El combustible nuclear durante su estancia en el núcleo del reactor se encuentra sometido a una elevada irradiación neutrónica, transformándose su constitución a lo largo del tiempo.

Antes de introducir el combustible, se pueden caracterizar tres partes distintas:

 

a) El propio combustible (UO2).

b) La vaina.

c) Materiales estructurales (rejillas, tubos guía, etc.).

 

Todos estos materiales experimentan transformaciones, como se indica a continuación:

a) En el combustible (UO2) aparecen productos de fisión (P.F.), que en general son emisores a y b. Al desintegrarse dan lugar a familias de isótopos radiactivos, algunos de los cuales aparecen por primera vez, ya que no existen en estado natural. Por reacciones de captura neutrónica parte del U-235 pasa a U-236 y parte del U-238 se transforma en los elementos pesados, conocidos por transuránicos o actínidos (TRU), como plutonio, neptunio, americio y curio, caracterizados por ser emisores a. La radiactividad artificial que contiene el elemento combustible gastado cuando se saca del núcleo del reactor es 800 millones de veces la radiactividad natural que contenía cuando se introdujo.

 

b) A su vez, el plutonio generado (Pu-239) se fisiona en parte, pues es un elemento fisionable (1 g de Pu-239 equivale a 1 g de U-235) y contribuye a la generación de energía y al inventario de los productos de fisión. En la figura 110 se esquematizan las transformaciones que experimenta el combustible UO2 durante su estancia en el núcleo del reactor y cuya extensión depende del tiempo de permanencia y la irradiación, o sea, del grado de quemado.

 

c) El combustible nuclear se gasta. La aparición del U-236, los productos de fisión y los TRU limitan el grado de quemado, aunque aún queden U-235 y plutonio, porque interrumpen la reacción de fisión en cadena al captar neutrones (son venenos neutrónicos) y hay que sacar los elementos del núcleo del reactor y sustituirlos por nuevos en una operación que se llama descarga, que se hace una vez por año y en la que se renueva un tercio del número total de elementos que hay en el núcleo. Los elementos retirados se conocen por combustible irradiado, gastado o quemado.

 

d) En la vaina y en los materiales estructurales aparecen los denominados productos de activación, formados por reacciones de captura neutrónica por parte de algunos elementos constituyentes de los mismos, dando lugar a elementos radiactivos. El isótopo radiactivo más importante que se forma es el cobalto-60. También el níquel-68.

 

e) Se genera gran cantidad de energía. La figura 110 representa la transformación correspondiente a un quemado que ha dado lugar a la liberación de 790 millones de kilovatios hora de energía calorífica por tonelada de uranio, una tercera parte de la cual se convertirá en energía eléctrica.

 

Un reactor de 1000 MW de potencia produce entre 25 y 30 t de combustible irradiado por año. En el combustible irradiado está contenida más del 99,5% de la radiactividad artificial que se genera en la producción de energía eléctrica en las centrales nucleares. Supuesta la estanquidad de las vainas, todos los productos de fisión y los transuránicos quedarán en el combustible gastado, lo cual supone contener la más alta radiactividad específica (unos 2 millones de curios por t de uranio) de todo el ciclo del combustible nuclear.

 

 

¿QUÉ SE PUEDE HACER CON EL COMBUSTIBLE NUCLEAR GASTADO?

A las dos estrategias existentes de gestión a largo plazo del combustible nuclear gastado se les denomina ciclo abierto y ciclo cerrado.

La estrategia del ciclo abierto consiste en considerar que el combustible gastado es un residuo radiactivo de alta actividad desde el momento de su descarga del reactor, teniendo que solucionar de alguna manera su aislamiento o confinamiento durante 4.000 años.

 

La estrategia del ciclo cerrado se basa en someter al combustible gastado a un proceso mecánico y químico que permite separar el uranio y el plutonio que aún contiene de los productos de fisión y los transuránicos. El uranio y el plutonio recuperados se emplean para fabricar nuevo combustible y los productos de fisión y los transuránicos constituyen el residuo de alta actividad, pero, como se ha separado el plutonio que está presente en cantidades apreciables y tiene una vida muy larga (25.000 años), disminuye el tiempo de confinamiento necesario a sólo 800 años. El proceso mecánico-químico se conoce como reelaboración o reproceso.

 

Si durante su quemado la radiactividad del combustible nuclear aumenta 800 millones de veces, habría que confinar estos residuos de alta actividad hasta que su radiactividad vuelva a ser la que tenían antes de ser quemados, o sea hasta que decaiga al valor equivalente a la radiactividad del uranio natural de que se partió para su fabricación. La figura 111 confirma el tiempo de confinamiento seguro necesario para las dos estrategias tomando como término de comparación los potenciales tóxicos.

 

Sobre esta base, países como Francia, Inglaterra, Japón y Alemania se han decantado por el ciclo cerrado. Estados Unidos, Suecia, Suiza, Bélgica, Holanda, Finlandia y España se han pronunciado por el ciclo abierto.

 

Por último, no se puede acabar sin decir que la reducción del tiempo previsto de aislamiento de los residuos de alta radiactividad de 4.000 años a 800 años no justifica la adhesión al ciclo cerrado por razones ambientales, pues se trata de períodos de tiempo comparables en el contexto de la evolución y las edades geológicas.