Uranio: de mineral a combustible nuclear (y II)

Vuelve a la parte I sobre el uranio

REFINADO DEL URANIO

Se denomina enriquecimiento al proceso de obtención del isótopo refinable U-238 aumentando su concentración sobre el U-235 según el tipo de reactor nuclear para el que se requiera, se consigue aumentar su concentración pasándolo a hexafluoruro de uranio (UF6 ) y luego por procesos de difusión gaseosa o centrifugado.

USO DEL MINERAL DE URANIO

Una gran cantidad de uranio es desechado debido a la poca cantidad de U-238 presente en el U-235, quedando un 96% como subproducto con muy pocas aplicaciones, siendo generalmente almacenado como uranio empobrecido.

Recientemente se le han encontrado nuevas aplicaciones, la industria militar le ha dado un uso como “cabeza” de proyectiles antiblindaje, debido a su alta densidad, encontrándose residuos de este material en todos los conflictos modernos y siendo fuente de contaminación para la población civil años después de acabado el conflicto. Como veremos mas adelante, también puede ser usado como parte de un nuevo combustible nuclear.

La proporción de U-238 varía según su destinatario, así para uso civil en centrales nucleares es del 1.5-5%, como combustible nuclear de buques, satélites y submarinos ronda el 40% y para armas nucleares lo mas cercano al 100% que sea posible.

Una vez extraído el UF6 ya enriquecido, se convierte en polvo de dióxido de uranio (UO2) que es horneado a alta temperatura para convertirlo en un material cerámico con forma de bolas. Luego estas son molidas para darles un tamaño uniforme y según se necesite para cada lugar al que vayan destinadas. Para los reactores nucleares son introducidas en tubos metálicos resistentes a la corrosión (generalmente de circonio) conformando las famosas barras de combustible.

Combustible inerte e insoluble

Aún después de todos los procesos de refinado y tratamiento, el desgaste de cada barra de combustible no es uniforme, y generalmente han de ser retiradas las gastadas y rotar con otras nuevas o seminuevas para equilibrar la reacción. Esto supone todavía un problema enorme, no ya el mover la barras y tener que desconectar el reactor en el proceso, si no la realineación optima de cientos de barras cada una con una cantidad distinta de combustible y una vida mas o menos corta para obtener un rendimiento lo mas homogéneo posible del reactor. Existen ya reactores que permiten la recarga sin tener que parar el reactor, pero son necesarios complicados sistemas y mucho personal.

DESHECHADO

Una vez gastadas las barras de combustible son almacenadas generalmente dentro de la misma central nuclear, normalmente en agua ya que aún conservan parte de su energía y siguen generando calor, además el agua aísla de la radiación. Estas barras están compuestas por un 96% de plutonio y el resto de uranio.

Una vez que el combustible esta frío, pasa a ser almacenado en un sitio seco junto con material y herramientas que ha sido usado en los trabajos de la central, generalmente en emplazamientos subterráneos en lugares geológicamente estables y protegidos, y donde permanecen vigilados por un periodo indefinido.

REPROCESADO

Actualmente se puede aprovechar parte de este combustible gastado, elaborando un nuevo combustible mezcla de U-235, Pu-239 (3-10%), restos de U-238 denominado MOX (mezcla de óxidos), este nuevo combustible no sólo puede ser usado en reactores de Agua Ligera (LWR) si no que además el plutonio que incorpora viene de las armas nucleares dando así un aliciente a su desmontado.

Casi medio centenar decentrales nucleares de Europa usan combustible MOX aunque sólo en una parte del reactor. La materia prima se obtiene del combustible gastado de EEUU (ya que allí esta prohibido su uso debido a diversos tratados) la U.E. y Japón, y es fabricado sobretodo en Francia y Reino Unido. Japón pronto usará un reactor alimentado completamente con MOX.

Fábrica de refinado de uranio en austalia
Planta de procesado de mineral de uranio

Para elaborar el MOX se han creado plantas de reprocesamiento nuclear, lo que hacen es extraer el plutonio (en forma de oxido) del uranio de las barras gastadas, para luego mezclarlo con uranio empobrecido. El plutonio también puede obtenerse de armas nucleares necesitando menos cantidad al tener hasta 2/3 partes de Pu-239

Con un 7% de plutonio se obtiene un combustible equivalente a uno de U-235 al 4.5%, pero la desventaja es que para mezclar el óxido de uranio (UO2) y el de plutonio (PuO2) ha de hacerse en forma de polvo moliendo ambos para obtener nuevas “bolas” de combustible, y generándose así gran cantidad de polvo radiactivo, aunque se están desarrollando procesos alternativos.

Otra de las desventajas del MOX es que las barras de combustible que se van ha reciclar deben ser lo mas recientes posibles, ya que después de 5 años la desintegración natural de las mismas producirá demasiado ameridio-241, aunque se puede lograr su uso después de complicados sistemas industriales.

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