Químics davant el repte nuclear

L’Eurotrans és el nom sota el qual s’aglutina l’esforç europeu per enfrontar-se a les deixalles nuclears, la principal preocupació que pateix l’energia atòmica, juntament amb la seguretat de les centrals. Es tracta d’un projecte apadrinat pel VI Programa Marc de la Unió Europea i integrat per 40 institucions del vell continent. Dintre d’aquesta selecció de centres d’investigació es troba l’Institut Químic de Sarrià amb el grup de recerca ECOR.

La meta d’aquesta cursa contra el temps és desenvolupar “les basses de disseny d’un nou prototip de reactor nuclear (sistema subcrític) que utilitzi els residus de llarga activitat com a combustible i, a més, aconseguir que la seva vida passi del milers d’anys estimats en l’actualitat, a la més assequible xifra de centenars d’anys”, explica Jordi Abellà, investigador d’ECOR.

El procés per escurçar la vida radioactiva d’aquests materials s’anomena transmutació i es basa en una idea teòrica que encara no s’ha posat en funcionament. “Com a concepte teòric, aquesta idea ja està desenvolupada, però fins que no es provi no es podrà demostrar si es factible; si surt a compta o no; ni quins són els rendiments que s’obtenen”, descriu el doctor Abellà.

Cinc dominis amb un objectiu comú

L’ambiciosa meta del projecte i la seva magnitud ha fet necessari dividir-lo en cinc parts diferents coordinades pels cinc centres d’investigació que han impulsat el projecte integrat: l’SCK-CEN belga, l’ENEA italià, el CEA francès, el FZK alemany i el CIEMAT espanyol. Cadascun dels cinc dominis té assignades unes tasques diferents, com ara el disseny del reactor o l’estudi del combustible.

"No estem tan lluny de trobar una solució al problema dels residus" 

El grup de recerca ECOR participa en el domini anomenat DEMETRA (Development and Assessment of Structural Materials and Heavy Liquid Metal Technologies for Transmutation Systems). Per a entendre el seu treball, cal  començar pel funcionament de la transmutació dels residus nuclears: per portar a terme aquest procés s’utilitza un tipus de reactors subcrítics que s’anomenen Sistemes Assistits per Accelerador, en anglès Accelerator-Driven System (ADS). Els ADS estan formats per un accelerador de partícules i una font d’espal·lació. Aquest últim terme defineix una reacció que es produeix quan partícules d’alta energia, a molta velocitat gràcies a l’accelerador, xoquen amb el blanc d’espal·lació i generen altres partícules elementals, fonamentalment neutrons. Aquests neutrons són neutrons ràpids que impacten sobre els residus a transmutar. Després de l’impacte, la massa i el número atòmic d’aquests elements es redueixen i això permet l’aprofitament dels residus.

El plom bismut (Pb-Bi) és la diana on es produeix l’espal·lació i, a mès, serveix com refrigerant del sistema. Malgrat tot, el Pb-Bi  també presenta una vessant negativa: és un aliatge molt agressiu pels metalls estructurals, fonamentalment acers, que s’utilitzen per a construir el reactor. “El plom bismut dissol molt fàcilment la carcassa i les canonades del reactor”, descriu el químic.

Una de les maneres d’evitar aquesta dissolució és treballar amb una determinada concentració d’oxigen, en concret amb una concentració d’oxigen molt baixa. Llavors, és quan apareix l’expertesa dels químics de l’ECOR. “La nostra part del projecte és desenvolupar sistemes per mesurar l’oxigen i saber quina quantitat d’aquest gas està dissolta. A partir d’aquí hem de comprovar quins efectes tenen les baixes concentracions d’oxigen i si els circuits funcionen bé o no”, resumeix Jordi Abellà.

Recerca amb una maqueta a mida

El procés per a desenvolupar aquesta recerca no ha estat gens fàcil. Cal recordar que es tracta d’una investigació pionera i al començament es van trobar que la informació bibliogràfica sobre el tema era pràcticament inexistent. Després d’una època de generació de coneixement, els químics de l’IQS es van ensopegar amb un altre inconvenient: On dur a terme les proves amb els sensors, l’oxigen i el plom bismut? No es podia fer ús de cap reactor perquè encara no s’havia dissenyat i, a més, seria una possibilitat extraordinàriament cara. Per això, van demanar el Guillermo Reyes i el seu equip del Departament d’Enginyeria Industrial de l’IQS que els dissenyés una maqueta per a provar els sensors que desenvolupen els propis investigadors de l’ECOR.  “Aquest aparell funciona amb el plom bismut en moviment i ens permet provar que els sensors funcionen en condicions dinàmiques i assegurar-nos que tinguin una certa resistència abans de portar-los a una maqueta més gran”, explica Abellà.

Aquesta recerca, que va començar fa dos anys, creix conjuntament amb altres grups de treball, els quals desenvolupen tasques complementaris perquè els resultats siguin més fructífers. L’objectiu de tots ells, i de la resta de dominis del projecte, és construir un prototip que es preveu estigui finalitzat en deu anys. “Un cop dissenyat el reactor de demostració, s’haurà de provar si funciona i llavors decidir que es fa amb aquesta tecnologia. No obstant, no estem tan lluny de trobar una solució al problema dels residus”, assegura el químic.

La transmutació sembla la millor alternativa per uns materials que, ara per ara, solament poden ser emmagatzemats amb la seva càrrega  mil·lenària. Per això, arreu del món s’ha apostat per les possibilitats d’aquesta tecnologia: “L’Eurotrans té un pressupost de 23 milions d’euros. Hi ha projectes del mateix estil a  Rússia i Japó, que està invertint molts diners en aquesta direcció. A més, amb els EE UU hi ha comunicació de resultats”, afegeix Jordi Abellà. Davant d’aquest esforç, els científics són optimistes, conscients dels beneficis d’una tecnologia, la qual pot significar que aquesta societat deixi “d’hipotecar el futur de les properes generacions”.

Agustí López 

-Jordi Abellà és doctor en química per la URL i Director del Departament de Química Analítica a l’IQS. 

+ info: Institut Químic de Sarrià