La Energía Nuclear también se puede Reciclar

El ciclo de combustible nuclear es un largo proceso que puede incluir, en sus etapas finales, el “reciclado” de los combustibles gastados que ya han generado energía dentro de un reactor de potencia.

Este reciclado es un proceso complejo, que requiere la separación del uranio y el plutonio de los combustibles usados para fabricar una mezcla de óxidos de ambos elementos con la que se realizan las pastillas para un nuevo combustible denominado MOX.

“Contrariamente a lo que pueda suponerse, no hay nada inusual en la presencia de plutonio en reactores de agua ligera”, aclara Adolfo Esteban, jefe del Departamento MOX de la Gerencia Ciclo del Combustible Nuclear de la CNEA. “El plutonio se produce durante el funcionamiento de un reactor y representa un poco menos del 1% cuando el combustible se descarga”.

Reciclar para conseguir más energía

El reciclado de combustibles usados no sólo podría ser una respuesta a la generación de residuos nucleares, sino que también generaría un impacto en la producción eléctrica. “El concepto implica el reprocesamiento del combustible gastado de un reactor, con el fin de separar los elementos producidos en el combustible, fabricar un combustible MOX fresco y utilizarlo para la producción de energía adicional”, apunta Esteban.

En un reactor, la energía se produce principalmente a partir del isótopo fisible U-235, que constituye sólo alrededor del 0,7% del uranio en estado natural. El reciclado de plutonio ofrece una eficiencia sustancialmente mayor, porque la energía se produce a partir del isótopo de uranio más abundante, el U-238, mediante su conversión en Pu-239.

Por lo tanto, “un solo reciclado de plutonio en forma de combustible MOX aumenta la energía derivada del uranio original en un 12%, y si el uranio también se recicla, el aumento es de alrededor del 22%”, asegura el especialista.

Otra ventaja del MOX es que la concentración fisible del combustible se puede aumentar fácilmente mediante la adición de un poco más de plutonio, mientras que el enriquecimiento de uranio a niveles más altos de U-235 es relativamente caro.

“Además –agrega Esteban– se espera que el uso de combustibles MOX reduzca significativamente los inventarios de plutonio. Por ejemplo, la Agencia de Abastecimiento de EURATOM estima que el uso de un solo elemento combustible MOX consume 9 kilos de plutonio y evita la producción de otros 5 kilos (en comparación con el uso de combustible de bajo enriquecimiento de uranio). Así, en este ejemplo, cada elemento combustible MOX utilizado da como resultado una reducción neta de 14 kilos de plutonio”, favoreciendo la no proliferación.

Una tecnología compleja

A nivel mundial, solo un reducido grupo de países puede manejar el ciclo de combustible completo y realizar el reprocesamiento de los combustibles usados para fabricar MOX. “Este es un conocimiento técnico que los países no comparten y nosotros en la CNEA tuvimos que desarrollar la tecnología por nuestra propia cuenta”, recuerda Esteban.

En la CNEA el Grupo de Combustibles MOX comenzó sus actividades en 1975. Los primeros trabajos consistieron en el armado de un laboratorio que cumplía exigentes medidas de seguridad y contaba con una línea completa de cajas de guantes de excelente calidad fabricadas en la CNEA. El Laboratorio Alfa –más conocido en el Centro Atómico Constituyentes como Facilidad Alfa- se terminó en 1978 y ese mismo año empezaron los trabajos con plutonio, el cual fue comprado a Alemania.

Al igual que los elementos combustibles de uranio, el MOX se fabrica en pastillas cilíndricas cerámicas, que son extremadamente estables y duraderas, y que están envainadas en tubos de metal (usualmente zircaloy), que a su vez se ensamblan en elementos combustibles.

Sin embargo, todo el trabajo de fabricación de estos combustibles se dificulta enormemente porque debe hacerse dentro de cajas de guantes alfa estancas debido a la radiotoxicidad del plutonio.

Entre los años 1979 y 1982, un grupo de alrededor de 15 especialistas logró fabricar un elemento combustible MOX para irradiar en el reactor de Karlsruhe, Alemania.

Los trabajos continuaron y en 1985 se consiguió la fabricación de 6 barras combustibles prototipo de (U,Pu)O2, bajo estrictas especificaciones. Estos elementos fueron irradiados posteriormente en el Reactor de HFR de Petten, Holanda.

“Los ensayos de post-irradiación, realizados en Alemania en 1989, demostraron el excelente desempeño de las barras combustibles y la capacidad tecnológica alcanzada por el grupo que participó.

También permitió comparar los datos experimentales obtenidos con las predicciones del código de simulación BACO (Barra Combustible), desarrollado en la CNEA. Se pudo demostrar el buen desempeño del código en los aspectos térmico y mecánico de las barras combustibles MOX”, indica Esteban.

¿Cómo es el proceso de fabricación?

El proceso de fabricación de las barras MOX –realizado en su totalidad dentro de las cajas de guantes del Laboratorio Alfa- incluyó las siguientes etapas:

• Mezclado mecánico de los polvos de óxidos de uranio natural y plutonio.
• Prensado de los polvos.
• Sinterizado de las pastillas verdes.
• Rectificado de las pastillas sinterizadas.
• Lavado con ultrasonido y secado al vacío de las pastillas sinterizadas.
• Carga de la vaina de zircaloy con las pastillas sinterizadas.
• Soldadura de la vaina.

Un proyecto estratégico pero en “stand by”

Hacia finales de los 80, el objetivo con el que se había creado el Grupo de Combustibles MOX se había logrado. “Cumplimos con la finalidad del proyecto que era desarrollar la tecnología para fabricar barras de óxidos mixtos, irradiarlas y ver cómo se comportaban. Esos estudios se hicieron hacia finales de los 80 y en los primeros años de los 90 se realizaron otros estudios de desarrollo de procesos con plutonio”, relata Esteban.

A pesar del paso del tiempo, los trabajadores del sector lograron mantener la instalación “viva”. Ademas, en los últimos años se adquirieron equipos para reforzar la seguridad, monitores portátiles y dosímetros, y se iniciaron las tareas para el decomiso de las cajas de guantes que han llegado al fin de su vida útil.

“Mientras que en el resto del mundo el desarrollo y aplicación de combustibles de óxidos mixtos continúa sin pausa –asegura el profesional– es conveniente mantener al Laboratorio Alfa en condiciones seguras y operativas, con la esperanza de reiniciar en un futuro cercano su camino en el dominio de la tecnología de los combustibles MOX, que es una línea de trabajo estratégica”.

“Esto fue pensado para aprender la tecnología, y se aprendió. Todos nuestros informes técnicos explican cómo se hizo cada paso, cada etapa. De modo que, aunque venga gente que no participó del proyecto y no vivió la experiencia de cómo se hizo, tiene toda esa información técnica disponible para hacerlo y no tener que empezar de cero”, concluye Esteban.

Fuente: Energía Interna

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