724 candidatas y una ganadora: un laboratorio de EEUU funde la aleación V555 para reactores nucleares, con un 85 % de vanadio y más dura que el Zircaloy-4

• Adrián Villellas @AdrianVillellas
• Ingeniero informático, divulgador y creador de contenido tecnológico desde 2017, escribiendo para blogs y medios tanto en español como en inglés.
• • 05/11/2026 18:45
  • Actualizado: 05/11/2026 18:45

Un equipo del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL), en Richland (Washington), ha diseñado desde cero una aleación para los reactores nucleares de próxima generación. Se llama V555, lleva un 85 % de vanadio y salió de una criba por ordenador de 724 combinaciones de metales, según explicó el laboratorio el 27 de octubre de 2026.

En los ensayos a temperatura ambiente, la aleación V555 dio un límite elástico estimado de entre 500 y 600 megapascales, por encima de los cerca de 310 que el estudio atribuye al Zircaloy-4, el material de referencia con el que se fabrican hoy las vainas del combustible nuclear.

Mil grados y 200 dpa

El problema de partida está en las cifras del artículo científico. Los reactores actuales, de segunda y tercera generación, usan aleaciones pensadas para trabajar a partir de 300 °C y soportar hasta 70 dpa, mientras que los de cuarta generación pueden acercarse a 1.000 °C y superar los 200 dpa.

El dpa (desplazamientos por átomo) mide cuántas veces, de media, la radiación de neutrones saca a cada átomo del metal de su sitio. Cuanto más alto es, más se hincha y se vuelve frágil el material, y eso afecta sobre todo a la vaina, el tubo metálico que envuelve el combustible.

Los aceros comerciales que se estudian para esos reactores llevan además molibdeno, niobio, níquel o cobalto, elementos que se transforman en isótopos radiactivos de larga vida. El niobio, por ejemplo, genera residuos peligrosos durante más de 10.000 años, recuerdan los autores.

Cuatro criterios en una nota

El método se llama RAD (Robust Alloy Design, diseño robusto de aleaciones) y tiene ocho pasos. Primero se descartan en la tabla periódica los elementos que no sirven en un reactor; después se combinan los que quedan y se simula con un programa de diagramas de fases, la técnica conocida como CALPHAD, qué mezclas mantienen una única estructura cristalina estable.

Esa estructura buscada es la cúbica centrada en el cuerpo, en la que cada átomo tiene otro en el centro del cubo que forman sus vecinos y que, según el artículo, tolera mejor la radiación. Con ella, el equipo llegó a 724 candidatas de alta temperatura, 640 de ellas de la familia del aluminio, el cromo, el hierro y el vanadio.

Cada candidata recibió después una puntuación única que pesa cuatro factores: la reacción química entre la vaina y el combustible, que cuenta un 60 % porque el proyecto apunta a reactores rápidos; la ductilidad, un 20 %; la absorción de neutrones, un 10 %; y la facilidad para fabricarla, otro 10 %.

En esa clasificación, la V555 quedó primera y el Zircaloy-4, puntuado con las mismas reglas para comparar, cuarto.

Del ordenador al horno de arco

El artículo, publicado en la revista Materials & Design, lo firman Mohan Nartu, Shalini Tripathi, Ishtiaque K. Robin, Skye Supakul y Osman El Atwani, todos de la División de Ciencias Nucleares del PNNL. El Atwani es el investigador principal del proyecto.

Según la nota del laboratorio, la aleación se fundió en un horno de arco eléctrico del Laboratorio de Ciencia y Tecnología de Materiales del PNNL, y el material que no se usa en los ensayos se puede reciclar para hacer nuevas muestras sin perder calidad.

Nartu explica así por qué no partieron de una aleación conocida: «La práctica habitual es cambiar este elemento por aquel, y aquel por este». Y añade que eso da técnicamente un material nuevo, pero «no cambiaste el caldo, así que la sopa sigue siendo vieja».

Más dura que el Zircaloy-4

Al microscopio electrónico, la V555 mostró granos grandes de una sola fase, sin zonas con composición distinta, y una difracción de electrones confirmó la estructura cúbica centrada en el cuerpo. El único intruso fue una partícula de óxido de aluminio formada por trazas de oxígeno, que el análisis químico cifró en un 0,035 % del peso.

La nanodureza media fue de 3,389 gigapascales, frente a los 2 a 2,4 del Zircaloy-4 y los 2,5 de la aleación V-4Cr-4Ti, la de vanadio más estudiada para reactores de fisión y de fusión, según los datos que recoge el propio artículo.

El límite elástico es la tensión que aguanta un metal antes de deformarse para siempre. En la V555 salió de 511 megapascales a partir de la microdureza y de 584,5 a partir de la nanodureza, cuando la V-4Cr-4Ti ronda los 432.

«Queríamos demostrar que de verdad se pueden elegir los elementos desde cero, si se tienen en mente los criterios adecuados», resume Nartu en la nota del PNNL. El Atwani añade que el trabajo se ha convertido en «una vía para que la comunidad de materiales nucleares explore y evalúe una gama más amplia de materiales».

La investigación la ha financiado el programa de Materiales Nucleares Innovadores de la Oficina de Energía Nuclear del Departamento de Energía de Estados Unidos. Ese mismo departamento ya prueba combustible y circuitos de sodio para reactores avanzados en instalaciones como la sala de argón de 21 metros de Idaho, y empresas como Westinghouse han llevado su microrreactor eVinci a la criticidad a 663 °C.

Ni una hora bajo radiación

La V555 todavía no se ha probado bajo radiación, ni dentro de un reactor ni en un laboratorio. El límite elástico no se midió con un ensayo de tracción, que el artículo deja fuera de su alcance, sino que se calculó a partir de la dureza con fórmulas publicadas para aleaciones de vanadio.

Los autores admiten además que el método RAD se basa en cálculos de equilibrio a presión atmosférica, que no recogen la segregación ni la corrosión que provoca la radiación. Los pesos de su puntuación, escriben, son «cualitativos» y habrá que afinarlos con experimentos para cada tipo de reactor.

El siguiente paso, según el PNNL, es medir cómo responde la aleación a la radiación, a las altas temperaturas y a otras condiciones de un reactor, y estudiar otras composiciones de la misma lista. Otros equipos buscan también metales para condiciones extremas, como las aleaciones de niobio y titanio que no se vuelven frágiles a -253 °C, descritas en Nature por Oxford y Berkeley.

El estudio se ha publicado en Materials & Design (volumen 265, 2026), con el texto completo en abierto en OSTI, y el laboratorio lo ha contado en su nota del 27 de octubre de 2026.

Crédito de la imagen: Eddie Pablo / Pacific Northwest National Laboratory.