El ciclo equilibrado del combustible nuclear (NFC equilibrado) es una nueva área de productos que se está desarrollando dentro de la estructura de Rosatom y que Techsnabexport y TVEL ofrecen a los clientes. Un ciclo de combustible nuclear equilibrado presupone enfoques para la gestión del combustible nuclear gastado que ningún otro país del mundo puede implementar actualmente, ya que esta una propuesta única de Rosatom.
En el Foro KazAtomExpo celebrado recientemente en Kazajistán, los especialistas de Rosatom impartieron dos conferencias en el stand de la Corporación Estatal sobre la nueva línea de productos.
Un ciclo equilibrado del combustible nuclear se basa en el concepto de uso múltiple del combustible nuclear. El hecho es que durante el funcionamiento en el reactor, el uranio, que forma la base del combustible nuclear, no se quema por completo. Además, al interactuar con los neutrones se forma plutonio, otro material fisionable que también puede participar en reacciones nucleares y generar calor. Si estos elementos se eliminan del combustible gastado y se convierten en combustible nuevo, la demanda de uranio natural y el volumen de desechos enviados para su eliminación final disminuirán drásticamente. Ésta es la idea principal del reprocesamiento múltiple de combustibles en el marco de un ciclo equilibrado del combustible nuclear.
Un ciclo equilibrado del combustible nuclear es un complejo de cuatro servicios, que incluye, en primer lugar, el reprocesamiento del combustible gastado con fraccionamiento de residuos de alta actividad, en segundo lugar, la producción de combustible de uranio-plutonio, en tercer lugar, la postcombustión de actínidos menores en reactores rápidos y, en cuarto lugar, la creación de sistemas de almacenamiento y transporte a largo plazo para el combustible gastado y los residuos de alta actividad. Estos cuatro servicios cubren completamente la gama de tareas asociadas con la gestión del combustible gastado de reactores comerciales. Los servicios se pueden adquirir individualmente o todas juntas. Son adecuados para propietarios de combustible gastado de cualquier reactor de agua a presión: diversas modificaciones de VVER, PWR, BWR, etc. El diseño específico se adaptará a los deseos y limitaciones del cliente.
¿Cómo funciona? Eliminación y reprocesamiento del combustible nuclear gastado
El combustible nuclear gastado (SNF), que fue enfriado en las piscinas de refrigeración, se carga en contenedores especiales de embalaje y transporte (Kits de transporte y embalaje). De a poco, el combustible gastado se pasa a los kits de embalaje de almacenamiento de alta capacidad. Cuando hay suficientes conjuntos de este tipo para formar un tren de transporte, la carga se envía a Rusia para su procesamiento en las instalaciones de Rosatom. Aquí comienza la parte más interesante, que es dividir el combustible en fracciones (fraccionamiento). En primer lugar, se separan el uranio (alrededor del 96% de la masa total de combustible) y el plutonio (alrededor del 1,2%), que pueden utilizarse para producir nuevas porciones de diversos tipos de combustible. Luego se extraen actínidos menores, como neptunio, americio, curio, que se envían para postcombustión a reactores de neutrones rápidos. Finalmente, la denominada “fracción de vida corta”, principalmente estroncio y cesio, se vitrifica y se envía para su disposición final.
Producción de nuevo combustible
El propietario de una central nuclear puede encargar la fabricación del combustible a partir de materiales extraídos del combustible nuclear gastado. Los reactores de neutrones térmicos pueden utilizar tanto combustible elaborado a partir de uranio regenerado como combustible REMIX, que se crea a partir de una mezcla de uranio y plutonio. Es igual en geometría que el uranio, las diferencias están en los parámetros neutrónicos. Si el cliente no quiere utilizar esta opción, el uranio y el plutonio se utilizarán para fabricar combustible para los reactores rusos.
Transmutación de actínidos menores
Este es obviamente el servicio más inusual dentro del Ciclo Equilibrado del Combustible Nuclear. Es único, ya que sólo Rosatom ha llegado a la implementación práctica en reactores rápidos de la idea de quemar actínidos menores (elementos transuránicos de larga vida y altamente radiotóxicos). En julio de 2024, se cargaron tres conjuntos combustibles en el reactor BN-800 de la central nuclear de Beloyarskaya y se añadieron actínidos menores al combustible. Escribimos más sobre esto en el número anterior.
En los reactores rápidos, el americio y el neptunio se convierten en elementos estables o de vida corta cuya radiactividad disminuye hasta el nivel del mineral de uranio natural a lo largo de unos 300 años. Este es un resultado extremadamente importante, ya que permite reducir significativamente el volumen y el grado de peligrosidad de los desechos radiactivos enviados para su eliminación. A modo de comparación, sin reprocesamiento, la vida útil potencial del combustible nuclear gastado sería de al menos 700 mil años.
Almacenamiento y transporte
Al contratar el servicio de retirada y reprocesamiento, también se puede adquirir al mismo tiempo contenedores de embalaje para transporte y transbordo, kits de embalaje de almacenamiento de alta capacidad, así como puntos de almacenamiento donde se depositarán los contenedores. Todos estos componentes harán que la recarga, el almacenamiento y el transporte de combustible sean confiables y seguros. Este servicio ya ha sido utilizado por la central nuclear de Akkuyu, donde en febrero de este año llegó allí el modelo principal del TUK-137T.A1, que Rosatom clasifica como unidad de transporte y recarga.
Para los clientes de un ciclo de combustible nuclear equilibrado, Rosatom mantendrá la fracción altamente activa y de vida corta durante unos 30 años. Luego será transportado al país del cliente y colocado en una instalación de almacenamiento cerca de la superficie junto con los residuos de actividad intermedia para su contención final. Sin embargo, existe otra opción, que es tomar inmediatamente la fracción altamente activa de vida corta y colocarla en paquetes de alta capacidad en las instalaciones del cliente, donde alcanzarán un estado adecuado para su entierro en 30 años.
Con beneficios para los clientes
Con la ayuda de un ciclo equilibrado del combustible nuclear, el cliente podrá minimizar el volumen de residuos generados. Según estimaciones preliminares de los expertos, durante los 60 años de funcionamiento de una central nuclear de dos unidades de potencia con reactores VVER-1200 se generan 7 mil m³ de SNF (incluido el embalaje). Después del reprocesamiento, queda siete veces menos combustible gastado. Todo el volumen de residuos de actividad intermedia (junto con la matriz) cabe en 30 conjuntos de embalajes de gran capacidad. Los costos de infraestructura para el almacenamiento temporal y final de residuos se reducirán aproximadamente en un 23%. Una ventaja importante es la posibilidad de utilizar “financiación verde”, y el ciclo equilibrado del combustible nuclear cumple con todos los requisitos modernos para el desarrollo sostenible. En general, la introducción y el uso activo de un ciclo equilibrado del combustible nuclear permite resolver el problema de acumulación de combustible gastado y confirma el estatus de la energía nuclear como fuente de energía renovable y limpia.
Según los comentarios de los participantes, las conferencias de KazAtomExpo suscitaron muchas preguntas y elogios. Las preguntas se referían principalmente a soluciones hasta ahora desconocidas para una amplia gama de personas con relación al fraccionamiento de residuos de alta actividad y la transmutación de actínidos menores. Los elogios se deben a que Rosatom logró crear un producto armonioso que libera al operador de la central nuclear de las preocupaciones sobre el destino a largo plazo del combustible nuclear gastado.
