Cuando uno de los terremotos modernos más grandes azotó Japón el 11 de marzo de 2011, los reactores nucleares de Fukushima-Daiichi se apagaron automáticamente, según lo diseñado. Los sistemas de emergencia, que habrían ayudado a mantener el enfriamiento necesario del núcleo, fueron destruidos porel subsiguiente tsunami. Debido a que el reactor ya no podía enfriarse por sí mismo, el núcleo se sobrecalentó, lo que resultó en una grave fusión nuclear, como no se había visto desde el desastre de Chernobyl en 1986.
Desde entonces, los reactores han mejorado exponencialmente en términos de seguridad, sostenibilidad y eficiencia. A diferencia de los reactores de agua ligera en Fukushima, que tenían refrigerante líquido y combustible de uranio, la generación actual de reactores tiene una variedad de opciones de refrigerante, incluyendomezclas de sal, agua supercrítica e incluso gases como el helio.
El Dr. Jean Ragusa y el Dr. Mauricio Eduardo Tano Retamales del Departamento de Ingeniería Nuclear de la Universidad A&M de Texas han estado estudiando un nuevo reactor de cuarta generación, los reactores de lecho de guijarros. Los reactores de lecho de guijarros utilizan elementos combustibles esféricos conocidos como guijarros y un líquido refrigerante generalmente un gas.
"Hay alrededor de 40.000 piedras de combustible en un reactor de este tipo", dijo Ragusa. "Piense en el reactor como un cubo realmente grande con 40.000 pelotas de tenis en su interior".
Durante un accidente, cuando el gas en el núcleo del reactor comienza a calentarse, el aire frío de abajo comienza a subir, un proceso conocido como enfriamiento por convección natural. Además, los guijarros de combustible están hechos de carbón pirolítico y partículas triestructurales-isotrópicas, lo que los hace resistentes a temperaturas de hasta 3000 grados Fahrenheit. Como reactor de muy alta temperatura VHTR, los reactores de lecho de guijarros pueden enfriarse por circulación natural pasiva, lo que hace teóricamente imposible que ocurra un accidente como el de Fukushima.
Sin embargo, durante el funcionamiento normal, un flujo de alta velocidad enfría los guijarros. Este flujo crea un movimiento alrededor y entre los guijarros de combustible, similar a la forma en que una ráfaga de viento cambia la trayectoria de una pelota de tenis. ¿Cómo se explica lafricción entre los guijarros y la influencia de esa fricción en el proceso de enfriamiento?
Esta es la pregunta que Ragusa y Tano pretendían responder en su más reciente publicación en la revista tecnología nuclear titulado "Estudio del método de elementos discretos de dinámica de fluidos computacional acoplada de los flujos de derivación en un reactor de lecho de guijarros".
"Resolvimos la ubicación de estas 'pelotas de tenis' usando el método de elementos discretos, donde contabilizamos el movimiento inducido por el flujo y la fricción entre todas las pelotas de tenis", dijo Tano.mediciones en el experimento SANA. "
El experimento SANA se llevó a cabo a principios de la década de 1990 y midió cómo se intercambian los mecanismos de un reactor al transmitir calor desde el centro del cilindro a la parte exterior. Este experimento permitió que Tano y Ragusa tuvieran un estándar con el que pudieran validar susmodelos.
Como resultado, sus equipos desarrollaron un modelo acoplado de dinámica de fluidos computacional-métodos de elementos discretos para estudiar el flujo sobre un lecho de guijarros. Este modelo ahora se puede aplicar a todos los reactores de lecho de guijarros de alta temperatura y es el primer modelo computacional desu tipo para hacerlo. Son herramientas de muy alta precisión como esta las que permiten a los proveedores desarrollar mejores reactores.
"Los modelos computacionales que creamos nos ayudan a evaluar con mayor precisión los diferentes fenómenos físicos en el reactor", dijo Tano. "Como resultado, los reactores pueden operar en un margen más alto, produciendo teóricamente más energía mientras aumenta la seguridad del reactor. Nosotroshacer lo mismo con nuestros modelos de reactores de sales fundidas para el Departamento de Energía ".
A medida que la inteligencia artificial continúa avanzando, sus aplicaciones para el modelado y la simulación computacional crecen. "Estamos en un momento muy emocionante para el campo", dijo Ragusa. "Y alentamos a los posibles estudiantes interesados en el modelado computacional a que alcancen, porque este campo, con suerte, estará disponible durante mucho tiempo ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Texas A&M . Original escrito por Laura Simmons. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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