Después de 2 años vuelvo a escribir en este blog. Esta vez intentaré no dejarlo abandonado y seguir actualizándolo bisemanalmente aproximadamente.
¿Alguna vez tuvisteis curiosidad de que le pasa al uranio desde que es extraído de la mina hasta que se usa como central y se convierte en un residuo? Pues de eso vamos a hablar hoy, del ciclo de combustible de las centrales nucleares.
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| Ciclo del Combustible |
La figura anterior es, en resumen. el ciclo de combustible nuclear.Las etapas del ciclo de combustible son las siguientes:
- Minería del Uranio
- Concentración
- Conversión y enriquecimiento
- Fabricación de elementos combustibles
- Uso de combustible en el reactor
- Reproceso
- Almacenamiento
Hay dos tipos de ciclos de combustible:
- Abierto: Sin reproceso, es el ciclo que tenemos en España.
- Cerrado: Con reproceso, ocurre por ejemplo en Francia.
Vamos ahora a describir el proceso sin entrar en grandes detalles
-Minería
El uranio en la corteza terrestre tiene una concentración de aproximadamente 0.0002 %. Os puede parecer poco, pero de hecho es 40 veces mas abundante que la plata y 800 veces mas abundante que el oro. El uranio se extrae, sobretodo, de los minerales de pechblenda y uraninita.
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| Pechblenda |
Los mayores productores de mineral de Uranio son Canadá, Australia y Kazakstán. En España se extrajo hasta el 1 de enero del 2001.
-Concentración
Una vez el Uranio sale la mina, se le somete a un proceso físico-químico para aumentar el contenido de uranio hasta el 70% y conseguir un polvo fino con una riqueza en oxido de uranio del 99% Su formula química es U3O8 y se le conoce como "Yellow Cake"
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| Yellow Cake |
Para que un reactor de 1000MW de potencia ( la mayoría de los que tenemos en España) funcione un año se necesitan aproximadamente 200 toneladas de Yellow Cake. Hasta 2001 se realizaban procesos de concentración en España. Hoy por hoy nuestros reactores lo obtienen del extranjero.
-Conversión y Enriquecimiento
El uranio, en la naturaleza es una concentración de fundamentalmente dos isótopos, el U-238 con una abundancia natural del 99.2762 % y el U-235, con una abundancia del 0,7182 %.
Algunos reactores funcionan con uranio natural, pero la mayoría de ellos funcionan debido a la fisión del U-235 principalmente. Para favorecer el proceso de fisión, interesa conseguir concentraciones de U-235 mayores, del orden del 3-5 %. A esto se le llama enriquecimiento.
Antes de poder realizar el enriquecimiento es necesario realizar la conversión del yellow cake U3O8 a fase gaseosa como Hexafloruro de Uranio (UF6), mediante sucesivas disoluciones y precipitaciones.
Mediante el enriquecimiento, se consigue eliminar un 85 % del U-238. 200 toneladas de "yellow cake" se transforman en 32 toneladas de UF6 enriquecido. Esta etapa del ciclo de combustible nunca se ha realizado en España. Muy pocos paises tienen el ciclo completo del uranio, y esta es la parte mas polemica, ya que este proceso es el mismo que se utiliza en la fabricación de armas nucleares (aunque parte de los residuos del ciclo de combustible (Pu) son de mayor importancia en la fabricación de armas nucleares)
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| "Explicación" del enriquecimiento. (La Razón) |
-Fabricación de elementos combustibles (EC)
Una vez tenemos el uranio enriquecido en forma de UF6, se somete a un proceso quimico y se transforma en dioxido de uranio en polvo. Este polvo se calienta a gran temperatura y se prensa, obteniendose las pastillas de dioxido de uranio sinterizado, de 1 dm de diametro aproximadamente.
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| "Pellets" de Dióxido de Uranio |
Estas pastillas se introducen en unas varillas de una aleación de circonio (Zircalloy) de 4 metros de altura que son las propias varillas de combustible. Las varillas se agrupan en los elementos de combustible, que consiguen darle estabilidad a la estructura, asi como añadir las huecos en donde se introducen las barras de control del reactor.
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| Elemento de Combustible |
Hasta aqui para conseguir combustible fresco para el reactor. En España se fabrican EC desde 1985 en Salamanca. Trabajan para los reactores españoles y también exporta a otros paises.
-Uso en el reactor
Los elementos de combustible se introducen en el núcleo del reactor. Tras una serie de ciclos de quemado y concluido su ciclo de producción energética, los elementos de combustible son almacenados en las piscinas de la central. El agua sirve como blindaje contra la radiación y elimina el intenso calor que producen los elementos combustibles ya gastados.
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| Piscinas en la central nuclear de Vandellós II |
Una vez han pasados unos años (entre 2 y 10) se considera que el combustible es un residuo radiactivo ( si el ciclo es abierto) o que está preparado para el reproceso (en el ciclo cerrado).
-Reproceso
El combustible gastado esta compuesto por:
- 95.52 % de Uranio empobrecido
- 0.97 % de Plutonio
- 3.43 % de productos de fisión y activación
- 0.078 % de actínidos minoritarios
El reproceso consiste en la extracción del combustible gastado del uranio y plutonio para volver a ser usados en el ciclo nuclear. El Uranio recuperado se envía de nuevo a la planta de conversión y enriquecimiento para volver a obtener uranio enriquecido y el plutonio se traslada a la fabrica de Elementos Combustibles, en donde se fabrican pastillas de mezcla de uranio y plutonio llamadas pastillas MOX. El resto de actínidos y productos de fusión se vitrifican, con la intención de inmovilizarlos y darles estabilidad química, y se introducen en bidones de acero inoxidable. En la jerga atómica, a estos residuos se les conoce como "Vidrios".
El reproceso consigue reducir el volumen de residuos nucleares en un 97 % y se obtiene nuevo combustible para la central nuclear. En España nunca se adoptó, y es porque entre sus grandes ventajas, el reproceso tiene una desventaja fundamental, es más caro que producir nuevos elementos combustibles.
-Almacenamiento de residuos
En la primera parte del ciclo, hasta el uso en el reactor, se generan residuos de vida corta y poca producción de calor, que tienen su almacenamiento definitivo en España en el Cabril (Cordoba).
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| El Cabril (Córdoba) |
En la segunda parte del ciclo se producen elementos combustibles gastados (ciclo abierto) o vidrios (ciclo cerrado) como residuos. Estos residuos generan grandes cantidades de calor, tienen periodos de actividad muy largos (cerca de 1.000.000 años para reducirse a la del uranio natural). Hasta hoy, en el mundo solo se ha llegado a instalaciones de almacenamiento temporal (ATC), en piscinas o en contenedor metálicos; pero se están produciendo grandes avances en este tema, ya que en Finlandia se está realizando la construcción del primer AGP (Almacenamiento Geológico Profundo) en donde se realizaría un almacenamiento definitivo de estos residuos.
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| Esquema del ATC español (En proyecto) |
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| Esquema de un AGP |
Espero haberos despejado lagunas acerca del ciclo del combustible. El tema de los residuos ha sido algo escueto, pero en otra actualización espero cubrirlo con mas detalle.
Os dejo aqui también una animación muy buena realizada por el País en la que viene esquematizado el ciclo explicando con algún detalle los diferentes procesos
Adios amigos!
