Los reactores de sales fundidas (MSR) son uno de los varios diseños de reactores nucleares de próxima generación (Gen IV) que se están desarrollando en la actualidad. Al igual que los reactores de agua ligera (LWR), los MSR utilizan la fisión nuclear para generar calor. Sin embargo, en lugar de utilizar agua como refrigerante, los MSR emplean mezclas líquidas de sales de fluoruro o cloruro, también conocidas como «sales».

Los diseños de reactores de sistema de fundido (MSR) presentan una serie de ventajas potenciales en materia de seguridad, eficiencia y gestión de residuos en comparación con los reactores de agua ligera (LWR). El interés por la comercialización de los MSR ha ido en aumento desde 2002, cuando el Foro Internacional de la IV Generación (GIF) seleccionó los MSR como uno de los seis diseños de reactores nucleares de cuarta generación más prometedores para la colaboración internacional en I+D.

Hay dos principales tipos de los MSR: combustible disuelto y sólido. En el primer tipo, el refrigerante y el combustible son el mismo fluido. El combustible nuclear, que puede ser uranio, plutonio o torio, se disuelve en la sal fundida. El segundo tipo de MSR se conoce como reactor de alta temperatura refrigerado por sal fluorada (FHR). En el FHR, el combustible está formado por partículas sólidas de menos de 1 mm de diámetro que se encuentran en suspensión en el refrigerante de fluoruro fundido. El combustible permanece sólido incluso mientras se produce la reacción de fisión.

El calor generado por los MSR y otros reactores nucleares avanzados se puede aprovechar para una amplia gama de solicitudes entre los que se incluyen el calor de proceso, el tratamiento químico, la desalinización y la producción de hidrógeno. Dado que los reactores de vapor de metal (MSR) son más pequeños que los reactores de agua ligera (LWR), el ejército ha previsto su uso para la propulsión naval.

El MSR es uno de los trece prototipos de reactores nucleares que se diseñaron y probaron en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL). En aquel momento, un grupo de trabajo dependiente de la Comisión de Energía Atómica determinó que “era el que presentaba mayor probabilidad de alcanzar la viabilidad técnica”. El laboratorio llevó a cabo con éxito su Experimento con un reactor de sales fundidas (MSRE) entre 1965 y 1969. Este reactor generaba 7,4 MW de potencia térmica

Los reactores MSR tienen una mayor eficiencia térmica que los LWR, ya que funcionan a temperaturas más elevadas (entre 700 °C y 800 °C) que los reactores convencionales (300 °C). Los reactores MSR con turbina de ciclo cerrado pueden alcanzar 45% eficiencia en la conversión de energía eléctrica. Por el contrario, los reactores de agua ligera (LWR), que utilizan turbinas de vapor tradicionales, solo alcanzan una eficiencia del 33%.

A pesar del éxito inicial en la demostración del MSR, el MSRE se cerró debido a una combinación de presupuesto limitado y a la preferencia de la Comisión de Energía Atómica por seguir adelante con el diseño alternativo de un reactor reproductor rápido refrigerado por sodio.

A diferencia de los accidentes nucleares de Fukushima Daiichi, Chernóbil y Three Mile Island, los MSR, en esencia, no puede derretirse porque el combustible ya se encuentra en estado líquido. MSR utiliza seguridad pasiva debido a las propiedades del refrigerante. Cuando la temperatura aumenta, el refrigerante salino se expande, lo que ralentiza la reacción de fisión nuclear.

Además, si el reactor se sobrecalienta, un tapón se funde en la parte inferior del reactor y el combustible líquido se evacua inmediatamente a un depósito de recogida situado debajo del reactor, donde la sal se expande y se solidifica al enfriarse por debajo de los 500 °C. En caso de que se rompa la vasija del reactor, la bomba o una tubería, la sal simplemente se solidifica y el combustible nuclear no puede contaminar el medio ambiente.

Dado que los MSR funcionan a presión atmosférica, no existe riesgo de que el reactor explote. A diferencia de los LWR, el refrigerante no está presurizado y, por lo tanto, no es necesaria una cúpula de contención.

MSR genera menos residuos que las centrales nucleares convencionales, ya que estos reactores no utilizan las barras de combustible que se emplean en los reactores de agua ligera (LWR). Además, el reprocesamiento de No es necesario utilizar sales de combustible altamente radiactivas. con FHR porque resulta eficaz a la hora de ardiente elementos transuránicos. El FHR puede configurarse para utilizar el combustible gastado de los reactores convencionales. En Francia y Rusia, los investigadores están desarrollando reactores MSR que se reproducen en los ciclos de combustible de uranio o torio.

Aunque los reactores de agua moderada (MSR) presentan numerosas ventajas de diseño en materia de seguridad, gestión de residuos, costes y eficiencia con respecto a los reactores de agua ligera (LWR), este concepto requiere un mayor desarrollo y validación.

Las sales fundidas tienen una efecto corrosivo sobre los materiales estructurales utilizados en la vasija del reactor y los intercambiadores de calor. Un área importante de desarrollo es el ajuste preciso del refrigerante para controlar sus efectos corrosivos sobre los componentes del reactor (tuberías, bombas, etc.). Otro de los objetivos es el desarrollo de aleaciones metálicas y cerámicas estructurales resistentes a la radiación o a las reacciones químicas.

Otro reto para el MSR es el control del tritio. Se trata del único isótopo que podría escapar en condiciones normales de funcionamiento. La tecnología de separación del tritio de la sal irradiada aún no se ha demostrado de forma adecuada. Los investigadores también están experimentando con diseños de intercambiadores de calor de doble pared.

También es necesario probar la robustez del sistema de control del MSR y de la instrumentación relacionada para garantizar que se cumplan los requisitos de seguridad pasiva y activa. Los instrumentos, como los caudalímetros, deben estar diseñados para soportar altas temperaturas y materiales corrosivos. Hasta la fecha, los investigadores siguen abordando los retos técnicos específicos que se prevén en un reactor MSR. Ninguna empresa ha diseñado aún una planta MSR completa para su aprobación por parte de las autoridades reguladoras.

Por último, para cada tipo de reactor MSR es necesario desarrollar el ciclo del combustible. En concreto, esto se refiere a cómo se recarga el reactor y qué ocurre con los residuos.

Por lo tanto, todos los aspectos relacionados con los equipos y el funcionamiento de la planta deben ser homologados por el organismo regulador. Los organismos reguladores también deben elaborar un enfoque en materia de seguridad y concesión de licencias que tenga en cuenta los requisitos históricos adecuados para regular las características específicas de la tecnología MSR.

Los reactores MSR y otros diseños nucleares de cuarta generación están previstos para su comercialización a partir de 2030. La Comisión Reguladora Nuclear de EE. UU. (NRC) prevé que al menos dos de los diseños avanzados de reactores nucleares, incluido el MSR, alcancen la madurez técnica a principios de la década de 2030.

En 2016, el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) estableció un plataforma colaborativa compuesta por 17 países miembros dedicados al desarrollo de la tecnología MSR. Estados Unidos, Canadá, China, Rusia, Francia, India, Noruega y Dinamarca cuentan con programas activos para la comercialización de la tecnología MSR.

Entre ellos, China es el país que está realizando el esfuerzo más ambicioso para hacer realidad la fusión por resonancia magnética (MSR) con fines de producción comercial. El Instituto de Física Aplicada de Shanghái (SINAP), que cuenta con una plantilla de 500 investigadores, es desarrollar tanto el MSR como el FHR para su demostración en 2025 y su implantación en la década de 2030.

En Estados Unidos hay al menos nueve proyectos relacionados con la MSR, financiados con fondos públicos y privados, en marcha en universidades y empresas. El Departamento de Energía (DOE) está apoyando el desarrollo de la MSR a través de la Grupo de Trabajo Técnico GAIN MSR que está formado por seis empresas, además del Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) y el Laboratorio Nacional de Argonne. El Departamento de Energía (DOE) también está financiando el desarrollo de la FHR a través de un consorcio formado por tres universidades: el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), la Universidad de California en Berkeley y la Universidad de Wisconsin.