domingo, 31 de enero de 2010

CONTENEDOR NUCLEAR : DEFINICION Y CARACTERISTICAS : NUCLEAR CONTAINER : DEFINITION AND FEATURES : 核能容器:定义和特征

El sistema de almacenamiento por medio de “contenedores" se basa en la introducción de un número limitado de elementos combustibles en unos envoltorios o cápsulas diseñadas al efecto, que son trasladados posteriormente a una instalación de almacenamiento. Existen distintos tipos de contenedores, entre los que cabe citar los siguientes: metálicos, hormigón, mixtos metal-hormigón, doble propósito, (aptos tanto para almacenamiento como para transporte) o multipropósito (también concebidos para su evacuación definitiva). Estos contenedores se pueden almacenar directamente a la intemperie o bajo edificio, existiendo en el mundo numerosos ejemplos de ambas modalidades.







NICHOS DE HORMIGON

Los “nichos” de hormigón son instalaciones de almacenamiento horizontal que constan de contenedores secos blindados para alojar el combustible, los módulos de almacenamiento cuya misión fundamental es la de proporcionar blindaje y servir de mecanismo pasivo para la refrigeración de los contenedores, y el contenedor de transferencia utilizado para transferir el contenedor seco al interior del módulo. Las “bóvedas” permiten el almacenamiento de uno o varios elementos combustibles en tubos metálicos que se disponen vertical u horizontalmente, según el diseño, en una instalación (se pueden visualizar como unas piscinas “secas” que alojan elementos combustibles encapsulados). Los diferentes diseños presentan una zona de recepción donde llegan los contenedores de transporte cargados con los elementos combustibles, una zona de acondicionamiento, donde se extrae el combustible del contenedor y se acondiciona para su traslado a la zona de almacenamiento, y la zona de almacenamiento que se puede construir de forma modular, consistente en las bóvedas propiamente dichas. A diferencia de las piscinas, las tecnologías de almacenamiento en seco están concebidas para ser sistemas totalmente pasivos, en los que el cumplimiento de las funciones de seguridad está garantizado por el propio diseño de la unidad de almacenamiento. La elección de una u otra tecnología se realiza en función de factores tales como la capacidad total de la instalación, la tasa de recepción anual, la madurez y experiencia previa del sistema de almacenamiento, el tiempo necesario de implantación, las interferencias con la operación de las centrales nucleares, su flexibilidad y modularidad, los costes y la percepción pública. En términos generales, puede decirse que para pequeñas cantidades de combustible (almacenamiento en las centrales) los sistemas basados en contenedores son más económicos. Por el contrario, para almacenamientos masivos centralizados los sistemas tipo bóvedas son más ventajosos.

ALMACEN NUCLEAR TEMPORAL CENTRALIZADO



Las mayores instalaciones de almacenamiento de combustible irradiado en el mundo son las piscinas de recepción de las plantas de reprocesado de la Hague (Francia), Sellafield (Reino Unido), Mayak-Chelyabinnsk (Federación Rusa) y Rokkasho (Japón), en las cuales permanece el combustible irradiado hasta que se acomete la operación de reprocesado. En estos mismos complejos se encuentran grandes instalaciones de almacenamiento temporal de los distintos tipos de residuos radiactivo resultantes de este tratamiento. Por otra parte, en la práctica totalidad de los países con centrales nucleares comerciales, existen distintas instalaciones de almacenamiento temporal de combustible gastado y residuos de alta actividad, adicionales a las piscinas previstas en el diseño inicial de los reactores. Entre las más significativas de las que disponen de instalaciones centralizadas se encuentran la denominada CLAB en Suecia, que alberga todo el combustible irradiado de los 12 grupos nucleares de aquel país en una piscina subterránea, la holandesa HABOG, que alberga el combustible irradiado procedente de los reactores experimentales del país, así como los residuos de alta y media actividad procedentes del reprocesado en Francia y el Reino Unido del combustible irradiado de los dos reactores del país, la suiza ZWILAG, un complejo en el que se almacenan los residuos procedentes del reprocesado del combustible irradiado en las centrales suizas y el combustible irradiado que no se ha previsto reprocesar, y los silos de almacenamiento de las plantas de reprocesado.


A continuación, en la Tabla se incluyen las principales instalaciones de almacenamiento centralizado en distintos países, indicándose el tipo de tecnología utilizado y los materiales almacenados. PAÍS INSTALACIÓN TECNOLOGÍA CG/Vidrios Alemania Ahaus Cont. Metálicos CG Gorleben Cont. Metálicos CG y V Bélgica Dessel Bóveda V EE.UU. PFS (*) Cont. CG Metal-Hormigón Fed. Rusa Mayak (**) Piscina CG Krasnoyarsk (**) Piscina CG Francia La Hague (**) Piscina CG La Hague (**) Bóveda V CASCAD Bóveda V Holanda HABOG Bóveda CG y V Reino Unido Sellafield (**) Piscina CG Sellafield (**) Bóveda V Suecia CLAB Piscina CG Suiza ZWILAG Cont. Metálicos CG y V (*) En fase de concertación. (**) Incluidas en los propios complejos de reprocesado V: Vidrios (Residuos de Alta Actividad vitrificados) CG: Combustible Gastado.






ANTECEDENTES

La gestión del combustible irradiado generado en la operación de las centrales nucleares constituye un aspecto crucial a la hora de definir las políticas de gestión en todos los países que disponen de programas nucleares, dado que la opción elegida depende, no solo de consideraciones estratégicas, técnicas, económicas, medioambientales o de riesgo de proliferación de materiales nucleares, sino que también forma parte del debate energético y socio-político. Algunos países consideran el combustible irradiado como un recurso energético, dado que su contenido remanente de uranio y plutonio puede ser recuperado y reutilizado para la producción de más energía, mientras que otros lo consideran un residuo, utilizando argumentos principalmente económicos y de riesgos de proliferación en las actividades de reprocesado y reciclaje. Ambas visiones han sido debatidas durante décadas y, si bien su elección es importante en la definición de la política energética de un país, no lo es tanto desde el punto de vista de la gestión de los residuos radiactivos, ya que la gestión, bien de combustible irradiado o de los residuos de alta y media actividad procedentes de su reprocesado, no presentan, en lo que a opciones tecnológicas se refiere, diferencias sustanciales.


El almacenamiento temporal del combustible irradiado supone una opción segura, económica y flexible que permite disponer de tiempo para analizar y valorar la evolución de las condiciones que influyen en el proceso de toma de decisiones. En cualquier caso, es necesario disponer de suficiente capacidad de almacenamiento, tanto para el combustible irradiado como para los residuos de alta actividad, en tanto no se pongan en práctica soluciones permanentes de gestión. Un reactor nuclear típico de agua ligera con una potencia de 1000 MW(e) genera anualmente unas 20 toneladas de metal pesado (THM). La generación anual hoy en día en el mundo asciende a unas 10.500 THM, y se espera un incremento a 11.500 THM para 2010. Dado que menos de la tercera parte de esta cantidad es reprocesada, unas 8000 THM se unen cada año al inventario de combustible irradiado almacenado temporalmente. En su mayor parte, el combustible irradiado está almacenado hoy en día en piscinas, para las cuales ya existe una experiencia operacional en el mundo superior a las cuatro décadas. No obstante, las tecnologías de almacenamiento en seco se han desarrollado a gran escala desde los años 1980 y, hoy en día, son utilizadas en la mayor parte de las ampliaciones o instalaciones nuevas ubicadas en los propios emplazamientos de las centrales nucleares o en instalaciones centralizadas

TECNOLOGIAS DE ALMACENAMIENTO


Almacenamiento temporal: en las piscinas de las propias centrales (a veces llamados ATI), durante la vida de la central (habitualmente 40 años), o en almacenamientos construidos a propósito. En España aún se encuentra en proyecto el ATC).

Reprocesamiento: en este proceso se lleva a cabo una separación físico-química de los diferentes elementos, separando por una parte aquellos isótopos aprovechables en otras aplicaciones, civiles o militares (plutonio, uranio, cobalto y cesio entre otros). Es la opción más similar al reciclado. Sin embargo en el proceso no todos los elementos reciclados son totalmente reaprovechables, como por ejemplo el neptunio o el americio. Para estos, en un volumen mucho menor que el inicial, es necesario aun el uso de otras opciones como el almacenamiento geológico profundo.

Almacenamiento Geológico Profundo (AGP): este proceso consiste en estabilizar las barras de combustible gastadas en contenedores resistentes a tratamientos muy severos que posteriormente se introducen en localizaciones similares a las minas, ya existentes (como en el caso de minas profundas), o construidas para tal fin. Suelen estar en matrices geológicas de las que se sabe que han sido estables durante millones de años. Las más comunes son calizas, graníticas o salinas. Los técnicos estiman que estos AGP deberían poder preservar íntegros los residuos durante los miles de años en que sigan siendo tóxicos sin afectar a las personas de la superficie. Su principal defecto es que sería muy difícil o imposible recuperar estos residuos para su uso útil en el caso de que técnicas futuras puedan aprovecharlos eficientemente.

Transmutación en centrales nucleares de nueva generación (Sistemas Asistidos por Aceleradores o en reactores rápidos): estos sistemas usan torio como combustible adicional y degradan los desechos nucleares en un nuevo ciclo de fisión asistida, pudiendo ser una alternativa ante la dependencia del petróleo, aunque deberán vencer el rechazo de la población. El primer proyecto será construido alrededor del 2014 (Myrrha). Esta técnica se estima aceptable para aquellos radioisótopos de semiperiodo largo para los que no se ha hallado ninguna aplicación todavía. Esos isótopos más problemáticos son los transuránidos como el curio, el neptunio o el americio. Sin embargo para emplear esta técnica se precisan métodos adicionales, como el reprocesado previo.

Para gestionar los residuos radiactivos suele existir en cada país un organismo creado exclusivamente para ello. En España se creó la Empresa Nacional de Residuos Radiactivos, que gestiona los residuos radiactivos de todo tipo generados tanto en las centrales nucleares como en el resto de instalaciones nucleares o radiactivas.



CRITICAS A LOS CONTENEDORES NUCLEARES

Según un estudio publicado por la Universidad de Cambridge (Gran Bretaña), los materiales cerámicos basados en el zirconio, con el que están hechos los contenedores de almacenamiento de residuos nucleares, no son todo lo resistentes que se pensaba.

Uno de los mayores varapalos que se ha llevado la energía nuclear en su corta historia no ha venido de los ecologistas, sino de un laboratorio de la universidad británica de Cambridge. Según los físicos Ian Farnan, Herman Cho y William J. Weber, los materiales que se utilizan para encapsular y almacenar los residuos radiactivos de alta actividad no resistirán el bombardeo de átomos del plutonio 239 allí contenido. Se desintegrarán en un plazo de 1.400 años, muy lejos de los 241.000 que deberían resistir hasta que la actividad nuclear se debilite.

Es más, el proceso de descomposición de ese material que permitiría que se filtraran los isótopos radiactivos al exterior comenzaría a los 241 años. Esta cifra, de dimensiones más humanas, afectaría a un planeta que poblarían nuestros descendientes en tan sólo nueve generaciones.

Los investigadores publican su trabajo en la revista 'Nature'. El informe describe sus ensayos sobre el material elegido por los físicos nucleares para contener las varillas de combustible irradiado. Este material cerámico, fabricado a partir del zirconio, es el único que la industria civil y bélica nuclear viene usando para contener los residuos radiactivos cuando se trasladan, o para transportar las bombas atómicas con cierta seguridad cuando viajan en buques de guerra o aviones.

El zirconio es uno de los minerales más resistentes que se conocen y es tan antiguo como la Tierra, en la que ha aguantado sin alteraciones y con frecuencia los acontecimientos geológicos más extremos de los últimos cuatro millones y medio de años. Por eso, se utiliza como materia prima para las matrices de cerámica, con el fin de inmovilizar las reacciones nucleares del contenedor.

Isótopos de plutonio

Este mineral, que es -según los investigadores- el mejor disponible para comparar el comportamiento de un material en un plazo geológico de tiempo, no resiste las partículas alfa del plutonio 239, el más peligroso de los componentes de la basura nuclear, sea de origen civil o militar.

Los daños del vuelo de las partículas alfa causarán sobre todo ionizaciones cuando traspasan los materiales. También se sabe que provocará cientos de dislocaciones atómicas llamadas Defectos de Frenkel.



Frente a los 241.000 años que se preveía que durasen, los físicos físicos Ian Farnan, Herman Cho y William J. Weber creen que sólo resistirían 1.400 años el constante bombardeo de plutonio 239.

Finalmente, esos procesos que se producen en el interior de un contenedor de residuos, con elementos de distinto origen -plutonio 239, uranio 238 o torio-, causan un mayor daño estructural, que convierten finalmente el material en amorfo. En los ensayos de laboratorio, los autores de la investigación han demostrado que en esos procesos atómicos de las partículas alfa se producen grandes cambios de densidad y cristalinidad en el material sometido a las pruebas.

Además, han examinado los materiales cerámicos con técnicas de resonancia magnética nuclear, que puede detectar las zonas amorfas y cristalinas simultáneamente, con lo que han descubierto graves daños en los materiales cristalinos.

La industria nuclear siempre ha argumentado que tendría a tiempo la respuesta tecnológica a los residuos nucleares. Basaba sus expectativas en esos materiales cerámicos y en vitrificar los residuos para reducirlos de volumen.



Sin embargo, desde la Universidad de Cambridge se cuestiona hoy muy seriamente la supuesta seguridad de enterrar en almacenes geológicos profundos esos residuos: simplemente no es seguro porque la radiactividad se fugaría en poco tiempo como si se tratara de un colador.

Según un estudio publicado por la revista NATURE, la basura nuclear de alto nivel almacenada durante miles de años se corrompe en menos de 1.500 años, fecha estimada por los expertos en un principio y que podría reducirse aún más, pues para apreciar los primeros daños se cree que no habría que esperar más allá de un par de siglos, cuando la peligrosidad de lo allí contenido se mantiene al menos por unos 24.000 años


Un informe elaborado por la Universidad de Cambridge ha descubierto que la radiación emitida por la basura nuclear afecta a los contenedores que la almacenan en tan sólo 1.400 años, mucho antes de lo que se había pensando. La estrategia común para deshacerse de los residuos nucleares había sido almacenarlos en contenedores de cerámica introducidos en recipientes de metal y después enterrarlos.

Ahora se ha descubierto que, frente a los 24.000 años de peligrosidad letal de algunas sustancias, como el Plutonio 239, la circonita sintética empieza a descomponerse a los 1.400 años, a causa de las radiaciones alfa emitidas por la mayoría de las sustancias nucleares. 'Hay más peligro de lo que pensábamos', afirma en el informe un especialista en residuos nucleares de la Universidad de Michigan, Rod Ewing.

El estudio se llevó a cabo simulando las condiciones de los bidones de circonita que almacenan residuos nucleares, donde se vio que los contenedores eran afectados por esos residuos en un periodo mucho menor del supuesto en un principio."




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