Los científicos se fijan en la naturaleza para crear un futuro combustible nuclear. Así lo están haciendo

En el mundo de la energía nuclear, cada avance suele llegar tras años de pruebas e ingeniería conservadora. Sin embargo, ahora una idea, nacida de las matemáticas y las formas de la naturaleza, está abriendo una puerta inesperada. Se ha descubierto que un tipo de geometría, que aparece en lugares tan heterogéneos como piñas, alas de mariposa o membranas celulares, y que podría transformar por completo la forma en que se diseña el combustible que alimenta a las centrales nucleares.

La reinvención del combustible nuclear

Para explicarte este proyecto, tenemos que acudir a la página web del Laboratorio Nacional de Idaho. La clave del avance se encuentra en lo que se conoce como superficies mínimas, que son unas estructuras que adoptan la menor superficie posible dentro de un contorno. Por ejemplo, las burbujas de jabón son el ejemplo más sencillo de entender. Cuando se forman en un aro, la película se estira justo lo necesario para cubrirlo y nada más.

Cuando estas superficies se repiten una y otra vez en las tres direcciones posibles del espacio, forman una especie de red continua y muy compleja. Su nombre sería superficies mínimas triperiódicas. Se sabe que en la naturaleza funcionan de maravilla, pero en la energía nuclear solo se habían visto como una rareza teórica. Hasta ahora.

Estas son las formas ideadas por el Laboratorio Nacional de Idaho para la barra de combustible nuclear

En realidad, lo que los científicos del Laboratorio Nacional de Idaho han diseñado es una nueva forma de barra de combustible que se parece más a un coral, llena de curvas y huecos, a la que han llamado INFLUX. Esta forma sustituiría a la típica barra recta y cilíndrica que se usa hoy en los reactores. Sigue cumpliendo la misma función que una barra convencional, pero su geometría está optimizada para que el calor salga con mucha más facilidad, igual que un radiador funciona mejor cuando tiene muchas aletas.

Gracias a la impresión 3D pueden fabricarla en metal o cerámica y se obtiene una especie de esqueleto que multiplica la superficie de contacto con el refrigerante y mejora la forma en que el combustible se enfría. Para comprobarlo, sin usar materiales radiactivos, los investigadores imprimieron una versión de plástico especial con sensores internos y la calentaron con electricidad, como si fuera una resistencia. ¿El resultado? Esta nueva forma de barra disipaba el calor tres veces mejor que una barra tradicional.

Pero, ¿cómo es que da tan buen resultado? Se sabe que la nueva forma obliga al refrigerante a circular por un recorrido más retorcido, lo que mezcla mejor el flujo del combustible y mejora la refrigeración. En una situación en la que el reactor se quedara sin refrigerante, esta nueva forma podría perder el calor con más rapidez, lo que ayuda a evitar que la barra se caliente de más y añade un margen extra de seguridad.

Aun así, falta aún trabajo por hacer. Un cambio tan grande necesita años de pruebas, regulaciones y decidir qué reactor sería el primer candidato. Lo que sí está claro es que la idea funciona. La inspiración obtenida de las matemáticas y las formas naturales ha demostrado que puede mejorar una de las piezas clave de un reactor. Y en un sector que avanza muy lento, esta pequeña forma podría tener un impacto enorme.