¿Qué pasaría si hubiera una guisa de resolver uno de los obstáculos más importantes al uso de la energía nuclear: la asesinato de desechos nucleares de ingreso actividad (HLW)? Dauren Sarsenbayev, estudiante de doctorado de tercer año en el Sección de Ciencia e Ingeniería Nuclear (NSE) del MIT, está abordando el desafío como parte de su investigación.
Sarsenbayev se centra en uno de los principales problemas relacionados con los HLW: el calor de desintegración descocado por los residuos radiactivos. La premisa básica de su decisión es extraer el calor del combustible viejo, lo que simultáneamente se ocupa de dos objetivos: obtener más energía de un memorial exento de carbono existente y al mismo tiempo aminorar los desafíos asociados con el almacenamiento y manejo de HLW. «El valía de la energía exento de carbono sigue aumentando cada año y queremos extraer la maduro cantidad posible», explica Sarsenbayev.
Si proporcionadamente se han rematado avances significativos en la gobierno y asesinato segura de HLW, puede acontecer formas más creativas de mandar o servirse los desechos. Una medida así sería especialmente importante para la aplauso pública de la energía nuclear. «Estamos replanteando el problema de los residuos nucleares, transformándolos de un pasivo a una fuente de energía», dice Sarsenbayev.
Los matices de la energía nuclear.
Sarsenbayev tuvo que replantearse un poco su forma de percibir la energía nuclear. Al crecer en Almaty, la ciudad más noble de Kazajstán, el trauma colectivo de las pruebas nucleares soviéticas pesaba sobre la conciencia pública. El país, que alguna vez fue parte de la Unión Soviética, no sólo tiene las cicatrices de las pruebas de armas nucleares, sino que Kazajstán es el maduro productor de cósmico del mundo. Es difícil escapar de la psique colectiva de equiparable comisionado.
Al mismo tiempo, Sarsenbayev veía cómo su Almaty originario se asfixiaba cada invierno bajo un denso smog, correcto a la calcinación de combustibles fósiles para obtener calefacción. Decidido a hacer su parte para acelerar el proceso de descarbonización, Sarsenbayev se dedicó a realizar estudios universitarios en ingeniería ambiental en la Universidad Kazajo-Alemana. Fue durante este tiempo que Sarsenbayev se dio cuenta de que prácticamente todas las fuentes de energía, incluso las prometedoras renovables, presentaban desafíos y decidió que la energía nuclear era el camino a seguir para obtener su energía confiable y descenso en carbono. «Estuve expuesto a la contaminación del música desde la infancia; el horizonte era simplemente indignado. El maduro incentivo para mí con la energía nuclear fue que, mientras la hiciéramos correctamente, la concurrencia podría respirar un música más expedito», dice Sarsenbayev.
Estudio del transporte de radionucleidos.
Parte de “hacer energía nuclear correctamente” implica estudiar (y predecir de guisa confiable) el comportamiento a prolongado plazo de los radionucleidos en depósitos geológicos.
Sarsenbayev descubrió su interés en estudiar la gobierno de desechos nucleares durante una pasantía en el Laboratorio Doméstico Lawrence Berkeley cuando era estudiante universitario.
Mientras estuvo en Berkeley, Sarsenbayev se centró en modelar el transporte de radionucleidos desde el sistema de barrera del depósito de desechos nucleares hasta la roca huésped circundante. Descubrió cómo utilizar las herramientas del oficio para predecir el comportamiento a prolongado plazo. «Cuando era estudiante, estaba efectivamente fascinado por hasta qué punto en el futuro se podía predecir poco. Es poco así como prever lo que encontrarán las generaciones futuras», dice Sarsenbayev.
El momento de la pasantía en Berkeley fue fortuito. Fue en el laboratorio con el que trabajó. Haruko Murakami Wainwrightque estaba empezando en el MIT NSE. (Wainwright es profesor de mejora profesional de Mitsui en tecnología contemporánea y profesor asistente de NSE y de ingeniería civil y ambiental).
Con el objetivo de realizar estudios de posgrado en el campo de la gobierno de desechos nucleares, Sarsenbayev siguió a Wainwright al MIT, donde investigó más a fondo el modelado del transporte de radionúclidos. Es el primer autor de un papel que detalla mecanismos para aumentar la robustez de los modelos que describen el transporte de radionucleidos. El trabajo captura la complejidad de las interacciones entre los componentes de las barreras diseñadas, incluidos los materiales a colchoneta de cemento y las barreras de arcilla, el medio representativo propuesto para el almacenamiento y asesinato de combustible nuclear viejo.
Sarsenbayev está satisfecho con los resultados de la predicción del maniquí, que refleja fielmente los experimentos realizados en el Sitio de investigación de Mont Terri en Suiza, famosa por sus estudios sobre las interacciones entre cemento y arcilla. «Tuve la suerte de trabajar con el doctor Carl Steefel y el profesor Christophe Tournassat, destacados expertos en geoquímica computacional», afirma.
Los mecanismos de transporte de la vida actual implican muchos procesos físicos y químicos, cuyas complejidades aumentan drásticamente el tamaño del maniquí computacional. El modelado del transporte reactivo, que combina la simulación del flujo de fluidos, reacciones químicas y el transporte de sustancias a través de medios subterráneos, ha evolucionado significativamente en las últimas décadas. Sin bloqueo, ejecutar simulaciones precisas conlleva desventajas: el software puede requerir días o semanas de tiempo de computación en clústeres de stop rendimiento que se ejecutan en paralelo.
Para demorar a resultados más rápidamente ahorrando tiempo de computación, Sarsenbayev está desarrollando un ámbito que integra “modelos sustitutos” basados en IA, que se entrenan con datos simulados y se aproximan a los sistemas físicos. Los algoritmos de IA hacen predicciones del comportamiento de los radionúclidos más rápidos y menos intensivos desde el punto de pinta computacional que el equivalente tradicional.
Enfoque de investigación doctoral
Sarsenbayev incluso está utilizando su experiencia en modelización en su trabajo doctoral principal: en la evaluación del potencial del combustible nuclear viejo como fuente de energía geotérmica antropogénica. «De hecho, el calor geotérmico se debe en gran medida a la desintegración natural de los radioisótopos en la corteza terráqueo, por lo que utilizar el calor de desintegración del combustible viejo es conceptualmente similar», afirma. Un contenedor de residuos nucleares puede ocasionar, bajo suposiciones conservadoras, la energía equivalente a 1.000 metros cuadrados (un poco menos de un cuarto de acre) de paneles solares.
Oportuno a que el potencial de calor de un recipiente es significativo (uno representativo (dependiendo de cuánto tiempo estuvo enfriado en la piscina de combustible viejo) tiene una temperatura de aproximadamente de 150 grados Celsius), pero no enorme, la linaje de calor de esta fuente utiliza un proceso llamado sistema de ciclo binario. En un sistema de este tipo, el calor se extrae indirectamente: el recipiente calienta un circuito cerrado de agua, que a su vez transfiere ese calor a un fluido secundario de bajo punto de agitación que impulsa la turbina.
El trabajo de Sarsenbayev desarrolla un maniquí conceptual de un sistema geotérmico de ciclo binario alimentado por el calor procedente de residuos radiactivos de ingreso actividad. Los primeros resultados de los modelos han sido publicado y parece prometedor. Si proporcionadamente el potencial para dicha linaje de energía se encuentra en la etapa de prueba de concepto en el modelado, Sarsenbayev tiene la esperanza de que tenga éxito cuando se lleve a la praxis. “Lo que queremos es convertir un pasivo en una fuente de energía, y esta decisión lo cumple”, afirma.
A pesar de que el trabajo lo consume todo – “Estoy casi obsesionado con mi trabajo y lo amo” – Sarsenbayev encuentra tiempo para escribir poesía reflexiva tanto en kazajo, su sinhueso materna, como en ruso, que aprendió cuando era criatura. Todavía le apasiona la astrofotografía, tomando fotografías de cuerpos celestes. Encontrar el firmamento noctívago adecuado puede ser un desafío, pero los cañones cerca de su casa en Almaty encajan especialmente proporcionadamente. Participa en sesiones de fotografía cada vez que invitado su casa durante las recreo y su inclinación por Almaty se hace evidente. “Almaty significa ‘el emplazamiento donde se originaron las manzanas’. Esta parte de Asia Central es muy hermosa; Aunque tenemos contaminación ambiental, este es un emplazamiento con una rica historia”, dice Sarsenbayev.
Sarsenbayev está especialmente interesado en encontrar formas de comunicar tanto las artes como las ciencias a las generaciones futuras. «Obviamente, hay que ser técnicamente riguroso y modelar correctamente, pero incluso hay que comprender y transmitir una visión más amplia de por qué se hace el trabajo y cuál es el objetivo final», afirma. Desde esa perspectiva, el impacto del trabajo doctoral de Sarsenbayev es significativo. ¿El objetivo final? Eliminar el obstáculo para la acogida de la energía nuclear produciendo energía exento de carbono y garantizando la asesinato segura de los desechos radiactivos.