Ciclos de combustible.

¿Qué es el ciclo del combustible nuclear?

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Ciclo abierto

Planta de MOX

Planta de Reciclaje

Ciclo cerrado con reciclaje parcial

Central nuclear

Almacén temporal

Se conoce como Ciclo del Combustible Nuclear al conjunto de operaciones necesarias para la fabricación del combustible destinado a las centrales nucleares, así como al tratamiento del combustible gastado producido por la operación de las mismas. El ciclo abarca, por consiguiente, el proceso de la salida del mineral de la “mina” para la fabricación del combustible y su devolución en forma transformada, ya utilizado, a la mina o almacén subterráneo. Se definen dos tipos de ciclo: ciclo abierto y ciclo cerrado.

Mina de uranio

Planta de fabricación de combustible nuclear

Almacén geológico profundo

Referencias

Referencias:

Foro Nuclear. (2022). El combustible MOX: ¿Qué es y cómo se usa?. https://www.foronuclear.org/actualidad/a-fondo/el-combustible-mox-que-es-y-como-se-usa/ Universidad de Guanajuato. (s.f.) ¿Cómo funciona una central nucleoeléctrica?. http://www.dcne.ugto.mx/respaldo1/Contenido/MaterialDidactico/amezquita/Lecturas/Central%20Nuclear.pdf Comisión Nacional de Energía Atómica. ( s.f.) Etapas de la producción del combustible nuclear. Argentina.gob.ar. https://www.argentina.gob.ar/cnea/tecnologia-nuclear/ciclo-del-combustible-nuclear/etapas https://www.argentina.gob.ar/cnea/tecnologia-nuclear/ciclo-del-combustible-nuclear/etapas

Si el combustible irradiado no se reelabora es considerado en su totalidad como residuo radiactivo, lo que se denomina ciclo abierto, con lo que no se completa el denominado ciclo del combustible nuclear. Incluye la minería, la producción de concentrados de uranio, el enriquecimiento (si procede), la fabricación de los elementos combustibles, su empleo en el reactor y separando ambos de los residuos radiactivos de alta actividad que hay que evacuar definitivamente.

Un Almacén geológico profundo (AGP), una vez sellado, no necesita supervisión ni tiene gastos de gestión. Es un concepto difícil de comprender para algunas personas, pero realmente no necesita vigilancia porque se diseña específicamente para ello. La opción del AGP es considerada por el consenso internacional como la más segura y viable para la gestión final de los residuos radiactivos de alta actividad y larga vida y está basada en el concepto de barreras múltiples. Tras el almacenamiento temporal de los residuos radiactivos de alta actividad, e independientemente de la vía escogida, su etapa final es el almacenamiento definitivo, bien de aquellos residuos de los que ya no se ha podido obtener un uso alternativo o bien porque se ha decidido no reutilizarlos.

En esta etapa del Ciclo se obtiene dióxido de uranio con la pureza requerida para la fabricación de combustibles nucleares. Para ello, la torta amarilla atraviesa procesos de disolución, purificación, evaporación, precipitación, conversión y homogeneización. El dióxido de uranio se introduce en hornos donde se compacta hasta obtener pastillas cerámicas de 1 cm por 1 cm. A este proceso se lo denomina sinterizado. Las pastillas se colocan en tubos de zircaloy (una aleación de aluminio y zirconio); 37 de estos tubos llenos de pastillas conforman un elemento combustible. Luego de pruebas de calidad, son trasladados para ser utilizados en las centrales nucleares.

El combustible reelaborado se conoce como MOX –abreviatura de Mixed Oxide (Mezcla de Óxidos)- y está compuesto por una mezcla de óxido de uranio natural, uranio reprocesado o uranio empobrecido y óxido de plutonio. El uranio reprocesado y el uranio empobrecido es un subproducto de la fase de enriquecimiento del uranio natural en la fabricación del combustible convencional. El combustible MOX se comporta de forma similar a la del de uranio de bajo enriquecimiento para el que se diseñaron la mayoría de los reactores de agua ligera hoy en operación en el mundo, tanto de agua a presión (PWR) como de agua en ebullición (BWR).

El uranio es un elemento natural que se encuentra en rocas, suelos, agua y hasta en los seres vivos. El proceso consiste en triturar la roca y luego, a través de una acción química, separar el uranio de la roca para obtener un producto denominado torta amarilla (yellow cake).

Un Almacén temporal es una instalación probada y en funcionamiento en los países más avanzados del mundo y sirve para mantener almacenado con seguridad el combustible nuclear usado hasta implantar una solución definitiva: el almacenamiento geológico profundo o el reciclaje.

Una vez que el combustible ha permanecido durante tres ciclos de operación -aproximadamente unos 5 años- todavía conserva el 95% del uranio enriquecido que contenía inicialmente. El 1% es plutonio que se ha generado en las reacciones de fisión en cadena y el resto son actínidos menores, productos de fisión de vida larga, de vida corta y productos estables. El reciclaje se basa en la recuperación del uranio y del plutonio remanente en el combustible usado para generar nuevos combustibles.

Los combustibles se introducen dentro del núcleo de un reactor de potencia. Allí se produce la fisión: división de los núcleos del uranio para liberar grandes cantidades de energía. En cada fisión se desprenden neutrones. Algunos son frenados (moderados) por el agua pesada del reactor. Esto genera una reacción en cadena que es controlada por las barras de control. El calor producido es transferido a un circuito secundario, en donde se calienta agua hasta transformarla en vapor, que moverá una turbina conectada a un generador. Así se obtiene la energía eléctrica que se usa en nuestros hogares, la industria y los espacios públicos.

El ciclo cerrado incluye, además de lo ya mencionado en el ciclo abierto, la reelaboración de los elementos combustibles irradiados, para recuperar el uranio remanente y el plutonio producido