Piscina de combustible nuclear gastat

Combustible nuclear

Combustible nuclear

El combustible nuclear és el material utilitzat per a la generació d'energia nuclear. Es tracta d'un material susceptible de ser fisionat o fusionat segons si el seu ús és la fissió nuclear o la fusió nuclear.

Ens referim al combustible nuclear tant al material (urani, plutoni ...) com al conjunt elaborat amb aquest material nuclear (barres de combustible, composicions de material nuclear i el moderador o qualsevol altra combinació.

El combustible nuclear més conegut és l'urani a causa que és el més utilitzat en els reactors nuclears de fissió. Actualment tots els reactors nuclears en producció per a la generació d'energia elèctrica són de fissió. A un altre nivell, també s'utilitza el plutoni com a combustible nuclear.

El triti i el deuteri són isòtops lleugers que s'utilitzen en el procés de fusió nuclear. La fusió nuclear, de moment, no està prou desenvolupada per a poder-la aplicar en centrals nuclears encara que a França s'està construint un reactor nuclear de fusió (projecte ITER) per al seu estudi.

Utilització del combustible nuclear

Durant l'operació del reactor, els àtoms del combustible nuclear es separen progressivament pel procés de la fissió nuclear en cadena: el material es transforma gradualment en altres elements i / o isòtops, alliberant així energia tèrmica. Aquesta energia calorífica s'utilitza per una màquina tèrmica adequada per impulsar mecànicament una turbina de vapor acoblada a un alternador, i així produir electricitat.

Típicament, la massa del combustible nuclear present en el reactor arriba a l'anomenada massa crítica, és a dir, la quantitat necessària per iniciar una reacció en cadena que és autosuficient de manera estable.

El combustible nuclear generalment es col·loca en barres en el reactor. Això és per facilitar el seu transport, tant per alternar el combustible amb la moderació i les barres de control com per facilitar la seva extracció al final del cicle.

El material fissionable s'ha de col·locar amb una disposició geomètrica que maximitzi l'eficiència de l'efecte en cadena, tenint en compte la necessitat de deixar prou espai per a inserir el moderador. Durant la fase de disseny d'un reactor nuclear, també cal deixar espai per a les barres de control i els dispositius de diagnòstic. Des d'un punt de vista purament teòric, la forma ideal seria l'esfèrica. No obstant això, raons de naturalesa pràctica i constructiva ens fan inclinar cap a altres solucions: generalment s'usa una forma cilíndrica, obtinguda per la combinació d'un gran nombre de barres.

Esgotament i substitució del combustible nuclear

A diferència del combustible tradicional (combustibles fòssils com carbó, petroli, gas natural o fusta), el consum de combustible en un reactor nuclear és molt lent i, un cop carregat, dura generalment, durant anys (depenent del tipus de reactor i la seva ús). D'altra banda, les operacions de recàrrega de combustible són considerablement més complexes.

A diferència del que succeeix amb altres tipus de combustibles, el producte de la reacció (l'anomenada escòria) no es dispersa, sinó que roman principalment dins de les pròpies barres o elements immediatament adjacents.

A mesura que el temps avança, les barres es tornen cada vegada més pobres en material fissionable, fins que arriben a un punt en què ja no és eficient explotar-les i s'han de reemplaçar. Depenent de la geometria del reactor, pot succeir que una part del combustible s'esgoti més ràpid que altres parts: en general, la part central s'esgota més ràpid que la part externa. La configuració de la barra és útil en aquest cas perquè permet el reemplaçament només de les parts més esgotades.

Les barres esgotades, així com el material als voltants, s'han tornat altament radioactives causa de la presència de productes de fissió generats per les reaccions, així com a un altre material que pot activar-se durant el procés de captura de neutrons o com a resultat de altres processos similars. L'eliminació de barres esgotades és, per tant, la part més complexa del desmantellament de l'escòria del reactor nuclear.

valoración: 3.2 - votos 9

Referències

Última revisió: 23 de octubre de 2018