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Plastic ceramic films to improve safety of modern nuclear energy

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Un nuevo material ofrece potencial para hacer la energía nuclear más segura y sostenible

Un recubrimiento de nanocerámica innovador tiene como objetivo reducir el riesgo de accidentes nucleares como la catástrofe que tuvo lugar en Fukushima Dai-ichi (Japón) en 2011.

Tecnologías industriales
Energía

El 11 de marzo de 2011, Japón sufrió un terremoto de magnitud 9,0 seguido de un tsunami, que provocó un grave accidente nuclear en la central nuclear de Fukushima Dai-ichi. Se trata del accidente nuclear más catastrófico desde el de Chernóbil y es el único clasificado con el nivel 7 de la Escala Internacional de Accidentes Nucleares. Una de las causas de la catástrofe fue que el revestimiento de combustible principal del reactor no contaba con la protección adecuada y, por tanto, sufrió daños gravísimos durante el terremoto. Para evitar que sucedan accidentes similares en Europa, en el proyecto PLASTICERA, financiado con fondos europeos, se está desarrollando un nuevo recubrimiento nanocerámico. La solución tiene potencial para reducir drásticamente las probabilidades de que se produzca un accidente en un reactor nuclear de agua ligera convencional. Según Fabio Di Fonzo, coordinador del proyecto PLASTICERA, la energía nuclear es una de las tecnologías clave modulables de que disponemos para luchar contra el cambio climático. «Pero para que podamos aprovechar esta tecnología, debemos crear formas más seguras y sostenibles de producir energía nuclear», afirma. «PLASTICERA representa un gran paso hacia la consecución de este objetivo». Di Fonzo, tecnólogo y jefe de grupo del Laboratorio de Nanomateriales para la Energía y el Medio Ambiente del Centro de Nanociencia y Tecnología del Instituto Italiano de Tecnología, supervisó el trabajo de Erkka Frankberg, gran promesa de la investigación en ciencia de los materiales y beneficiario de una beca individual Marie Skłodowska-Curie. La investigación se ha llevado a cabo con el apoyo del programa de Acciones Marie Skłodowska-Curie.

Del concepto a la realidad

PLASTICERA es un concepto que aún está sobre el papel. Utiliza películas finas de óxido amorfo para proteger el revestimiento principal del combustible y evitar que sufra daños en caso de accidente nuclear. «La idea es que la película fina de óxido proporcione una combinación singular formada por una barrera de difusión de oxígeno resistente con la capacidad de acomodar la tensión plástica originada por la expansión térmica de la barra de combustible», explica Frankberg. Este recubrimiento funcional debería retrasar significativamente el inicio de la degradación incontrolable del revestimiento principal del combustible. «De este modo, sería posible efectuar una refrigeración de emergencia a tiempo y reducir drásticamente la producción de gas de hidrógeno explosivo dentro del reactor. La producción de este gas es la amenaza más grave para cualquier planta de energía nuclear que utilice agua como refrigerante y circonio como revestimiento del combustible», añade Di Fonzo. Con el apoyo de los fondos europeos, Di Fonzo y Frankberg se propusieron convertir este concepto en realidad. Mediante una serie de tecnologías de fabricación de materiales disruptivas, comenzaron a producir materiales cerámicos como óxidos amorfos, requisito previo para la plasticidad a baja temperatura. Luego pusieron a prueba las propiedades mecánicas y de corrosión de estos materiales en una simulación de reactor nuclear de agua ligera que replicaba tanto condiciones de funcionamiento normales como de emergencia.

La búsqueda continúa

Según Di Fonzo, los investigadores podrían haber encontrado el Santo Grial de la ciencia de los materiales: una cerámica amorfa dúctil, también conocida como vidrio dúctil. «Aunque todavía no hemos encontrado una solución definitiva a los problemas relacionados con el reactor nuclear de agua ligera, hemos demostrado la posibilidad de fabricar materiales nanocerámicos con propiedades mecánicas sin precedentes, como la plasticidad», comenta. «Es especialmente importante nuestra demostración de que los vidrios de alúmina son dúctiles en tensión, algo insólito en la cerámica». Sin embargo, como la alúmina se disuelve con las condiciones del reactor nuclear de agua ligera, la búsqueda de PLASTICERA continúa. «Actualmente estamos trabajando en otras nanocerámicas y cerámicas amorfas que ofrecen las mismas propiedades mecánicas que la alúmina, pero que son capaces de resistir las exigentes condiciones de un reactor nuclear de agua ligera», concluye Frankberg.

Palabras clave

PLASTICERA, energía nuclear, accidente nuclear, catástrofe de Fukushima Dai-ichi, Chernóbil, revestimiento de combustible, recubrimiento nanocerámico, reactor nuclear de agua ligera

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