8/17/2019 wiffy

1/10

Combustible Nuclear 

Se denomina combustible nuclear a todo aquel material que haya sido adaptado parapoder ser utilizado en la generación de energía nuclear. El término en sí puede referirse

tanto al material por si mismo como al conjunto elaborado y utilizado finalmente,es decir,los haces o manojos de combustible, compuestos por barras que contienen el materialfísil en su interior, aquellas configuraciones que incluyen el combustible junto con elmoderador o cualquier otra.

El proceso más utilizado y conocido es la fisión nuclear, siendo el combustible más comnel uranio !aunque también se utilizan en otros procesos de generación de energía elthorio y el plutonio". #a fisión genera reacciones en cadena las cuales son controladasdentro de los reactores nucleares que se encuentran en las centrales nucleares. Elisótopo utilizado más habitualmente en la fisión es el uranio$%&.

'tro proceso nuclear que puede ser utilizado es la fusión nuclear, pero este

procedimiento sigue estando en fase de in(estigación. )ara este proceso se utilizan comocombustibles isótopos ligeros como el tritio y el deutrio.

*l ser el uranio la materia combustible más comunmente utilizada en los procesos degeneración de energía nuclear, a continuación se e+plica para éste material el ciclogeneral del combustible nuclear. Este ciclo se di(ide en tres etapas fundamentalesque se corresponden con la preparación e+ploración, minería, molienda, con(ersión,enriquecimiento y fabricación- el período de servicio transporte, gestión del combustibleen el ncleo del reactor y carga de reactores- y el tratamiento posterior  almacenajepro(isional, reprocesado y (ertido de los resíduos.

CICLO DEL COMBUSTIBLE NUCLEAR

Preparación

E+ploración

/n depósito de uranio, es e(aluado y muestreado para determinar las cantidades demateriales de uranio que son e+traíbles a unos costos específicos. #as reser(as de uranioson las cantidades de mineral que se estima que se puedan e+traer a unos costesespecificados. El uranio en la naturaleza está formado básicamente por dos isótoposuranio$%0 y uranio$%&. #os nmeros nos indican la masa atómica de cada uno o el nmerode protones y neutrones del ncleo atómico. El uranio que se obtiene de forma naturalcontiene apro+imadamente un 112 del uranio$%0 y menos de un 32 de uranio$%&. #os

ncleos atómicos de uranio$%& están muy cerca de la fisión cuando son atacados por unneutrón libre, por lo que el isótopo se dice que es un isótopo fisible. )or otro lado, elncleo de un átomo de uranio$%0, en lugar de iniciar la fisión cuando es atacado por unneutrón libre, casi siempre absorberá el neutrón y generará un átomo del isótopouranio$%1. Este isótopo inicia una radiacti(idad natural para degenerar en plutonio$%1, elcual, como el uranio$%&, es un isótopo fisible. #os átomos de uranio$%0 se dice que sonfértiles, ya que, mediante la irradiación por neutrones en el ncleo, pueden producire(entualmente átomos fisibles de plutonio$%1.

4inería

El mineral de uranio puede obtenerse en e+ca(aciones a cielo abierto o subterráneas, con

métodos similares en la minería de otros metales. #os métodos de li+i(iación sonutilizados en algunos países, como en Estados /nidos. En esta tecnología, el uranio es

8/17/2019 wiffy

2/10

la(ado desde el lugar donde se encuentra el mineral, mediante fuentes de aguaespaciadas con regularidad, y recuperado de la solución la(ada en una planta ensuperfície. #as minas de uranio en Estados /nidos contienen normalmente de un 5.5&2 aun 5.%2 de ó+ido de uranio !/%'0". El uranio también está presente en reducidasproporciones !de &5 a $55 ppm" en algunos depósitos que contienen fosfato de origenmarino. )uesto que la minería del fosfato mue(e muy grandes cantidades en el proceso

hmedo de producción de ácido fosfórico utilizado en fertilizantes y otros productosquímicos, en algunas plantas al procesar el fosfato también pueden procesar el uranioque, aunque enpeque6asproporciones,puede serrecuperado deforma económicadel proceso.

4olienda

El ó+ido de uraniomolido debe sercon(ertido enhe+afluoruro deuranio, /78, el cuales la formarequerida actualmente por la mayoría de las plantas de enriquecimiento de uranio enfuncionamiento. Sólido a la temperatura ambiente, el he+afluoruro de uranio puedee(aporarse a una temperatura moderadamente más alta de &9:;. El producto /78 con(ertido contiene solo uranio natural, no enriquecido. El /%'0 también se con(ierte enel tipo cerámico /'$ para uso en reactores que no requieren combustible enriquecido.

#os (olmenes de material

con(ertido directamente en /'$ son normalmente peque6ísimoscomparados con los con(ertidosen /78.

Enriquecimiento

#a concentración del isótopo fisionable uranio$%& !5.932" es inferior a la requerida paramantener una reacción nuclear en cadena en los ncleos de los reactores de agua ligera.El /78 natural, por tanto, debe ser enriquecido con el isótopo fisionable para que puedautilizarse como combustible nuclear. #os diferentes ni(eles de enriquecimiento requeridospara una aplicación concreta como comustible nuclear son especificados por el cliente el

combustible para un reactor de agua ligera normalmente está enriquecido hasta cerca del&2 de uranio$%&, pero también se requiere uranio enriquecido a concentraciones másbajas. El enriquecimiento se consigue utilizando alguno o algunos de los métodos deseparación de isótopos. #a difusión gaseosa y el centrifugado de gas son las tecnologíasde enriquecimiento usadas habitualmente.

8/17/2019 wiffy

3/10

!denominadas pellets". #as bolitas son horneadas en un horno de alta teperatura paracrear unas bolas cerámicas duras de uranio enriquecido. #as bolas cilíndricas sonsometidas a un proceso de molido para conseguir un tama6o uniforme y apiladas deacuerdo con el dise6o del ncleo del reactor, en tubos de una aleación metálica resistentea la corrosión. #os tubos son sellados para contener las bolas de combustible. /na (ezpreparadas estas barras, se agrupan en ensamblajes especiales los cuales son utilizados

para constituir el ncleo de combustible nuclear de un reactor de energía. El metalutilizado para los tubos depende del dise6o del reactor- actualmente se suele utilizar elcirconio. )ara los tipos de reactores más habituales los tubos se ensamblan en manojoscon estos separados por distancias muy precisas. * estos manojos se les asigna un

nmero identificati(onico, lo que permitesu trazabilidad desdesu fabricación hasta su(ertido.

Per!o"o "e ser#icio

=ransporte

El transporte es una parte integrada en el ciclo delcombustible nuclear. >ay reactores de energíanuclear en funcionamiento de (arios países pero laminería de uranio solo es (iable en unas pocas áreas. *demás, en el curso de más decuarenta a6os de funcionamiento de la industria nuclear, se han creado un nmero deestablecimientos específicos en (arias partes del mundo para prestar ser(iciosrelacionados con el ciclo del combustible nuclear. #a mayoría de los transportes tienenlugar entre las diferentes etapas del ciclo, pero en ocasiones el material puede ser objetode transporte entre establecimientos similares. ;on alguna e+cepción, los materiales delciclo de combustible nuclear se transportan en forma sólida, siendo la e+cepción el

he+afluoruro de uranio que se transporta en forma de gas. #a mayoría del materialutilizado en el combustible nuclear es transportado (arias (eces durante el ciclo. #ostransportes son a menudo internacionales, y frecuentemente de grandes distancias,siendo efectuados normalmente por compa6ías de transporte especializadas.

)uesto que los materiales nucleares son radioacti(os, es importante asegurar que lae+posición a la radiación sea limitada, tanto para las personas que realizan el transportecomo para la población en general a lo largo de las (ías de transporte. El embalaje delmaterial nuclear incluye, cuando es adecuado, la protección para reducir las potencialesae+posiciones a la radiación. En el caso de algunos materiales, tales como los conjuntosde uranio combustible nati(o, los ni(eles de radiación son negligibles y no requierenprotección especial. 'tros materiales, tales como el combustible usado y los resíduos de

alto ni(el, son altamente radiacti(os y requieren un manejo especial. )ara limitar elriesgo en el transporte de materiales altamente radiacti(os, se utilizan contenedoresconocidos como cascos para el transporte de combustible nuclear gastado los cualesestán dise6ados para mantener su integridad en condiciones de transporte normal ytambién en caso de hipotéticos accidentes.

?estión del combustible en el ncleo del reactor

El ncleo de un reactor está compuesto por unos pocos cientos de conjuntos, formadospor una serie regular de celdas, cada una de ella formada por una barra de combustible ode control rodeada, en la mayoría de los casos, por un regulador de neutrones y unrefrigerante !agua, en la mayoría de los reactores".

8/17/2019 wiffy

4/10

@ebido al proceso de fisión las barras de combustible (iejas deben ser cambiadasperiódicamente por nue(as !al período se le llama un ciclo".

8/17/2019 wiffy

5/10

El combustible gastado descargado de los reactores contiene cantidades apreciables defisibles !/$%& , )u$%1", de fértil !/$%0", y de otros materiales radiacti(os, incluidos (enenosnucleares !el moti(o por el cual el combustible ha tenido que retirarse". Estos materialesfisibles o fértiles pueden ser separados químicamente y recuperarse del combustiblegastado. El uranio y el plutonio recuperados pueden, si las condiciones institucionales yeconómicas lo permiten, ser reciclados para su uso como combustible nuclear. El ó+ido de

mezcla !combustible 4'D" es una mezcla de uranio agotado que se comporta de formasimilar a la alimentación con uranio enriquecido para la cual fueron dise6ados muchosreactores. El combustible 4'D es una alternati(a al uranio de bajo enriquecimiento !#E/"utilizado en los reactores de agua ligera los cuales son predominantes en la generaciónde energía nuclear. *ctualmente, las plantas en Europa están procesando el combustiblegastado en establecimientos en Europa y apón.

Fertido de los resíduos

/na preocupación actual en el campo de la energía nuclear es el (ertido seguro y elaislamiento de, tanto el combustible gastado de los reactores, como, si se utiliza laopción de reprocesado, los resíduos de las plantas de reprocesado. Estos materiales

deben aislarse de la biosfera hasta que la radiacti(idad que contengan haya disminuidohasta un ni(el seguro. En los Estados /nidos, segn la

8/17/2019 wiffy

6/10

Tratamiento de residuos nucleares:

#os desechos de las centrales nucleares constituyen a díade hoy un problema serio debido a la radiacti(idad de losmismos y que no se pueden eliminar, y por tanto, debenalmacenarse hasta que sobrepase su tiempo de (ida media.

Tipos "e centrales nuclares

Introducción:

/na central nuclear es una instalación industrialempleada para la generación de energía eléctrica a partir de energía nuclear , que secaracteriza por el empleo de materiales fisionables que mediante reacciones nuclearesproporcionan calor . Este calor es empleado por un ciclo termodinámico con(encionalpara mo(er un alternador y producir energía eléctrica.

Tipos de centrales nuclares:

>ay centrales basadas en fisión nuclear y en fusión nuclear, estas ltimas se encuentranactualmente en fase e+perimental y son solo de muy baja potencia.#as (entajas de las centrales de fusión con respecto a las de fisión nuclear es su mayorseguridad. #os reactores de fusión al contrario que los de fisión no sostienen reaccionesencadenadas.

* partir de aquí, (amos a centrarnos en las centrales de fisión. Estas se di(iden en dosgrandes grupos por un lado los reactores térmicos y por otro los rápidos.#a diferencia principal entre estos dos tipos de reactores es que los primeros presentanmoderador y los ltimos no.

-eactores t!rmicos:

#os reactores térmicos !los más utilizados en la actualidad" necesitan para su correctofuncionamiento que los neutrones emitidos en la fisión, de muy alta energía seanfrenados por una sustancia a la que se llama moderador, cuya función es precisamenteesa. #os reactores rápidos !de muy alta importancia en la generación AAAH y AF" sinembargo no precisan de este material ya que trabajan directamente con los neutrones deele(ada energía sin una pre(ia moderación.

#os reactores térmicos se clasifican segn el tipo de moderador que utilizan en

•

Reactores moderados por agua ligera. Dentro de estos reactores encontramos: las de agua apresión (PWR) y las de agua en ebullición (BWR).

8/17/2019 wiffy

7/10

• Reactores moderados por agua pesada.

• Reactores moderados con grafito.

-eactores r"pidos:

=ambién conocidos como 7IC !7ast Ireeder Ceactors"

Son los siguientes

Cefrigerados por metales líquidos, los cuales pueden ser

• sodio

• plomo

• plomo-bismuto

Tipos de centrales nucleares operativas en España

*ctualmente en nuestro país e+isten dos tipos de centrales nucleares en operación. #asde agua a presión !)GC" y las de agua en ebullición !IGC". E+iste también una centralde tecnología diferente, denominada de grafitogas, que está parada definiti(amente y enproceso de desmantelamiento.

Centrales nucleares de agua a presión #P$%

El ncleo del reactor está contenido en una cuba de acero, (asija del reactor, por la quecircula agua bajo presión, que desempe6a a la (ez el papel de moderador y de fluido detransporte de calor. #as barras de control están situadas en la parte superior de la tapade la (asija del reactor y se insertan !penetran" en el ncleo por la acción de lagra(edad.El hecho de utilizar agua como fluido moderador y de transporte de calor, impone el usode uranio enriquecido, porque el agua ordinaria captura demasiado fácilmente losneutrones como para permitir el uso de uranio natural.El agua circula gracias a unas bombas que la impulsan hacia el ncleo del reactor dondese calientan y se mantiene la presión adecuada gracias a un presionador.El circuito recorrido por el agua que atra(iesa el ncleo del reactor se llama circuito

primario. Se trata de un circuito cerrado cuya agua pasa, periódicamente, a tra(és de unsistema de purificación.El agua del circuito primario pasa por el interior de los tubos en forma de / de losgeneradores de (apor. )or el e+terior de estos tubos, sin mezclarse con la anterior, circulael agua del circuito secundario, que se calienta gracias al calor transportado por elcircuito primario con(irtiéndose en (apor. El (apor se e+pande en la turbina haciéndolagirar y mo(iendo el alternador donde se produce electricidad que se en(ía al parque detransformación y a la red eléctrica.;omo en toda central térmica, hay que condensar el (apor. #a condensación se hace atra(és de un circuito de refrigeración e+terior que utiliza un gran caudal de agua el río,pantano o mar, que circula por el interior de los tubos del condensador, calentándose ytransportando una energía no apro(echable en el ciclo de producción de energía eléctrica

hasta el mar, río o torres de refrigeración !en el caso de sistemas de circulacióncerrados".El (apor que circula por el e+terior de los tubos del condensador se condensa al enfriarse

8/17/2019 wiffy

8/10

y es en(iado de nue(o al generador de (apor.#as presiones en el condensador son mayores por la parte interior del tubo donde circulaagua del río o mar que por el e+terior, circuito secundario. *sí, caso de de producirse unafisura en la pared del tubo sería el agua del río la que entrara en el condensador y no el(apor de la central el que saliera fuera.

Centrales nucleares de agua en ebullición #&$%

El principio básico del reactor de agua en ebullición es apro(echarla energía térmicadesprendida por la fisión nuclear para hacer her(ir el agua contenida en la propia (asijadel reactor, es decir, en contacto directo con las (ainas del combustible. #a misma aguainter(iene, además, como moderador de la reacción nuclear.#a ebullición en el interior de la (asija debido al calor desprendido por el ncleo delreactor, produce (apor saturado que pasa a tra(és de los separadores de humedad y lossecadores contenidos en la (asija. Este (apor seco, hace girar la turbina que mue(e elalternador.El (apor a la salida de la turbina pasa al condensador. /na (ez que el agua decondensado ha sido calentada a la temperatura adecuada se bombea de nue(o a la (asijadel reactor.

*pro+imadamente una tercera parte de esta agua de refrigeración del ncleo se deri(acontinuamente fuera de la (asija a tra(és de los bucles de recirculación y se hace (ol(era la (asija a tra(és de las bombas de inyección internas para aumentar el caudal delrefrigerante y contribuir a la regulación de la potencia del reactor.#as barras de control están situadas en la parte inferior de la (asija y se inyectan en suinterior mediante un sistema hidráulico accionado por el propio refrigerante.

C' combustible nuclear 

=J turbina

?Jgenerador eléctrico

@Jbarras de control

)Jbombas

KJcondensador

('nucleo

eactor de grafito-gas

8/17/2019 wiffy

9/10

=ambién conocido como 4agno+ por usar aleaciones de este compuesto que es magnesiono o+idable, es un tipo obsoleto de reactor de energía nuclear que se utilizaba paraproducir plutonio para armas nucleares.

Están refrigerados por dió+ido de carbono presurizado y son moderados porgrafito./tilizan como combustible uranio natural!no enriquecido" y una aleacion de

magno+ para la cobertura.#a presión de trabajo oscila entre los 8,1 y los 31,%& bar paralos recipientes de presión de acero,y entre $L,8 y $9 bar para los dise6os en cementoreforzado.Estos reactores tienen un considerable grado de seguridad debido a su robustodise6o,baja densidad de energía y la refrigeracion por gas.)or ello no requiereninstalaciones de segunda contencion.El problema lo tiene en el repostado de combustibleporque el uranio natural tiene un punto de ignicion bajo, lo que requiere cambiosfrecuentes de combustible, a diferencia de los que usan uranio enriquecido.

Iibliografía

!*6adid la bibliografía que habéis usado"

GiMipedia artículo Nmagno+N

GiMipedia artículos N;ombustible

8/17/2019 wiffy

10/10