De la energía nuclear de fisión (y 6): Combustible gastado y su almacenamiento

Ya extrajimos el uranio y lo transformamos en pastillas útiles para su uso en instalaciones nucleares. Después lo trasportamos hasta las centrales nucleares. Tras un intermedio en el que aprendimos que es lo que pasaba en el combustible para poder conseguir energía a través de los procesos de fisión, pasamos a entender el funcionamiento de los principales tipos de centrales nucleares, las PWR y las BWR. Ahora llegamos, por fin, a una de las fases más controvertidas del todo el ciclo de generación de energía por fisión nuclear: el almacenamiento del combustible gastado.

Como cualquier tipo de combustible, el combustible nuclear también se gasta, por lo que llega un momento en el que no es eficaz seguir utilizándolo para generar energía. En este momento tenemos que deshacernos de él, pero aparece el principal problema que preocupa a la sociedad. El combustible sigue siendo radiactivo, es decir, en las vainas de combustible siguen existiendo núcleos atómicos que siguen fusionándose y desintegrándose espontáneamente (aquí es importante decir que esa desintegración espontánea no es debida exclusivamente a que se haya usado en una central nuclear. En la naturaleza existen esos mismos núcleos desintegrándose espontáneamente) y continúan emitiendo neutrones, radiación gamma, radiación beta y alfa, dependiendo del núcleo. En una vaina de combustible gastado, pueden llegar a estar presentes casi todos los elementos de la tabla periódica.

En 1997 el Organismo Internacional para la Energía Atómica (OIEA) aprobó la “Convención conjunta sobre seguridad en la gestión del combustible gastado y sobre la seguridad en la gestión de desechos radiactivos”, que España ratificó en 1999 y publicó en el BOE de 23 de Abril de 2001. La convención estableció unos principios generales.

• Lograr y mantener en todo el mundo un alto grado de seguridad en la gestión.
• Asegurar que en todas las etapas se la gestión haya medidas eficaces frente a los riesgos potenciales de las radiaciones ionizantes para las personas, sociedad y medio ambiente, tanto actualmente como en el futuro.
• Prevenir los accidentes con efectos radiológicos y mitigar sus consecuencias.

En la gestión del combustible nuclear se pueden distinguir varias etapas como son el almacenamiento temporal en la propia central nuclear, el reprocesado del combustible (si el modelo de gestión de la central nuclear está basado en ciclo abierto), el almacenamiento temporal fuera de la central en una instalación centralizada y su almacenamiento definitivo en formaciones geológicas estables.

Actualmente se está investigando sobre la transmutación y separación de los núcleos presentes en el combustible. De esta manera se reduciría el impacto radiológico y el volumen de combustible gastado para gestionar sería mucho menor.

Vamos a ver en que consiste cada una de las etapas para la gestión del combustible gastado.

Almacenamiento temporal en la propia central nuclear. Esta fase consiste en trasladar el combustible gastado desde el núcleo del reactor a unas piscinas donde se consigue que se enfríe lo suficiente y se produzca un decaimiento de su actividad. El líquido utilizado es agua debido a su alto coeficiente de transmisión de calor y buen blindaje contra la radiación. Además se utilizan venenos neutrónicos potentes para garantizar la subcriticidad de las vainas de combustible. Esta fase suele durar entre 10 y 20 años.

fullpiscinaPiscina de almacenamiento temporal (Fuente: Enresa)

Reprocesado de combustible. No es muy común y en España sólo la utilizó la central de Vandellós I. Consiste en enviar el combustible gastado a unas plantas especiales que lo reprocesan para volver a ser utilizado. No es una fase que se pueda realizar eternamente ya que en cada procesado se pierde calidad del combustible y deja de ser eficaz para la generación de energía.

Almacenamiento temporal centralizado (ATC) fuera del emplazamiento de la central nuclear. Consiste en transportar el combustible gastado hasta una localización que centraliza la gestión de todo el combustible gastado del país (o varios países vecinos). Existen varias opciones para este tipo de almacenes:
• Silos o bóvedas, que son estructuras de hormigón armado en cuyo interior hay contenedores metálicos que contienen el combustible gastado.
• Pozos excavados en la tierra y recubiertos con láminas de acero cerrados con tapas de hormigón. Estos pozos se separan unos de otros teniendo en cuenta la generación de calor, conductividad térmica del terreno y requisitos de subcriticidad.
• Contenedores fabricados en materiales que transmiten el calor por convección y conducción. Estos contenedores se sitúan sobre una losa de hormigón y pueden estar dispuestos al aire libre o en naves ventiladas.

complejoATCEsquema de un ATC (Fuente: Enresa)

Almacenamiento definitivo. Consiste en un almacenamiento geológico profundo (AGP) considerando las formaciones geológicas existentes. Aquí la propia geología se encarga de actuar como barrera geológica natural para impedir la transmisión de radionucleidos a la biosfera. Se considera un periodo de unos 10000 años de manera que se consiga una actividad igual a la que se generaría con una concentración natural de 235U. Se consideran las propiedades termomecánicas y la caracterización hidrogeológica de la barrera geológica

Como no todo el combustible gastado tiene las mismas características, hay que realizar estudios de seguridad para cada tipo de almacenamiento teniendo en cuenta la masa de uranio, el grado de quemado, el tiempo de enfriamiento, el calor máximo de desintegración y el enriquecimiento inicial máximo. Además para cada emplazamiento se evalúan al detalle todos los parámetros del emplazamiento de manera que puedan superar cargas sísmicas y condiciones ambientales extremas. También se tienen en cuenta los riesgos biológicos o químicos y se plantean todos los elementos de control necesarios para que no existan riesgos radiológicos para las personas o el entorno.

Referencias

International Atomic Energy Agency

Empresa Nacional de Residuos

Consejo de Seguridad Nuclear

Anuncios

Un pensamiento en “De la energía nuclear de fisión (y 6): Combustible gastado y su almacenamiento

  1. Pingback: De la energía nuclear de fisión (...

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s