EL CICLO DE COMBUSTIBLE NUCLEAR
 

73. ¿Qué es el ciclo del combustible nuclear?
Se denomina 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.

En el caso del uranio, el ciclo cerrado 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 la reelaboración de los elementos combustibles irradiados, para recuperar el uranio remanente y el plutonio producido, separando ambos de los residuos radiactivos de alta actividad que hay que evacuar definitivamente.

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.

 

74. ¿Cómo cubre España sus necesidades de uranio natural?
Las necesidades de concentrados de uranio para las centrales nucleares españolas es de unas 850 toneladas de U/año, que son cubiertas desde 1.991, en un 80%, con producción nacional y el resto mediante la participación que posee ENUSA en la empresa minera Cominak (Niger).

Para garantizar el suministro de concentrado de uranio al parque nuclear español previsto en 1975, y ante las expectativas de crecimiento de la demanda mundial, ENUSA firmó una serie de contratos de abastecimiento con diferentes suministradores, con lo que el problema que se plantea actualmente es el exceso de oferta en relación con nuestra demanda, lo que obliga tanto a incrementar nuestros stocks, como a renegociar los contratos de suministro y a pagar penalidades por su rescisión o reducción.

 

75. ¿Cómo cubre España sus necesidades de uranio enriquecido?
Tradicionalmente los servicios de enriquecimiento se miden en unidades de trabajo de secar (UTS). Dado que las necesidades españolas de servicios de enriquecimiento no superan el millón de UTS año, no resulta rentable la construcción de una planta de enriquecimiento, que tiene un umbral mínimo de rentabilidad estimada en 4 millones de UTS/año.

Por ello, los servicios de enriquecimiento se garantizan mediante la participación, del 11,11 %, que ENUSA tiene en la planta de difusión gaseosa de EURODIF, situada en Francia.

Asimismo, tiene una serie de contratos con el Departamento de Energía de los EE.UU. y con Technabexport (URSS), que representan, al igual que el caso del concentrado, un exceso de oferta sobre la demanda de nuestras centrales nucleares, lo que está obligando a la renegociación de los contratos.

 

76. ¿Se fabrican elementos combustibles en España?
La demanda española de combustible nuclear es de unas 200 toneladas de U enriquecido al año, que se satisfacen en su totalidad con la producción de la fábrica de elementos combustibles que posee ENUSA en Juzbado (Salamanca).

En esta instalación se fabrican, desde 1.986, los elementos combustibles destinados a las centrales nucleares españolas, tanto para las PWR como para las BWR.

 

77. ¿El uranio enriquecido empleado en centrales nucleares, sirve para fabricar bombas atómicas?
No. Tanto en uno como en el otro caso se emplea uranio enriquecido, centrales nucleares, sirve pero el utilizado en las centrales nucleares tiene un grado de enriquecimiento muy bajo, inferior al 5%. Para fabricar una bomba atómica es necesario un uranio muy enriquecido, por encima del 90%, lo que hace imposible que el uranio enriquecido con fines energéticos pueda emplearse como explosivo nuclear. Digámoslo así, el combustible nuclear empleado en una central nuclear contiene un uranio 235 demasiado diluido para que pueda emplearse como explosivo.
 

78. ¿Qué es la reelaboración y cómo se realiza?
El combustible nuclear produce energía cuando se fisiona en el núcleo del reactor, pero en cambio se generan productos de fisión radiactivos, plutonio y actínidos. En términos generales, cuando se saca del reactor, el combustible nuclear gastado posee una actividad 800 millones de veces mayor que la que tenía al entrar, cuando era sólo uranio. Su alta actividad obliga a aislarlo inmediatamente, por lo que se maneja siempre dentro de sistemas con blindaje biológico que atenúe la radiación hasta niveles admisibles por la legislación.

A corto plazo lo primero que se hace con el combustible gastado, al cual se le llama también indistintamente combustible irradiado o combustible quemado, es depositario en una piscina de almacenamiento que existe dentro del recinto de contención del reactor y a la que se llega por un canal de transferencia. En las piscinas, el agua que hay por encima del elemento sirve de blindaje biológico y además elimina el calor que se desprende de todo material con alta actividad.

Hace veinte años se admitía que el combustible gastado se iba a reelaborar en su práctica totalidad. La reelaboración es un proceso en que se separan selectivamente el uranio y el plutonio que quedan sin quemar en el combustible, dejando como residuos los productos de fisión y los actínidos. El uranio-235 y el plutonio-239 separados se reciclan a las fábricas de combustibles como material fisionable, cerrando así el ciclo del combustible nuclear con aprovechamiento total de los recursos energéticos.

Como residuos de la reelaboración quedan los productos de fisión y los actínidos, que posteriormente se solidifican por vitrificación y se encapsulan en cilindros de acero inoxidable constituyendo los únicos residuos de alta radiactividad que se derivan del ciclo del combustible nuclear, y que es necesario guardar aislados del entorno del hombre confinándolos en depósitos construidos en capas geológicas profundas hasta que pierdan su radiotoxicidad, lo cual se ha calculado que tarda 800 años.

En Francia funciona la planta de reelaboración de La Hague, propiedad de COGEMA, con dos unidades capaces de reelaborar 800 toneladas de combustible gastado al año, y en Inglaterra funciona otra planta en Seliafield, propiedad de BNF, con una capacidad análoga. Japón, -a su vez, está construyendo otra planta. Tanto COGEMA como BNFL ofrecen servicios de reelaboración a otros países, con la cláusula de retornarles los paquetes de residuos radiactivos, eventualmente.

Sin embargo, en los últimos quince años, debido a la abundancia y al abaratamiento del uranio, a las dificultades tecnológicas de la reelaboración y a la vitrificación, y a sus altos costes, que encarecen el -ciclo entre el 7 y el 10%, la reelaboración se ha cuestionado mucho. A título de ejemplo cabe decir que para fin de siglo se habrán descargado de los reactores LWR unas 120.000 toneladas de combustible, de las cuales no más del 20% serán reelaboradas. En el resto, los combustibles nucleares gastados serán considerados directamente como un residuo de alta actividad.

 

79. ¿Para que puede servir el plutonio recuperado?
El plutonio-239 es un elemento fisionable igual que el uranio-235, y se genera a partir del uranio-238 por captura de alguno de los neutrones excedentes de la fisión del uranio-235 en los reactores nucleares. El plutonio-239 puede ser considerado por tanto como un combustible nuclear, y de hecho el plutonio producido en los combustibles nucleares se quema en parte durante la estancia del combustible en el núcleo del reactor, contribuyendo a la producción de energía y al inventario de los productos de fisión. Aunque son datos variables, un 25% de la energía generada en una central nuclear procede de ese plutonio.

En el combustible gastado quedan entre 7 y 8 kg de plutonio sin quemar por tonelada. Este plutonio, recuperado en la reelaboración tiene dos usos:

a) Sustituir el uranio-235 en el combustible nuclear, fabricando pastilla de óxido de uranion y óxido
de plutonio mezclados, que se llama combustible MOX y que se está utilizando ya en reactores nucleares.

b) Ser el combustible de los reactores rápidos, donde sólo se usaría el plutonio-239 como combustible.

Potencialmente son los reactores rápidos los que producirían una demanda comercial del combustible gastado. Por consiguiente, la reelaboración tiene un porvenir ligado a la introducción comercial de los reactores rápidos, la cual parece lejana.

 

80. ¿Es igual el plutonio que puede extraerse del combustible gastado procedente de una central nuclear que el plutonio que se emplea en bombas atómicas?
No. cuando el uranio 238 contenido en el combustible nuclear de una central absorbe neutrones se transforma en una mezcla de isótopos del plutonio; fundamentalmente los isótopos de número másico 239 y 2401 junto a una menor proporción de los isótopos 241 y 242. De ellos, los únicos fisionables son el 239 y el 241. Por razones que sería largo explicar, el plutonio que se extrae de una central nuclear contiene un elevado porcentaje de isótopos pares, y aquí ocurre lo mismo que en el caso del uranio: las bombas atómicas requieren un plutonio mucho más rico en isótopos impares que el que se extrae de las centrales nucleares. Por analogía al caso del uranio enriquecido, podríamos decir que el plutonio producido en una central nuclear está débilmente enriquecido en isótopos impares y que las bombas atómicas necesitan un plutonio de alto enriquecimiento.