El vicepresidente de la CNEA habló con TSS sobre lo que implica para la Argentina dominar el proceso de enriquecimiento de uranio, las pruebas para realizarlo con láser, el desafío de moverse en el terreno de las tecnologías sensibles y el potencial exportador de la mano del proyecto CAREM.
Agencia TSS — El uranio es un elemento químico metálico que se emplea como combustible para los reactores nucleares. Solo uno de sus tres isótopos, el menos abundante, tiene la capacidad de liberar energía durante la fisión nuclear: el uranio 235 (U235). Separarlo del U238 (que comprende más del 99% de la masa del uranio natural) es muy difícil, ya que son idénticos en casi todo menos en la cantidad de elementos en su núcleo, lo que implica una muy pequeña diferencia de masa. En el mundo suelen usarse tres tecnologías para hacer esta separación, llamada enriquecimiento de uranio: difusión gaseosa, ultracentrífuga y con láser.
La primera consiste en mezclar el uranio natural con flúor (UF6) para manejarlo como un gas y luego comprimirlo contra una membrana que permite algún grado de separación, aunque con poca eficiencia. La Argentina cuenta con una planta de difusión gaseosa en Pilcaniyeu, Río Negro, que se construyó en los años 80. El solo hecho de tenerla le permitió al país entrar al grupo de proveedores de nucleares y tener voz y voto en decisiones geopolíticas del sector nuclear.
El sistema que más se usa actualmente en el mundo es el de ultracentrífugas. Consiste en poner UF6 en una centrífuga de alta velocidad y, así, lograr que el uranio más denso (U238) quede en las paredes de la centrífuga y el menos denso (U235) en el centro. La Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) tiene un proyecto de laboratorio para desarrollar este sistema pero todavía no se ha probado con uranio.
El método más nuevo consiste en expulsar el UF6 mezclado con gas argón a velocidades supersónicas por una tobera. A estas velocidades, las moléculas de uranio y las de argón tienden a unirse en dímeros (partículas de dos moléculas) y, mediante el uso de láseres muy específicos, se puede lograr que el U235 no quede asociado a ninguna molécula: al ser mucho más liviano que el resto de los elementos del chorro de gas, el U235 queda en las paredes exteriores. La CNEA tiene un proyecto de desarrollo de esta técnica liderado por Alberto Lamagna, vicepresidente del organismo nuclear que actualmente sufre, al igual que otras instituciones del sistema de ciencia y tecnología, un fuerte recorte en su presupuesto, la suspensión de proyectos y el cierre de líneas de producción como la de agua pesada.
Lamagna, físico doctorado en Bologna y también docente de la UNSAM, previamente dirigió la unidad de Proyectos No Nucleares del organismo, en la que se desarrollaron micro sensores electrónicos y células solares para satélites. En una entrevista con TSS, el vicepresidente de la CNEA habló sobre lo que implica para la Argentina poder dominar estas técnicas, los desafíos de ingresar al terreno de las tecnologías sensibles, los pormenores del enriquecimiento de uranio con láser y su potencial exportador de la mano del proyecto CAREM.
¿Cuándo empezó el proyecto de enriquecimiento de uranio con láser?
Norma Boero, ex presidenta de CNEA, nos convocó para desarrollar esta línea que faltaba en el país. Ya habían designado personal para las ultracentrífugas y en el año 2010 hubo una resolución para nombrarme jefe de proyecto. En el año 2011 empezamos a comprar equipos y empezamos con las pruebas para medir absorción de UF6.
¿Qué hace el láser?
Primero se genera un flujo de gas de UF6 mezclado con argón, que sale por una tobera al que se le pega transversalmente con una luz láser infrarroja de 16 micrones de longitud de onda. Si se lo calibra bien, se excita nada más que al U235. En ese chorro, las moléculas tienden a pegarse entre sí, entonces algunas son más pesadas y tienden a quedarse en el centro del chorro. Si uno le pega al U235, queda solo y al ser más liviano queda en la parte exterior del flujo. La clave del proceso es lograr tener ese láser funcionando correctamente.
¿Qué particularidad tiene el láser?
Los láseres que nos venden tienen una longitud de onda de diez micrones, son láseres infrarrojos de alta repetición. El primero que adquirimos era diez pulsos por segundo (Hz) y el láser que compramos ahora es de 300 Hz, es decir, de 300 pulsos por segundo. Cuantos más pulsos por segundo, más se le puede pegar al chorro de gas para enriquecer uranio. Son láseres que tienen muchas aplicaciones de tipo industrial, no se venden para enriquecer uranio. Así como vienen no sirven para enriquecer uranio sino para corte de materiales, por ejemplo, y se necesita otra longitud de onda para la excitación del UF6. Por eso desarrollamos, en conjunto con INVAP, un láser Raman de hidrógeno que aumenta la longitud de onda del láser original a 16 micrones. INVAP estuvo desde el comienzo del proyecto, en 2011, y tienen mucha experiencia en enriquecimiento de uranio por haber montado la planta de Pilcaniyeu. De esta manera, el láser de 10 micrones solo sirve como fuente del láser Raman que desarrollamos.
¿Qué les permitirá hacer el nuevo láser que compraron?
Nos da la posibilidad de sintonizarlo, mover ligeramente la frecuencia para poder maximizar la absorción por parte del UF6. Con este láser sintonizable vamos a poder ajustar y maximizar el proceso de enriquecimiento de uranio y por eso estamos muy entusiasmados. Ya llegó una parte del láser de 300 Hz y la otra llegará antes de fin de año, ya lo estamos montando. Para este nuevo láser diseñamos un nuevo Raman conversor para pasar a 16 micrones.
¿El Raman tiene que ser diferente?
Hicimos un Raman más sofisticado aprovechando lo que aprendimos con el primero. Estamos esperando que lleguen las otras partes del láser para poder ensamblar todo. A fin de año ya empezaríamos con las pruebas.
¿El proceso de compra fue muy complejo?
Sí, porque como se sabe que se puede usar un láser de 10 micrones para convertir el haz en uno de 16 micrones se hacen muchas preguntas y hay mucha normativa relacionada. Uno tiene que firmar muchas declaraciones explicando para qué lo va a usar y comprometerse a que no lo va a exportar a otros países. La Argentina puede comprarlo porque pertenece al grupo de proveedores nucleares, pero no podemos revenderlo ni tercerizarlo. Solemos tener visitas del Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA), en las que miden la cantidad de uranio enriquecido y lo comparan con lo que declaramos.
¿Hay varios países que producen este tipo de láseres?
No muchos, debe haber tres en el mundo.
¿Entonces es un componente crítico del proyecto?
El láser es un componente crítico de esta tecnología porque, por más que se puedan conseguir los láseres, hoy en día el problema es que no hay láseres continuos de 16 micrones. Además, son láseres con unas 10.000 horas de uso, en los que después hay que cambiar los electrodos de la cámara de disparo. Tienen una vida útil corta. Esta tecnología, si bien a escala de laboratorio es la mejor del mundo, a escala industrial no lo es tanto por los problemas de los láseres.
En el desarrollo de tecnología muchas veces se intentan ocultar los avances para tener una ventaja comercial, pero en el área nuclear siempre hay que abrir toda la información a los organismos internacionales para dar seguridad de que se hará un uso pacífico. ¿Cuál es el límite entre lo que se muestra y lo que no?
Lo que se muestra a los inspectores es todo lo que pidan salvo el láser Raman, que se cubre con una lona, el fotorreactor, las toberas, eso no se muestra, ni tampoco los planos. Ellos ven que tenemos los láseres, ven el tamaño de la instalación, miden la cantidad de uranio que procesamos y mostramos todo lo que quieran ver de las zonas controladas, ya que a las oficinas tampoco entran. Tampoco se publica con sumo detalle en trabajos científicos.
¿Hasta qué nivel se puede enriquecer?
En nuestra instalación tenemos autorizado por la OIEA hasta 5%, pero en la Autoridad Regulatoria Nuclear de Argentina (ARN) hicimos la licencia de operación hasta el 1%. Empezamos desde más abajo porque es más fácil el trámite. Lo primero que tenemos que hacer es encontrar el proceso más adecuado. Todavía estamos en la fase de laboratorio, en la que el objetivo es demostrar la factibilidad del proceso y encontrar los parámetros para hacer una ingeniería conceptual y básica de una planta piloto. Una vez que lo tengamos optimizado es cuestión de comprar cinco o 10 láseres y sumar cantidad de kilogramos por mes de uranio enriquecido al porcentaje que querramos. Una vez que uno tiene desarrollado el proceso o el método con parámetros razonables para industrializarlo, para escalarlo, se pueden poner 100 toberas una al lado de la otra y varios láseres sincronizados para empezar a juntar material. Eso ya sería la fase de planta piloto, pero para eso faltan un par de años.
¿Qué importancia tiene este proyecto en el marco del reactor CAREM, que usa combustible con algún grado de enriquecimiento?
Para la Argentina, el enriquecimiento de uranio implica tener el desarrollo autónomo de todo el ciclo de combustible y el soporte de las exportaciones nucleares que podemos hacer como país, tanto de reactores CAREM como de reactores multipropósito. Le da seguridad al comprador de que somos un proveedor confiable de suministros nucleares y que garantizamos todo el ciclo de combustible. Podemos vender los combustibles sin depender de otro país que nos venda uranio enriquecido.
Eso sería en la teoría, porque en la práctica todavía les falta para producir combustibles enriquecido…
Claro, hoy en día compramos el uranio enriquecido, pero tenemos la capacidad de enriquecer uranio por difusión gaseosa en Pilcaniyeu. Eso nos da la posibilidad de pertenecer a un club selecto de países que pueden enriquecer uranio en cualquier momento y por eso nos venden.
La Argentina tiene tres tecnologías en desarrollo, difusión gaseosa, ultracentrífugas, y láser. ¿tiene sentido seguir con las tres?
Tiene sentido manejar las tres tecnologías a escala de laboratorio pero no tendría sentido a escala industrial. Sería bueno tener a escala de laboratorio mini cascadas de centrífugas funcionando, plantearse alguna planta piloto de centrífugas y, si tenemos éxito en un par de años con el desarrollo de la tecnología láser, tener una planta piloto. Podríamos pensar en tener cinco láseres de alta frecuencia, como para juntar algunos kilogramos (de uranio enriquecido) por año y estudiar la escalabilidad futura. De ahí a una escala industrial es una decisión política. Son inversiones grandes y se lo puede pensar apalancado en un ambicioso plan de exportación de reactores CAREM.
¿Hoy hay demanda de uranio enriquecido en el mundo?
Hoy hay más capacidad instalada de enriquecimiento de la que necesitan los reactores que hay en funcionamiento y de los que hay en construcción. Había tres escenarios posibles en un estudio de la World Nuclear Asociation que compramos y en el de mayor inversión haría falta que los países pongan en marcha nuevas plantas de enriquecimiento en 2025. Después del accidente de Fukuyima algunas inversiones se desestimaron, Alemania decidió no tener más energía nuclear y entonces eso cambió la demanda de enriquecimiento.
¿Este proceso en el que trabajan se puede usar también para separar isótopos de litio?
Claro, se puede usar en separación isotópica de otros elementos que uno necesite, no solamente de uranio. Hay muchos elementos que se usan en la parte médica. El litio se puede separar por láser y se usa para generar neutrones en aceleradores de partículas, entre otras aplicaciones. De hecho, en la CNEA ya se empezó a separar litio con intereses académicos a escala muy pequeña.
¿Cómo se compone el grupo de investigación? ¿Tienen becas de formación para sumar personal?
Se hizo un llamado de becas para los egresados de los institutos Sábato, Balseiro y Dan Beninson, y en la última convocatoria hubo más becas que postulantes. Ahora tenemos dos puestos para becas y algunos becarios trabajando. Generalmente, los becarios trabajan en temas accesorios, no en el corazón del proyecto, pero hacen aportes importantes. En el grupo tenemos gente de todas las edades. En Bariloche hay un equipo de físicos, ingenieros, teóricos elementales, básicos y aplicados. Y contamos con la colaboración de INVAP, que tiene más ingenieros y personal de investigación aplicada. Entre los que están con dedicación plena y parcial, debemos ser unas 60 personas en el proyecto. Alrededor de 45 están en Bariloche y el resto en Buenos Aires. En estas disciplinas no hay mucha cultura de trabajo en grandes proyectos y se tiende más a la formación de grupos chiquitos. En cambio, este grupo es de mucha gente y hay muchas especialidades distintas: gente de caracterización, diseño y simulación de fluidodinámica, de toberas continuas, en proceso de fabricación de los elementos y de la óptica de los láseres. Para mí, la parte más exitosa del proyecto es que podemos trabajar juntos entre dos organizaciones como CNEA e INVAP, entre los investigadores más teóricos y aquellos que son más experimentales.
Fuente: TSS