Sobre las piscinas de combustible nuclear usado

Publicado el Sábado, 19 de marzo de 2011 por MiGUi en Opinión
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Muy cerca de los reactores nucleares se guardan en gigantescas piscinas (llamadas Spent Fuel Pools en inglés) las barras de combustible nuclear gastado. Ahí las barras permanecen durante años hasta que se decide qué hacer con ellas.

Este combustible aún estando gastado sigue emitiendo radiación, no olvidemos que el periodo de semidesintegración del uranio y otros subproductos de fisión es elevado (véase la cadena de desintegración y ciclo del combustible nuclear para saber más acerca del contenido de estas barras). Esta radiación produce grandes cantidades de energía en forma de calor residual. Por eso es necesario mantener sumergidas en agua ligera estas barras de combustible gastado, para refrigerarlas y evitar que la temperatura ascienda peligrosamente.

Así, las centrales nucleares almacenan el combustible gastado ahí durante unos años hasta que se decide su destino final. De modo que pasan unos años enfriándose en la piscina y sirviendo además como una especie de almacén temporal transitorio en cada una de las centrales, lo que evita que haya que transitar con enormes cantidades de combustible nuclear cada poco tiempo.

El combustible nuclear es material de alta actividad. Los países tienen distintos planes de gestión de este tipo de materiales y muchos tienen almacenes para guardar estos residuos que, siendo más prosaicos, se les llama Almacén Transitorio Centralizado (ATC). En España la empresa encargada de gestionar todos los residuos radioactivos es Enresa y en nuestro país por el momento no se almacenan residuos de alta actividad porque no contamos con un ATC y llevamos unos cuantos años dándole vueltas a ver a quién le cae el marrón de tener un ATC cerca. No discutiré sobre los riesgos o no de esto, simplemente constatar que España no cuenta con uno a día de hoy y que por este concepto pagamos a Francia 2 millones de euros al mes.

Hasta que se decide llevar a un ATC, los residuos pasan años en estas piscinas, las SPF. Todas estas piscinas, al igual que los reactores de agua ligera (PWR/BWR) emiten una luz tenue y azulada debida a la radiación de Cherenkov. Esta radiación se produce en medios distintos del vacío cuando un cuerpo con masa supera a la velocidad de la luz en ese medio. Recordemos, la velocidad de la luz solo es máxima en el vacío. En un medio dieléctrico cualquiera, las partículas con masa pueden superar la velocidad de la luz en ese medio. Y cuando eso ocurre se produce un fenómeno muy parecido al del estampido sónico al atravesar la barrera del sonido.

El diseño de los reactores nucleares tipo BWR fue un trabajo principalmente obra de General Electrics en colaboración con otros laboratorios en los años 50. El esquema de un BWR Mark I es así:

Aquí podéis ver que la SPF se encuentra en la parte superior muy cerca de la vasija. En la parte inferior se encuentra un toroide (llamado suppression chamber) que se encarga de condensar el vapor en caso de necesidad. ¿Por qué ahí y no debajo? Os daré algunas razones para que veáis que ese lugar es el menos malo, si imponemos como condición que la SPF se halle dentro de la contención secundaria (el cacho edificio de hormigón que es lo que vemos desde fuera).

El gráfico de la izquierda muestra la sección de la vasija de un reactor BWR (si hacéis clic se abre en grande). Los reactores BWR son más grandes que los de agua presurizada (PWR) y tienen además el inconveniente de que las barras de control se introducen justo por debajo, al contrario de los reactores tipo PWR (véase por ejemplo). Las barras de control en los PWR pueden introducirse por encima porque el reactor va a presión en el agua y no hay vapor, en cambio en los BWR sí que hay vapor en el núcleo.

En la parte superior se encuentran los conductos de admisión y evacuación de agua y vapor así como secadores de vapor y diversos sistemas de enfriamiento. Como vemos, toda la mecánica de las barras de control se encuentra en la parte inferior. En el caso de un accidente extremo en el que el combustible se funde, la lava radioactiva destrozaría la vasija y dado que son elementos muy pesados se irían decantando por gravedad hacia abajo. ¿Se imaginan lo que pasaría en este caso si la SPF se encontrase ahí? Estaríamos hablando de lava radioactiva evaporando miles de toneladas de agua y fundiendo cantidades de combustible de 5 a 10 veces mayores que las que hay en el interior de la vasija. Es decir, elevando la presión hasta extremos insostenibles y haciendo un cóctel descomunal de combustible radioactivo fundido. Un accidente así posiblemente requiriera redefinir la escala INES. Tampoco tiene mucho sentido colocar la SPF en la parte inmediatamente superior porque ya la vasija es grande de por sí y requeriría hacer un edificio mucho más grande.

A vuelapluma uno se plantearía que esas piscinas constituyen un peligro tan cerca del reactor y que lo lógico sería que estuvieran lo más lejos posible. Esto tiene su parte de verdad, es obvio que poner ahí el combustible gastado constituye un riesgo más que se pone a sumar en la cuenta de los múltiples riesgos que conlleva jugar con material radioactivo. Estamos hablando de enormes cantidades de combustible y eso, obviamente, es un enorme riesgo para la seguridad. Nadie, por mucho que nos quiera convencer, puede darnos una razón incontestable y evidente que no tenga algún “pero”.

No olvidemos que estamos hablando de residuos altamente radioactivos. Por lo tanto, cualquier operación mecánica con ellos conlleva un riesgo. Si las SPF no llegan a salir del edificio de contención se gana un paso en la seguridad, al evitar que los residuos salgan de ahí con relativa frecuencia. Aquí podríamos aplicar aquello de “tanto va el cántaro a la fuente…” por lo que, digamos, esto minimiza el que pudiera haber problemas con este combustible fuera de los límites donde es relativamente seguro operar con él. Aparte, al estar más cerca, disminuye el tiempo de la operación desde que se extrae de la vasija hasta que se deposita en la SPF. Por otro lado, el edificio de contención cuenta con muchas infraestructuras adicionales que permiten garantizar mejor la integridad de la SPF.

Claro que, los problemas existen y hemos visto estos días en Fukushima como incluso en los reactores donde ya únicamente hay combustible en las SPF (3 a 6) han tenido los mismos problemas de refrigeración, y al disminuir los niveles de agua, el calor residual se ha ido convirtiendo en un gran riesgo. Es indudable que aparte de la seguridad hay otro factor clave en esto y es que esto es un negocio, así que el factor económico siempre está presente en cualquier diseño: duplicar infraestructuras dispara los costes y los ingenieros tienen que decidir muchas veces hasta qué nivel de seguridad se debe llegar sin hacer inviable el proyecto.

Y ya para terminar, que nadie tome este artículo como alegato o defensa a favor o en contra de las SPF o a favor o en contra de las centrales de fisión en general. Creo que estos días he dejado suficientemente claro que considero la energía de fisión un mal necesario ahora mismo y que tenemos que ir erradicando cuanto antes, aunque conlleve reducir el consumo energético mundial para lograrlo. Los riesgos existen y que ninguna decisión que se tome está ni mucho menos exenta de ellos

Referencias:
- BoilingWater Reactor (BWR)Systems, USNRC Technical Training Center.
- Reactor containment vessel, Kenji Arai et al. U.S. Patent 5149492.
- El ciclo del combustible nuclear (infografía), Consejo de Seguridad Nuclear, Gobierno de España.
- Spent Fuel Pools: Assessing the Threat at Damaged Nuclear Plant, PBS.
- Thermal hydraulic aspects of the SBWR design, B.S. Shiralkara, Md. Alamgira and J.G.M. Andersena. Feb 1993, General Electric Company.
- Power plant engineering, Lawrence F. Drbal,Patricia G. Boston,Kayla L. Westra,Black & Veatch.

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Trackbacks/Pingbacks a esta entrada:
  1. joseanpg dice:

    Estupendo artículo Migui. Estás realizando una magnífica labor de divulgación durante esta crisis.

  2. Ontureño dice:

    Buenas Migui, a mí también me parece que estás haciendo una gran labor. ¡Enhorabuena!

  3. Careless dice:

    Muchas gràcias por la aclaración respecto al combustible usado!
    Saludos