el desarrollo de un reactor de torio es procesar el combustible de manera económica producir dióxido de torio es costoso en parte porque su punto de fusión es muy alto a 3.400 grados Celsius. Sin embargo, esto sería relevante en un reactor de sales fundidas de torio 

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los rectores de torio líquido presentan unas ventajas sin discutibles por un lado son más seguros ya que no trabajan compresiones extremas y por el otro producen menos desechos radioactivos que además tienen una vida promedio mucho menoraunque sea implementado una tecnología que puede considerarse inferior basada en el uranio Aunque dan esperanzas para el torio de la mano de los equipos técnicos de China e India se podrían esperar ver grandes avances y desarrollos en los próximos años.