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LADICIM participa en el proyecto europeo Extend-LTO para la operación a largo plazo de centrales nucleares

El Laboratorio de la Universidad de Cantabria liderará la aplicación de inteligencia artificial y la gestión de macrodatos para predecir la degradación de los aceros sometidos a irradiación extrema

Garantizar un suministro eléctrico ininterrumpido y libre de emisiones de CO2 es la gran prioridad de Europa. Cumplir con la actual taxonomía verde comunitaria obliga a mantener plenamente operativas las centrales nucleares existentes. Pero alargar su vida útil más allá del diseño original requiere métodos de análisis estructural de precisión casi quirúrgica. Este es el desafío tecnológico que aborda Extend-LTO.

Enmarcada en la iniciativa Euratom CONNECT-NM (Research Line 5), esta investigación arranca con una financiación global de 2,1 millones de euros y un horizonte de trabajo de 42 meses. La Universidad de Cantabria (UC) canaliza su aportación estratégica a través del Laboratorio de la División de Ciencia e Ingeniería de los Materiales (LADICIM). Su equipo investigador asume una doble responsabilidad crítica dentro del consorcio: liderar la gestión masiva de datos y diseñar los algoritmos matemáticos que predecirán el envejecimiento de las instalaciones.

El corazón del reactor y el problema del Níquel

Superar la barrera de los 60 años de operación ininterrumpida somete a los componentes de la central a un desgaste físico implacable. La atención de la industria se centra en un elemento en particular: la vasija del reactor (RPV, por sus siglas en inglés). Hablamos de una enorme cápsula de acero especial, irremplazable durante toda la vida de la planta, que soporta de manera constante temperaturas extremas, altas presiones y un incesante bombardeo de neutrones procedentes del núcleo.

Esa radiación continua altera la estructura íntima del metal. El proyecto Extend-LTO pone el foco en los reactores de agua ligera (LWR) fabricados con aceros que contienen altas proporciones de Níquel (Ni) y Manganeso (Mn). Cuando los neutrones impactan contra la red cristalina del acero, desplazan los átomos de sus posiciones originales. El níquel y el manganeso aprovechan estos defectos microscópicos para migrar y agruparse, formando clústeres a escala nanométrica.

Estas acumulaciones invisibles actúan como obstáculos internos que bloquean el movimiento natural de las dislocaciones del material. El resultado a nivel macroscópico es conocido como fragilización por irradiación: el acero se vuelve más duro, pero pierde drásticamente su tenacidad original frente a posibles impactos o cambios bruscos de temperatura.

Desentrañar la cinética exacta de este deterioro exige un esfuerzo científico internacional. Murthy Kolluri, desde el instituto holandés NRG PALLAS, coordina este consorcio europeo. Aportar conocimiento en análisis estructural requiere la participación del CIEMAT español, el centro HZDR y la multinacional Framatome en Alemania, junto al laboratorio URN-GPM de Francia y el HUN-REN-CER en Hungría. Completar la red de ensayos físicos y simulaciones implica también a STUBA (Eslovaquia) y UJV (República Checa). El proyecto cuenta además con el peso institucional del JRC de la Comisión Europea. Integrar información más allá de las fronteras comunitarias es tarea del UKNNL británico y de dos instituciones científicas ucranianas: el NSC KIPT y el KINR. Todas estas entidades unen fuerzas con la Universidad de Cantabria (LADICIM) bajo una misión muy clara: analizar el daño radiológico de los aceros empleando técnicas de caracterización a escala atómica.

'Curar' el acero mediante calor extremo

Comprender la magnitud del daño en estos aceros aleados es solo la primera fase operativa. El verdadero objetivo de la industria es combatirlo. Los investigadores europeos buscan optimizar y validar el recocido térmico post-irradiación (PIA, Post-Irradiation Annealing) como estrategia principal de mitigación para la operación a largo plazo.

La técnica es tan espectacular como compleja. Consiste en aislar el núcleo y aplicar calor extremo (habitualmente por encima de los 450 grados centígrados) directamente a la pared interna de la vasija durante varios días. Esa inyección masiva de energía térmica permite a los átomos recuperar su movilidad. Los clústeres de níquel y manganeso se disuelven. La red cristalina se reorganiza y el material «sana». Este proceso revierte en gran medida la fragilización acumulada, devolviendo a la vasija las propiedades mecánicas exigidas para operar con un margen de seguridad total durante décadas adicionales.

La inteligencia artificial de LADICIM

Evaluar físicamente la eficacia de estos tratamientos de recuperación supone un desafío logístico y económico inmenso. Ensayar de forma experimental piezas de acero irradiadas obliga a trabajar dentro de celdas calientes fuertemente blindadas. Hablamos de instalaciones escasas en el mundo, donde cualquier procedimiento resulta extremadamente lento, complejo y costoso.

Sustituir parte de esa experimentación física por simulación digital es el gran valor añadido que aporta el Laboratorio cántabro. El grupo dirigido por el catedrático Diego Ferreño Blanco colidera en primer lugar el paquete de trabajo que exige recopilar, limpiar y armonizar las bases de datos procedentes de ensayos históricos europeos, como las campañas realizadas en reactores de alto flujo (HFR). Toda esta ingente cantidad de información digitalizada nutrirá y expandirá las capacidades de la plataforma continental ENTENTE.

«Nuestro objetivo es encontrar patrones y correlaciones ocultas cruzando la experimentación histórica con las métricas de daño más recientes disponibles en Europa», detalla el profesor Ferreño sobre este minucioso proceso de minería de datos.

Entrenar sistemas informáticos con este volumen de información evita la dependencia absoluta de los ensayos destructivos en celdas calientes y ahorra años de desarrollo e inversiones millonarias al sector. Además de este reto, LADICIM lidera también las tareas orientadas puramente al terreno de la predicción y el modelado avanzado.

Los ingenieros de la UC aplicarán rutinas de Machine Learning de última generación. Emplearán algoritmos de boosting basados en árboles de decisión (como XGBoost) y configurarán complejas redes neuronales artificiales (ANN). Alimentando estos sistemas con variables como la composición química del acero, el flujo neutrónico y las temperaturas de operación, construirán modelos matemáticos robustos.

Estas herramientas anticiparán cómo reaccionará exactamente la microestructura de un acero específico ante futuros ciclos continuados de radiación y recocido. Un aspecto crucial en esta fase será la implementación de enfoques de Inteligencia Artificial Explicable (XAI). Los modelos de LADICIM deberán explicar de forma clara el peso de cada variable física en sus predicciones finales.

Evolución hacia la Informática de Materiales

Este nivel de responsabilidad científica apuntala el prestigio de LADICIM, forjado a lo largo de más de treinta años de actividad investigadora desde la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Santander. Su trayectoria demuestra una evolución constante.

El Laboratorio cuenta con un sólido historial en el desarrollo de grandes iniciativas de Euratom. Sus investigadores ya fueron piezas clave en proyectos como FRACTESUS, donde validaron a nivel europeo el uso de probetas miniatura (Mini-CT). Esta innovación mecánica permite medir la tenacidad a la fractura empleando fragmentos de material irradiado casi minúsculos, optimizando el valiosísimo espacio dentro de los reactores de prueba. Posteriormente, lideraron la arquitectura de bases de datos para la iniciativa ENTENTE.

Dominar esta frontera tecnológica, bautizada hoy como Informática de Materiales, permite a los investigadores cántabros cruzar sin fricciones el conocimiento profundo de la metalurgia clásica con el lenguaje de programación y la ciencia de datos moderna.

Transferencia directa a la industria

Generar conocimiento académico es fundamental, pero convertirlo en una herramienta industrial utilizable vertebra el tramo final de Extend-LTO. Todo el esfuerzo de simulación y caracterización confluirá en el paquete de trabajo liderado por la multinacional germano-francesa Framatome.

La compañía condensará los modelos de inteligencia artificial desarrollados en Cantabria, junto a los datos experimentales del resto de socios, en guías técnicas de uso directo. Estas directrices proporcionarán a las empresas explotadoras de las plantas nucleares una serie de criterios totalmente objetivos. Sabrán cuándo es el momento exacto para aplicar un tratamiento térmico de recocido en sus vasijas y con qué parámetros de temperatura y tiempo.

La investigación de laboratorio se transforma de este modo en soluciones pragmáticas y estandarizadas de mantenimiento. Un paso decisivo para afianzar la viabilidad técnica del parque nuclear europeo, minimizando la incertidumbre operativa y blindando la soberanía energética del continente frente a los retos del futuro inmediato.

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