Entrevista: Jeff Waksman del Pentágono sobre el microrreactor del Proyecto Pele

El año pasado, el programa Proyecto Pele del Departamento de Defensa de EE. UU. (DOD) otorgó a BWX Technologies (BWXT) un contrato de 300 millones de dólares para diseñar, completar y entregar un prototipo de microrreactor transportable a gran escala equivalente de 1 a 5 megavatios en 2024 para realizar pruebas en el Laboratorio Nacional de Idaho. . El Pentágono tiene como objetivo el año 2027 para el despliegue del microrreactor en una instalación militar. Jeff Waksman, director del programa Pele de la Oficina de Capacidades Estratégicas (SCO) del DOD, habló con Jessica Sondgeroth de Energy Intelligence para proporcionar una actualización del progreso del proyecto del microrreactor y la línea de combustible TRIestructural-ISOtrópico (Triso) de BWXT. Waksman también profundiza en los objetivos y aplicaciones de Pele para el ejército estadounidense y más allá, incluidas sus implicaciones para la comercialización de la industria de reactores avanzados.

PREGUNTA: En junio, la OCS del Pentágono otorgó un contrato de 300 millones de dólares a BWXT para completar y entregar un prototipo de microrreactor transportable a gran escala refrigerado por gas de alta temperatura en 2024 para realizar pruebas en el Laboratorio Nacional de Idaho. ¿Dónde estás ahora con este proyecto?

R: El próximo gran obstáculo regulatorio es conseguir la aprobación preliminar del diseño por parte del Departamento de Energía [DOE]. En el mundo regulatorio del DOE, se llama PDSA [Análisis de seguridad documentado preliminar]. Estamos trabajando para ultimar los últimos detalles del diseño durante los próximos meses para que podamos obtener la aprobación del DOE. Los reactores nucleares son cosas integradas complicadas. No se puede decir que el diseño está terminado hasta que literalmente cada parte del diseño esté terminada. Porque siempre existe el riesgo de que un cambio en una parte de un reactor se produzca en cascada y afecte a cualquier otra parte del mismo. Así que es una de las cosas que dificulta los reactores nucleares, pero creemos que estamos logrando buenos avances y esperamos obtener esa aprobación del Departamento de Energía a finales de este año.

P: ¿Cuáles son algunos de los mayores desafíos cuando se trata de finalizar un diseño como este?

R: La mayoría de los desafíos se reducen a una de dos áreas. Una es que tenemos una cadena de suministro casi inexistente en Estados Unidos porque no hemos construido reactores fuera de la Marina durante las últimas décadas. Entonces, para algunos de los materiales o componentes, a menudo son trabajos únicos y personalizados. A menudo existen plazos de entrega muy largos para algunos de estos componentes. Y en algunos casos, lo que uno quiere hacer, simplemente no lo puede hacer porque no hay nadie en los Estados Unidos que pueda hacerlo.

El otro desafío proviene del hecho de que estos reactores de alta temperatura operan en regímenes físicos diferentes a los de los reactores tradicionales de agua ligera que Estados Unidos opera actualmente. Por eso, a menudo dependemos en gran medida de modelos en lugar de datos para demostrar la seguridad del sistema y eso requiere mayores márgenes de seguridad o mayores márgenes de incertidumbre en el diseño. Por ejemplo, si tiene dos materiales que se presionarán entre sí en el núcleo y no está exactamente seguro de cómo se expandirán o contraerán en esas condiciones extremas, necesita tener márgenes en su diseño para garantizar que nada se rompa cuando se opera a temperaturas extremas.

Este es uno de los beneficios reales que traerá el Proyecto Pele una vez que este reactor realmente opere: tendremos datos del mundo real sobre cómo operan estos materiales en esas condiciones y ayudará a validar y mejorar los modelos para cualquier otro futuro de alta potencia. reactor de gas de temperatura bajando por la pica.

P: ¿Qué le dio a BWXT la ventaja sobre X-energy y Westinghouse en la adjudicación del contrato del DOD?

R: Puedo hablar en términos generales sobre cuáles fueron nuestras métricas de calificación. Estábamos buscando un diseño de microrreactor que confiáramos que podríamos construir en un tiempo relativamente corto. Estábamos buscando en la medida de lo posible materiales y subcomponentes de alto TRL [nivel de preparación tecnológica], y un equipo ha tenido experiencia en la construcción de cosas como esta antes. No buscábamos construir el reactor más avanzado posible. Hay ciertas cosas que podría hacer que proporcionarían más potencia o más rendimiento, pero habrían agregado riesgos adicionales en términos de costo y cronograma. Y en esta etapa, no estamos buscando eso. Mi objetivo en el Proyecto Pele no es construir el reactor más perfecto, sino un microrreactor que cumpla con los requisitos que nos propusimos inicialmente.

P: Por supuesto, no solo BWXT está trabajando en el proyecto, también están Northrop Grumman, Aeroject Rocketdyne, Rolls-Royce LibertyWorks y Torch Technologies. ¿Puede contarnos un poco más sobre lo que están haciendo estas otras empresas?

R: Creo que este es un mensaje importante para cualquiera que quiera explorar la energía nuclear como una solución potencial: los reactores nucleares son complicados y las partes más difíciles no son realmente la parte nuclear, la parte más difícil de un reactor nuclear es la integración del sistema. . Incluso una empresa como BWXT, que ha construido muchos reactores nucleares para la Armada, no necesariamente tiene toda la experiencia necesaria para las diferentes partes de un sistema de microrreactor. Por ejemplo, los sistemas de conversión de energía en un reactor de gas de alta temperatura requieren una turbina, por lo que queríamos una empresa que tuviera verdadera experiencia en turbinas, concretamente Rolls-Royce. No creo que exista ninguna compañía nuclear en Estados Unidos que pueda construir un reactor nuclear por sí sola; Creo que cualquier empresa exitosa necesitará socios.

Las otras empresas de nuestra competencia, Westinghouse y X-energy, también reconocieron que no podían hacerlo por sí solas y acudieron con sus propios subcontratistas importantes. Entonces, cuando veo empresas que dicen que tienen planes para construir un reactor nuclear, una de las primeras preguntas que me hago es: "Bueno, ¿quiénes son sus socios? ¿Quién les ayudará a construir esto? Porque no tendrán toda esa experiencia". en casa."

No puedo entrar en detalles de lo que está haciendo una empresa u otra. Puedo decir, en términos generales, que Rolls-Royce tiene experiencia en el sistema de conversión de energía. Y donde Northrop Grumman en particular está ayudando es en I&C [instrumentación y control], todos los sistemas de control por computadora, tienen mucha experiencia en eso para muchos programas de defensa diferentes.

P: El sistema del reactor está diseñado para ensamblarse en el sitio y operar en 72 horas con apagado, enfriamiento, desconexión y remoción en menos de siete días. ¿Puede explicarnos la mano de obra que se necesita para que eso suceda?

R: Con los grandes sistemas de energía que opera el DOD, como sus grandes generadores diésel, normalmente hay un equipo asignado a ese sistema y que se mueve con ese sistema a donde quiera que vaya. Por lo tanto, se capacitará a un equipo para transportar, configurar, operar y mantener el sistema. El tamaño del equipo previsto para Pele no ha sido establecido con precisión y parte de eso dependerá de cómo el Ejército, o cualquier otro servicio, quiera operar el sistema. Pero imaginamos que probablemente serían alrededor de una docena de personas las que se encargarían de la configuración, el mantenimiento y la operación del sistema. Eso incluye al equipo operativo, que estaría formado por dos personas a la vez, probablemente en turnos de ocho horas. Así que necesitas seis personas sólo para hacer funcionar el reactor durante 24 horas seguidas, y luego también tendrás en el equipo gente experta en mantenimiento y fabricación. Y luego también cuenta con algunos ingenieros nucleares expertos para abordar problemas más graves o complicados.

P: ¿Existe también un sistema operativo autónomo?

R: Este reactor está diseñado para ser altamente autónomo; principalmente debería funcionar solo. Existe una idea errónea de que es completamente autónomo, pero en realidad nadie en el futuro cercano permitirá que un reactor nuclear funcione sin acompañamiento; siempre tendrá que haber alguien allí. Prevemos que en todo momento habrá dos operadores con el sistema, pero se debería requerir una acción significativamente menor por parte de estos operadores en comparación con los sistemas de reactores de agua ligera más tradicionales. Es un reactor mucho más simple y seguro con menos exceso de reactividad en el núcleo.

P: ¿Qué tan difícil sería encender y apagar el reactor para diferentes ubicaciones y objetivos?

R: La razón por la que diseñamos el sistema para que pudiéramos retirarlo en siete días es realmente para un escenario de emergencia en el que está en algún lugar cerca de ser invadido y hay que sacar el reactor de allí. No es una forma eficiente de hacer funcionar el reactor. No recomendamos que el sistema se mueva todas las semanas. Hay muchas eficiencias al hacer funcionar un reactor nuclear de manera relativamente constante, y el argumento económico a favor del reactor funciona mucho mejor si permanece en el mismo lugar durante meses seguidos. El tipo de sistemas que operan en el rango de 1 MW a 5 MW son cosas como hospitales móviles y sistemas de radar sobre el horizonte y cosas así tienden a ser relativamente estáticas. Pueden moverse, pero no suelen hacerlo con mucha frecuencia. Por lo tanto, no anticipamos que el sistema vaya a moverse semanalmente. Simplemente es menos eficiente de esa manera.

P: Uno de los usos potenciales que el DOD ha considerado para el Proyecto Pele es en bases de operaciones avanzadas (Fobs). ¿Es eso algo que el Departamento de Defensa todavía está considerando?

R: El término bases de operaciones avanzadas ha adquirido un significado diferente. Cuando pensamos en las bases de operaciones avanzadas en la era de la guerra global contra el terrorismo (donde hablábamos de estos pequeños Fobs en zonas remotas de Afganistán), no anticiparíamos la instalación de un reactor allí, ni necesitarían megavatios de potencia. Pero una cosa clave que hay que recordar en el mundo moderno es que en todas partes hay, a su manera, una base de operaciones avanzada. Si tuviéramos que entrar en un conflicto real casi entre pares, incluso nuestras instalaciones en los EE. UU. continentales no estarían necesariamente a salvo de perturbaciones en su infraestructura. Por eso nos centramos en ubicaciones que son operativamente importantes. Pero no será en la zona táctica. No anticipamos usarlos en un área táctica. Estos microrreactores serían un activo estratégico para ser utilizado a nivel estratégico.

P: Entiendo que se supone que el Proyecto Pele realizará pruebas de impacto cinético para garantizar que, en caso de un ataque, los productos de fisión en el combustible Triso no planteen problemas radiológicos. ¿Puedes contarme más sobre estas pruebas?

R: Tenemos acceso a un buen software de modelado informático de lo que hace un ataque cinético a cosas como el núcleo de un reactor. Y lo que debemos hacer es validar esos modelos con algunas pruebas físicas. Así que no vamos a construir un sistema Pele completo y hacerlo explotar, sino que lo que haremos será realizar pruebas físicas a menor escala utilizando materiales reales y amenazas reales para validar los datos. Y desafortunadamente, no puedo profundizar más en eso porque los detalles reales y las pruebas están todos clasificados.

P: ¿Con qué frecuencia sería necesario repostar combustible?

R: Un requisito del programa es que el reactor debe funcionar durante al menos tres años a plena potencia. Para el primer sistema, eso es lo que será.

P: Pele requiere uranio poco enriquecido (Haleu), ¿correcto? ¿Cuánto Haleu se necesitaría para cada carga?

R: No puedo darle un número preciso, pero puedo decir que el orden de magnitud de la cantidad de uranio que estamos usando es de cientos de kilogramos.

P: Más allá de las ubicaciones remotas, el ejército está buscando un recurso de energía eficiente para respaldar los sistemas de armas que consumen mucha energía. Puedes decir mas sobre esto?

R: Hasta la invención del submarino de propulsión nuclear, no existía ningún submarino. Hubo cosas llamadas submarinos en la Primera y Segunda Guerra Mundial, pero en realidad eran solo barcos que podían sumergirse brevemente bajo el agua. No se parecen a los submarinos circulares a los que estamos acostumbrados, y eso se debe a que fue necesario hasta que se tuvo esta enorme fuente de energía que no requería aire para poder tener un submarino real.

Ahora el DOD opera en un modo extremadamente limitado de energía, estamos increíblemente limitados de energía y somos increíblemente vulnerables a las interrupciones energéticas. Estamos muy limitados en lo que podemos hacer o incluso pensar debido a ese límite de energía, en lugares particularmente remotos e insulares. Si hubiera grandes cantidades de energía, se abriría la puerta a todo tipo de ideas, ya sean nuevos sistemas de radar o nuevos sistemas de energía dirigida, o cualquier otra cosa, simplemente les daría a los planificadores una nueva forma de pensar.

Cuando estaba en la NASA, los experimentos científicos que se pusieron en órbita operaban con cantidades increíblemente pequeñas de energía; Todas las grandes misiones espaciales de las que has oído hablar han operado en un orden de magnitud, docenas o cien vatios. Una vez se consultó a los líderes científicos sobre qué harían si tuvieran kilovatios, cientos de kilovatios disponibles, y los científicos en la sala quedaron alucinados: "Nunca se nos ocurrió que podríamos tener cien kilovatios para hacer una ciencia". experimento en el espacio." Creo que eso será lo que tendrán los planificadores militares si de repente entran en un mundo de abundancia energética.

P: Interesante. ¿En qué otro lugar fuera del ejército imagina que se podría implementar y utilizar este tipo de microrreactor?

R: Para las personas que se han puesto en contacto con nosotros para intentar aprender más sobre Pele, una aplicación son las comunidades muy remotas. Hay muchas comunidades remotas, particularmente en Alaska, que no están conectadas a una red más grande. Pagan precios muy altos por energía muy sucia en estos momentos.

Otra aplicación, lo creas o no, es el petróleo, el gas y la minería. Esta es un área en la que Canadá ha estado muy interesado porque la extracción y perforación de petróleo y gas consumen mucha energía y tienden a realizarse en áreas muy remotas donde es muy costoso obtener energía. Muchos de ellos han asumido compromisos públicos de emisiones netas cero y no hay forma de hacerlo sin utilizar algunos reactores nucleares.

La tercera aplicación es la infraestructura crítica del sector privado, como servidores. Si Google o Microsoft tienen servidores que deben funcionar las 24 horas del día, los 7 días de la semana, pase lo que pase, un microrreactor podría proporcionarlo. Sin embargo, no creo que los microrreactores lleguen a ser nunca competitivos en términos de costos con la red pública más grande de los Estados Unidos continentales. Nunca será de 10 centavos por kilovatio hora, por lo que solo será para lugares donde no sea fácil conectarse a la red o donde esté dispuesto a pagar más por la resiliencia.

Pregunta: En cuanto al combustible Triso, BWXT señaló que el contrato cubre la fabricación de combustible Triso para el núcleo del Proyecto Pele y para reactores adicionales, y combustible de partículas codificadas para la NASA. ¿Puede decirnos qué son los “reactores adicionales” en eso?

R: Estamos trabajando con BWXT para desarrollar variantes más avanzadas de Triso. Entonces, la variante de Triso que elegimos para Pele es AGR [reactor de gas avanzado] Triso, que es la versión que ya está calificada, por lo que tiene el TRL más alto. Sin embargo, existen formas más avanzadas de Triso que pueden soportar temperaturas aún más altas. Hemos estado trabajando con la NASA para ayudar a desarrollar combustible que podría ser útil para uno de los sistemas espaciales que la NASA o Darpa [Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa] están buscando hacer.

Como se trata de una línea comercial Triso, cualquier otra empresa puede venir y comprar el combustible Triso de BWXT. Hay otras empresas que han iniciado trabajos en sus propias instalaciones de fabricación de Triso, pero es probable que ninguna produzca el combustible durante al menos otros cinco años.

P: Sé que BWXT ha fabricado Triso en el pasado, entonces, ¿qué fue necesario para reiniciar esas líneas de producción?

R: En realidad, BWXT todavía tenía algunos de los equipos antiguos y trajimos a gran parte del personal antiguo. Tuvimos que comprar equipo adicional para aumentar el rendimiento, pero la clave fue recalificar el equipo y capacitar a todo el personal para que esté calificado. Es un proceso delicado. Es muy complicado fabricar Triso de alta calidad, pero a partir de diciembre esa línea está abierta y cualquiera que quiera Triso calificado puede comprarlo.

P: ¿Eso incluye el componente Haleu?

R: BWXT puede producir Triso en cualquier nivel de enriquecimiento. De hecho, ya están empezando a fabricar el combustible para el núcleo de Pele en esa línea.

P: Sé que Pele tiene acceso a reservas militares de uranio altamente enriquecido (UME) para convertirlo en Haleu. Pero si un proveedor comercial viniera a BWXT, aún tendría que adquirir su propio Haleu, ¿correcto?

R: La mayor parte del uranio enriquecido está controlado por la NNSA [Administración Nacional de Seguridad Nuclear]. Así que es realmente responsabilidad de todos adquirir su propio uranio enriquecido de la NNSA o adquirirlo a través de los mercados, ya sea a través de Centrus o Urenco o cualquier otro. BWXT no tiene reservas de uranio que puedan entregar a la gente.

P: Usted mencionó la NASA. Recientemente escribí sobre sus planes para un microrreactor para alimentar una base lunar y su trabajo con Darpa del Pentágono para desarrollar la propulsión térmica nuclear. ¿Es de eso de lo que estás hablando cuando se trata del uso potencial del combustible Triso por parte de Darpa y la NASA?

R: Los equipos de Darpa y la NASA todavía están analizando una variedad de opciones de combustible. No creo que el diseño esté completamente decidido, pero es muy probable que opten por algún tipo de combustible encapsulado porque, en un cohete espacial, la eficiencia del combustible del cohete tiene una relación directa con la temperatura en la que se opera. el núcleo. Cuanto más caliente esté el núcleo, más eficiente será el cohete. Por lo tanto, cuanto más altas sean las temperaturas que pueda soportar su combustible, mejor será su nave espacial. Se necesitará algún tipo de combustible encapsulado para alcanzar esas altas temperaturas.

P: ¿Qué opina de las preocupaciones sobre la seguridad, la protección y los riesgos de no proliferación asociados con este combustible en aplicaciones tanto militares como espaciales?

R: Yo diría que el combustible Haleu Triso es el combustible más resistente a la proliferación que se pueda imaginar. Por un lado, el combustible se divide en millones de diminutas partículas, cada una de las cuales está envuelta en un material de carburo de silicio muy, muy resistente. Es muy difícil reciclar. En segundo lugar, un 20% de combustible es en realidad bastante ideal desde una perspectiva de proliferación porque, si bien es un nivel de enriquecimiento de uranio más alto, se produce menos plutonio con un núcleo más enriquecido. La forma más sencilla de producir plutonio es con un núcleo de uranio natural.

La gente debería tener en cuenta que estos reactores estarán bajo el control del ejército estadounidense en grandes instalaciones estratégicas, rodeados por mucha gente armada. Entonces, si estuviera tratando de desviar material nuclear para algún tipo de actividad terrorista, no se me ocurre un objetivo menos atractivo que un reactor Pele.

P: Debido a que el Proyecto Pele tiene acceso a Haleu antes que muchos otros proveedores comerciales que desarrollan reactores avanzados, como pionero con respecto a Haleu, ¿qué significa esto para un caso comercial más amplio para la producción de Haleu?

R: Primero, quisiera enfatizar que la cantidad de Haleu que estamos usando es muy pequeña, se podría redirigir todo el combustible usado para Haleu y tener un impacto insignificante en la demanda del sector privado. Pero en segundo lugar, creo que Pelé es un gran factor iniciador del uranio porque antes de la invasión rusa de Ucrania, el sector comercial de Estados Unidos estaba feliz de comprar la mayor parte de su uranio en el extranjero. Estaban felices de comprar mucho en Rusia. La única justificación para el enriquecimiento estadounidense en ese momento eran las aplicaciones de seguridad nacional que requerían combustible no obligado. Sería el programa de armas y la Armada y ahora Pele.

Tanto el programa de armas nucleares como la Armada tendrán suficiente combustible para las próximas dos décadas. De modo que la existencia de un proyecto como el de Pele da una razón para invertir en combustible enriquecido de fabricación estadounidense y sin obligaciones.

Ahora bien, desde la invasión rusa de Ucrania se ha generado un gran impulso, porque de repente todo el mundo ha decidido que es un problema comprar todo el uranio de Rusia y ha habido mucha acción por parte del Congreso y de la Casa Blanca, como bien saben. Estoy consciente, así que creo que Pelé ha ayudado a impulsar esto en cierta medida, pero obviamente no tanto como Rusia invadiendo Ucrania.

P: Sé que eso cubre nuestro tiempo. ¿Hay algo más que te gustaría agregar, Jeff, que crees que no hemos tocado?

R: Tenemos un equipo muy fuerte y hemos estado trabajando muy rápido para lograr lo que tenemos. Estamos en el punto en el que estamos ordenando hardware para el reactor Pele y, como mencioné, estamos fabricando el combustible para el núcleo Pele. A menudo es difícil en la esfera pública poder distinguir entre qué proyectos son reales y cuáles son de PowerPoint. Queremos enfatizar que esto es real, tenemos el hardware, vamos a comenzar a construirlo este año y esperamos producir electrones pronto.