Oak Ridge ya sabe a qué hora se quedará sin combustible su reactor HFIR: un programa acierta el final de cada ciclo con 3,6 horas de margen

El Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL), en Tennessee, ha desarrollado un programa que predice la fecha y la hora a la que el reactor HFIR agotará el uranio de cada ciclo de funcionamiento, con un margen de 3,6 horas arriba o abajo, según la nota que el laboratorio publicó el 30 de octubre de 2026.

El HFIR (High Flux Isotope Reactor, reactor de isótopos de alto flujo) es un reactor de investigación de 85 megavatios que no produce electricidad, a diferencia de las centrales comerciales o de pequeños reactores modulares como el de NuScale, que se mantiene apagado con gránulos de boro en una emergencia. Sirve para bombardear muestras con neutrones y fabricar isótopos raros, y cada ciclo dura unos 24 días.

De un día de margen a horas

Hasta ahora, el momento exacto en que se agotaba el combustible era difícil de fijar con antelación. «Debido a una serie de factores complejos, la duración del ciclo variaba antes en un día o más en cualquier dirección», explica en la nota Joel McDuffee, responsable del Reactor Analysis and Modeling Group del HFIR, el grupo que analiza y modela el comportamiento del reactor.

Con un día de duda, las últimas horas de cada ciclo no se podían reservar con garantías para experimentos. «Cuando estamos operando, intentamos que el máximo número de personas use nuestras líneas de haz», contaba en junio Michael Flory, supervisor de turno del HFIR, en otra nota del laboratorio.

El reactor recibe a unos 500 científicos al año y trabaja además para la NASA, para agencias de seguridad nacional y para las empresas socias de ORNL que reciben sus isótopos.

Todo eso tiene que caber en seis o siete ciclos al año, con pocas posiciones libres para experimentos cerca del núcleo. Según McDuffee, la mejora beneficiará a cientos de experimentos de dispersión de neutrones y de producción de isótopos, porque permite «una planificación precisa de los experimentos hasta las últimas horas de producción de neutrones».

El anillo de berilio decide

Según la nota de ORNL, lo que más pesa en la duración de un ciclo es el número y el tipo de experimentos que se colocan en el anillo de berilio que rodea el núcleo, una pieza que hace de reflector y devuelve neutrones hacia el combustible.

Esos experimentos suelen acortar el ciclo. La potencia a la que trabaja el reactor, el uranio que lleva cargado y la edad de las placas de control móviles también cuentan, aunque con un peso secundario, de acuerdo con el laboratorio.

En la figura de Duncan Harryman que publica ORNL, la carga de experimentos aparece como un matraz enorme al final de una fila de vasos con los otros cinco factores, entre ellos el volumen de agua del núcleo y el veneno del reflector. Una pantalla de ejemplo marca el final del ciclo el 1 de julio de 2026, entre las 18:45 y las 22:18.

Los operadores pueden así equilibrar cada combinación de experimentos, que suelen acortar el ciclo, con la agenda de los científicos invitados, dice la nota.

Estadística y simulación coinciden

Por dentro, la herramienta junta un modelo estadístico alimentado con ciclos ya terminados y una simulación del agotamiento del combustible, que calcula cómo se consume el uranio mientras el reactor funciona.

Según ORNL, los dos métodos dieron resultados muy parecidos, lo que permitió reducir la variabilidad de los ciclos a un conjunto manejable de parámetros.

El método estadístico sirve para evaluar deprisa varias combinaciones posibles de experimentos. La simulación se reserva para experimentos nuevos, sin historial en ciclos anteriores, y para confirmar la estimación con el inventario definitivo antes de arrancar.

McDuffee resume el objetivo en la nota: la herramienta «apoya la misión del DOE de ofrecer instalaciones de investigación a usuarios y producir isótopos raros». ORNL calcula que el personal y los usuarios del HFIR la tendrán en servicio durante décadas, para el Gobierno, la industria, el mundo académico, el ejército y las misiones espaciales.

Californio para arrancar reactores

A diferencia de los reactores de plutonio de la Guerra Fría, como el de Hanford que EEUU ha encerrado en un capullo de acero de 37 metros, el HFIR sigue en servicio. Alcanzó su primera criticidad en 1965, se diseñó para 100 megavatios y ORNL tiene previsto devolverlo a ese nivel, según su página sobre la historia del reactor. Cada año acoge más de 300 experimentos, irradia más de 1.300 materiales y envía más de 600 radioisótopos.

«El alto flujo es la clave de todas las misiones que cumple el HFIR», afirma en esa página Brian Weston, director de operaciones de la Dirección de Ciencias Neutrónicas de ORNL. Tras cada ciclo de 24 días viene una parada de unas dos semanas para recargar el combustible y hacer mantenimiento.

De allí sale el 70 % del californio-252 del mundo, que se usa como fuente de neutrones para poner en marcha reactores, porque el combustible fresco no genera por sí solo neutrones suficientes para arrancar con seguridad. En 2020, ORNL envió alambre de californio para los dos reactores que se construían en la central de Vogtle, en Georgia, según el propio laboratorio.

El plutonio-238 producido en ORNL ayudó a alimentar el rover Perseverance de la NASA, según la misma página. El berkelio-249 fabricado en el HFIR sirvió para descubrir y confirmar el elemento 117, recuerda ORNL en la nota de 2014 que anunció su nombramiento como hito histórico nuclear de la American Nuclear Society.

Seis décadas de ciencia en el reactor HFIR. Vídeo: Oak Ridge National Laboratory

Mucho más pequeño, el reactor NRAD de Idaho también trabaja con neutrones, en su caso para radiografiar combustible nuclear bajo una sala llena de argón.

Con cuántos ciclos se midió el error

La nota de ORNL, firmada por Paul L. Boisvert, es la única fuente del anuncio y no remite a ningún artículo revisado por pares. Deja en el aire, por ejemplo, con cuántos ciclos reales se midió ese error de 3,6 horas y qué código de cálculo usa la simulación.

Queda otra incógnita para cuando el reactor suba a 100 megavatios, porque la potencia es uno de los factores del modelo y ORNL no ha explicado si tendrá que recalibrarlo. Tampoco ha dicho si piensa llevar el método a otros reactores de investigación del país.

En cuanto a la pantalla del 1 de julio, la figura es una ilustración y nada en el texto indica que esa ventana de tres horas y media saliera de un ciclo real.

La nota se ha publicado en la web del Laboratorio Nacional de Oak Ridge el 30 de octubre de 2026.

Crédito de la imagen: Stephanie Scarborough/ORNL, Departamento de Energía de EEUU.