Plomo-Bismuto Eutéctico o LBE es una aleación eutéctica de plomo (44,5 at% ) y bismuto (55,5 at%) utilizada como refrigerante en algunos reactores nucleares , y es un refrigerante propuesto para el reactor rápido refrigerado por plomo , parte de la Generación. Iniciativa del reactor IV . Tiene un punto de fusión de 123,5 °C/254,3 °F (el plomo puro se funde a 327 °C/621 °F, el bismuto puro a 271 °C/520 °F) y un punto de ebullición de 1670 °C/3038 °F. [1] [2]
Todas las aleaciones de plomo-bismuto con entre 30 % y 75 % de bismuto tienen puntos de fusión inferiores a 200 °C/392 °F. Las aleaciones con entre 48 % y 63 % de bismuto tienen puntos de fusión inferiores a 150 °C/302 °F. [3] Mientras que el plomo se expande ligeramente al fundirse y el bismuto se contrae ligeramente al fundirse, el LBE tiene un cambio insignificante en el volumen al fundirse.
Los submarinos soviéticos clase Alfa utilizaron LBE como refrigerante para sus reactores nucleares durante toda la Guerra Fría . [4]
OKB Gidropress (el desarrollador ruso de los reactores de agua ligera del tipo VVER ) tiene experiencia en reactores LBE. El SVBR-75/100, un diseño moderno de este tipo, es un ejemplo de la amplia experiencia rusa con esta tecnología. [5]
Gen4 Energy (anteriormente Hyperion Power Generation ), una empresa estadounidense conectada con el Laboratorio Nacional de Los Álamos , anunció planes en 2008 para diseñar y desplegar un pequeño reactor modular alimentado con nitruro de uranio y enfriado con eutéctico de plomo-bismuto para generación de energía comercial, calefacción urbana y desalinización . El reactor propuesto, llamado Módulo Gen4, está planificado como un reactor de 70 MW del tipo modular sellado, ensamblado en fábrica y transportado al sitio para su instalación, y transportado de regreso a la fábrica para repostar combustible. [6]
En comparación con los refrigerantes metálicos líquidos a base de sodio, como el sodio líquido o el NaK , los refrigerantes a base de plomo tienen puntos de ebullición significativamente más altos , lo que significa que un reactor puede funcionar sin riesgo de que el refrigerante hierva a temperaturas mucho más altas. Esto mejora la eficiencia térmica y potencialmente podría permitir la producción de hidrógeno mediante procesos termoquímicos.
El plomo y el LBE tampoco reaccionan fácilmente con el agua o el aire, a diferencia del sodio y el NaK , que se inflaman espontáneamente en el aire y reaccionan explosivamente con el agua. Esto significa que los reactores refrigerados por plomo o LBE, a diferencia de los diseños refrigerados por sodio, no necesitarían un circuito de refrigeración intermedio, lo que reduce la inversión de capital necesaria para una planta.
Tanto el plomo como el bismuto son también un excelente escudo contra la radiación , ya que absorben la radiación gamma y al mismo tiempo son prácticamente transparentes a los neutrones . Por el contrario, el sodio forma el potente emisor gamma sodio-24 ( vida media de 15 horas) después de una intensa radiación de neutrones , lo que requiere un gran escudo contra la radiación para el circuito de enfriamiento primario.
Como núcleos pesados, el plomo y el bismuto se pueden utilizar como objetivos de espalación para la producción de neutrones sin fisión, como en la transmutación de residuos con aceleradores (ver amplificador de energía ).
Tanto los refrigerantes a base de plomo como los de sodio tienen la ventaja de tener puntos de ebullición relativamente altos en comparación con el agua, lo que significa que no es necesario presurizar el reactor incluso a altas temperaturas. Esto mejora la seguridad ya que reduce la probabilidad de un accidente por pérdida de refrigerante (LOCA) y permite diseños pasivamente seguros . El ciclo termodinámico ( ciclo de Carnot ) también es más eficiente con una mayor diferencia de temperatura. Sin embargo, una desventaja de las temperaturas más altas es también la mayor velocidad de corrosión de los componentes estructurales metálicos en LBE debido a su mayor solubilidad en LBE líquido con la temperatura (formación de amalgama ) y a la fragilización del metal líquido .
El plomo y el refrigerante LBE son más corrosivos para el acero que el sodio, y esto pone un límite superior a la velocidad del flujo de refrigerante a través del reactor debido a consideraciones de seguridad. Además, los puntos de fusión más altos del plomo y el LBE (327 °C y 123,5 °C respectivamente) pueden significar que la solidificación del refrigerante puede ser un problema mayor cuando el reactor funciona a temperaturas más bajas.
Finalmente, tras la radiación de neutrones, el bismuto-209 , el principal isótopo de bismuto presente en el refrigerante LBE, sufre captura de neutrones y posterior desintegración beta , formando polonio-210 , un potente emisor alfa . La presencia de polonio radiactivo en el refrigerante requeriría precauciones especiales para controlar la contaminación alfa durante el reabastecimiento de combustible del reactor y la manipulación de componentes en contacto con LBE. [7]