Tecnologías de almacenamiento temporal de combustible gastado

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TECNOLOGIAS DE ALMACENAMIENTO
TEMPORAL DE COMBUSTIBLE GASTADO
Por Mario Barcenas Robles (mario.barcenas@inin.gob.mx),
Departamento de Protección Radiológica
El almacenamiento de combustible nuclear
gastado es una de las etapas más importantes
en el ciclo de combustible nuclear y uno de los
mayores retos para los países que tienen plantas
de potencia nuclear.
El combustible nuclear consiste de pastillas
cerámicas cilíndricas de dióxido de uranio o
uranio mezclado con plutonio (MOX),
encapsuladas en vainas de combustible. Las
vainas de combustible están agrupadas
conjuntamente para formar un ensamble
combustible.
Entorno Nuclear
Figura 1. Ensamble combustible PWR 1
Al termino de la vida útil del combustible, de 3 a
7 años dentro del núcleo del reactor, el
combustible (combustible gastado) debe ser
descargado y almacenado de forma segura debido
a que es altamente radiactivo (radiación gamma
y neutrones) y genera una cantidad considerable
de calor.
Los reactores nucleares, como parte de sus
instalaciones, cuentan con albercas diseñadas
para almacenar de forma temporal el combustible
gastado que se genera en el reactor.
Dependiendo de la estrategia adoptada por cada
país, en la parte final del ciclo de combustible

nuclear, se puede optar por el reprocesamiento2 ,
o gestionar el combustible como desecho
almacenándolo de forma temporal, como un paso
intermedio para su disposición definitiva.
Los diseños originales de las albercas no
previeron ciertos escenarios, como el que
algunos países abandonarían la opción del
reprocesamiento, el no contar con instalaciones
para el almacenamiento definitivo del
combustible gastado, la extensión de la vida útil
de las centrales, y los incrementos de potencia
en los reactores, lo anterior ha ocasionado que
la capacidad de las albercas se haya empezado
a saturar desde hace algunos años, por lo cual
se ha tenido la necesidad de innovar tecnologías
para el almacenamiento temporal del
combustible gastado.
Las tecnologías existentes [1] para el
almacenamiento temporal de combustible se
pueden categorizar en dos: en húmedo, en la
cual se utiliza agua como refrigerante y en seco
en la cual se utiliza un gas (helio). El
almacenamiento inicial debe ser en húmedo
ya que permite disipar más fácilmente el calor
residual que presenta el combustible recién
descargado. Por su parte, el almacenamiento en
seco presenta ventajas para almacenamiento a
mediano/largo plazo dado que las tecnologías
son conceptualmente más sencillas.
Este tipo de instalaciones debe considerar, en
su diseño, criterios de remoción de calor, blindaje,
criticidad, integridad y confinamiento y
recuperabilidad del combustible.
1. Almacenamiento en Húmedo
Esta es una tecnología madura, utilizada a lo
largo de 40 años de experiencia de
almacenamiento de combustible gastado en
albercas de combustible tanto en las centrales
nucleares como en las plantas de
reprocesamiento de combustible. Las albercas
contienen bastidores de almacenamiento (rack)
en los cuales se introducen los ensambles
combustibles. El agua sirve como refrigerante y
como blindaje y los racks contienen boral, para
prevenir la criticidad.
Dentro de esta tecnología se considera el
«reracking», la cual si bien no es una tecnología
de almacenamiento, se ha utilizado para
incrementar la capacidad de almacenamiento
de las albercas de combustible gastado en los
reactores y consiste en el reemplazo de los
bastidores originales por bastidores de alta
densidad que ocupan menos espacio. La Central
Laguna Verde utilizó este concepto en sus
albercas de almacenamiento de los reactores
nucleares.
Un ejemplo de tecnología en húmedo es la
alberca de combustible gastado de la planta de
reprocesamiento CLAB en Suecia (figura 2)
Figura 2. Alberca de combustible gastado en CLAB en Suecia
2. Almacenamiento en seco
Es una tecnología que se ha venido
desarrollando sobre los últimos 20 años. En
comparación con la de almacenamiento en
húmedo está limitada en la capacidad de
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remoción de calor pero tiene la ventaja de ser
modular, lo cual disminuye los costos de
inversión con el tiempo y, debido a los sistemas
de enfriamiento pasivo, los costos de operación
y mantenimiento a largo plazo. Las instalaciones
de almacenamiento en seco utilizan varios tipos
de almacenamiento: depósitos modulares
(bóvedas), silos y contenedores [2].
a) Bóvedas.- Las instalaciones tipo bóveda permiten
el almacenamiento de uno o varios ensambles
combustibles en tubos metálicos que
se disponen vertical u horizontalmente. La remoción
de calor de los combustibles se da mediante
el mecanismo pasivo de convección natural.
La protección y el blindaje lo proporcionan
la propia estructura de hormigón y las tapas de
las bóvedas. Un ejemplo de este tipo de tecnología
es la instalación CASCAD, emplazada en
Cadarache, Francia (figura 3), y el Almacén Tem-
Figura 3. Instalación CASCAD, Caderache, Francia 3
Figura 4. Esquema conceptual de un silo 4
poral Centralizado en España [3], cuyo concepto
se esquematiza en la figura 4.
b) Silos.- El almacenamiento en silos, consiste en
estructuras monolíticas de hormigón de
construcción modular, normalmente fijas,
ubicadas en superficie, con cavidades donde se
alojan cápsulas metálicas selladas que contienen
los elementos combustibles. La estructura de
hormigón proporciona el blindaje y el soporte
estructural, mientras que la cápsula metálica
garantiza la contención. La remoción de calor se
realiza mediante convección natural.
Figura 5. Contenedores de combustible gastado en la Central
Nuclear de Trillo, España 5

c) Contenedores.- El diseño de estos
contenedores es variado, dependiendo de los
materiales empleados y su finalidad. En cuanto
a materiales, existen en el mercado contenedores
de hormigón, metálicos o mixtos y dependiendo
de la finalidad se tienen para almacenamiento,
de doble propósito (almacenamiento temporal y
Figura 6. Vista interior de un contenedor para propósito dual
transporte) o multipropósito (almacenamiento
temporal, transporte y almacenamiento definitivo).
La remoción de calor en estos sistemas es
mediante mecanismos pasivos de transferencia
de calor. En las instalaciones, los contenedores
se ubican en plataformas de hormigón a la
intemperie o en el interior de edificios. Los
contenedores de hormigón son generalmente
estructuras constituidas por un cuerpo de
hormigón armado de gran espesor, con una
cavidad interior de almacenamiento, que suele
estar revestida de una lámina metálica, donde se
aloja el bastidor para los ensambles combustibles,
que puede estar contenido o no en una cápsula
sellada. Suelen tener tapas de hormigón para
completar la función de blindaje del conjunto.
Se prevé que el desarrollo de las tecnologías de
almacenamiento temporal de combustible gastado
siga adelante, debido a las necesidades de los
países para un almacenamiento a largo plazo
del combustible que generan sus reactores
nucleares.
Referencias
[1] INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY. Survey of Wet and Dry Spent Fuel Storage, TECDOC-1100. IAEA,
Viena (1999).
[2] Fundación de Estudios para la Energía. Gestión de Residuos Radiactivos: Situación, Análisis y
Perspectiva, Vol. 1. España (2007)
[3] ENRESA. Almacén Temporal Centralizado. Dossier de Prensa. España
Créditos de las imágenes
1 http://www.mnf.co.jp/pages2/pwr2.htm
2 Se extrae del combustible gastado, el uranio y plutonio para fabricar nuevos ensambles combustible
3 http://www.cea.fr/var/cea/storage/static/gb/library/Clefs46/imagesf/ph-p73.jpg
4 http://www.usnuclearenergy.org/HYLKO_files/image013.jpg
5 http://www.enresa.es/img/multimedios/fullcontenedores_con_combustible_gastado.jpg
6 http://www.iaea.org/OurWork/ST/NE/NEFW/images/cask.jpg
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