Combustible Nuclear
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Combustible nuclear
El combustible nuclear es el que se utiliza en un reactor nuclear para mantener una reacción nuclear en cadena. Estos combustibles son fisionables, y los más comunes son los metales radiactivos uranio -235 y plutonio -239. Todos los procesos relacionados con la obtención, el refinado y la utilización de este combustible conforman un ciclo conocido como el ciclo del combustible nuclear.
El producto de óxido de uranio de una fábrica de uranio no es directamente utilizable como combustible para un reactor nuclear, sino que se requiere un procesamiento adicional. Sólo el 0,7% del uranio natural es “fisible”, es decir, capaz de sufrir fisión, el proceso por el que se produce energía en un reactor nuclear. La forma (o isótopo) del uranio que es fisible es el uranio-235 (U-235).
Ciclo del combustible nuclear
El ciclo del combustible nuclear es una serie de procesos por los que se obtiene uranio u otro combustible nuclear, se utiliza como fuente de energía en un reactor nuclear y luego se elimina o recicla. El ciclo del combustible nuclear es una parte integral de la generación de electricidad en las centrales nucleares, ya que suministra el combustible de uranio necesario para el funcionamiento del reactor. Excluyendo la carga de combustible y las operaciones en una central nuclear, el ciclo suele implicar los siguientes pasos:
- búsqueda y extracción del mineral de uranio;
- refinar el uranio a partir de otros elementos;
- enriquecer el contenido de uranio 235 hasta el 3-5%;
- fabricar pastillas de combustible;
- almacenamiento provisional y enfriamiento del combustible gastado;
- reprocesamiento del combustible gastado para recuperar el uranio y el plutonio (opcional);
- fabricación de combustible reciclado para la producción de energía adicional (opcional);
- enfriamiento del combustible gastado o de los residuos del reprocesamiento y su posible transporte a un depósito para su eliminación en un almacenamiento seguro a largo plazo.
Véase también: Generación de energía eléctrica; Combustibles nucleares; Energía nuclear; Reactor nuclear; Plutonio; Uranio.
Eliminación del combustible nuclear gastado
La eliminación del combustible nuclear gastado es un campo interdisciplinario dedicado a lograr el estado final del combustible nuclear gastado (SNF) a través de la reutilización y la eliminación permanente o la eliminación permanente directa. El enfoque previsto en Estados Unidos, así como en muchos otros países, es el almacenamiento definitivo de los FNS en un depósito geológico profundo. La opción de la reutilización, implantada en Francia y otros países, tiene como objetivo aprovechar el contenido energético restante en los FNS y reducir la cantidad de materiales radiactivos de larga vida que requieren un almacenamiento permanente. Los materiales de desecho que quedan después de procesar los FNS para su reutilización se denominan residuos radiactivos de alto nivel (HLW). Véase también: Radioactividad.
Ciclos de combustible nuclear innovadores
Se esperaba que la construcción de nuevas centrales nucleares se reanude en breve en Estados Unidos y que el número de centrales nucleares en todo el mundo supere las 435 actuales, que producen el 15% de la electricidad mundial. La mayoría de las centrales nucleares utilizan la fisión nuclear del uranio-235 fisionable para producir grandes cantidades de energía debido a la conversión de la masa en energía. Esa generación de calor se elimina mediante refrigerantes que pasan a producir electricidad. Las fisiones generan productos de fisión (PF) y neutrones absorbidos en el uranio-238 fértil para producir plutonio (Pu) y actínidos menores (MA), compuestos por americio (Am), curio (Cm) y neptunio (Np). Existen dos tipos principales de reactores: térmicos y rápidos. Los reactores térmicos utilizan un moderador para reducir su nivel de energía, mientras que los reactores rápidos sin moderador funcionan a un nivel de energía mucho más alto y pueden fisionar mejor el plutonio y los actínidos menores. Además, producen más neutrones y pueden generar material fisible.
Combustibles tolerantes a los accidentes
El funcionamiento seguro, fiable y económico del parque de reactores nucleares de la nación ha sido siempre una de las principales prioridades de la industria nuclear estadounidense. La mejora continua de la tecnología, incluidos los materiales avanzados y los combustibles nucleares, sigue siendo fundamental para el éxito de la industria. Décadas de investigación y explotación han producido avances tecnológicos constantes y han generado una amplia base de datos, experiencia y conocimientos sobre el rendimiento del combustible de los reactores de agua ligera (LWR) tanto en condiciones normales como de accidente. Gracias a los esfuerzos del gobierno estadounidense y de la industria privada, las tecnologías nucleares han avanzado a lo largo del tiempo para optimizar las operaciones económicas de las empresas nucleares, garantizando al mismo tiempo la seguridad.
A continuación se examinará el significado.
¿Cómo se define? Concepto de Combustible nuclear
Véase la definición de Combustible nuclear en el diccionario.
Características de Combustible nuclear
[rtbs name=”energia”]Recursos
Traducción de Combustible nuclear
Inglés: Nuclear fuel
Francés: Combustible nucléaire
Alemán: Kernbrennstoff
Italiano: Combustibile nucleare
Portugués: Combustível nuclear
Polaco: Paliwo jądrowe
Tesauro de Combustible nuclear
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Véase También
- Industria nuclear
- Tecnología nuclear
- Seguridad nuclear
- Política nuclear
- Reprocesado del combustible
- Transporte de energía
- Enriquecimiento del combustible
- Materia fisible
- Materia fisionable
- Materia nuclear
- Producto nuclear
Materias primas
Recursos y minería del uranio
Refinación
Métodos de enriquecimiento
Fabricación de combustible
Almacenamiento provisional y refrigeración
Reprocesamiento del combustible gastado
Reciclaje
Ciclo de combustible de un solo uso
Opciones de eliminación de residuos nucleares
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Las barras de combustible nuclear se calientan debido a la reacción nuclear, y ese calor es clave para generar electricidad. Pero, ¿qué son exactamente estas barras de combustible?
El combustible nuclear comienza con el mineral de uranio, que se encuentra en el suelo de todo el mundo. Por ahora, sólo diremos que el mineral de uranio pasa por varios pasos para ser procesado y fabricado en combustible nuclear.
Cada pastilla tiene el tamaño aproximado de la goma de un lápiz. Estas pastillas se apilan dentro de tubos metálicos de 12 pies de largo, conocidos como revestimiento de combustible. Los tubos se sellan en cada extremo para formar una varilla de combustible, y entre 100 y 300 varillas de combustible se disponen en un patrón cuadrado para formar un conjunto de combustible. El número de barras de combustible utilizadas para formar un conjunto de combustible depende del tipo de reactor en el que se utilizará el conjunto y de la empresa que fabrica el combustible.
Aunque los elementos son muy largos (unos 3 metros), tienen menos de 30 cm de ancho. Los conjuntos cuentan con una tornillería especial en la parte superior e inferior y a intervalos entre ellos para mantener las barras de combustible firmemente sujetas y uniformemente espaciadas. Los elementos de combustible son ligeramente radiactivos antes de ser colocados en el núcleo del reactor. Normalmente, el núcleo de un reactor tiene entre 150 y 250 elementos combustibles.
Hay que considerar la forma de uranio que es importante en los reactores nucleares comerciales. Es un “isótopo”, o un átomo con un número muy específico de neutrones, conocido como U-235. Parte del proceso de convertir el mineral de uranio en combustible nuclear es el enriquecimiento, que aumenta la cantidad de U-235 en relación con los otros isótopos que se encuentran naturalmente en el uranio. En las condiciones adecuadas de un reactor, los neutrones hacen que los átomos de U-235 se fisionen o se dividan. Esto deja dos nuevos átomos diferentes y un par de neutrones. Estos nuevos neutrones provocarán la fisión de otros átomos de U-235, formando una reacción en cadena.
Cuando los átomos de U-235 se fisionan, se libera energía en forma de calor. Ese calor crea vapor que hace girar una turbina para crear electricidad. Al cabo de unos años, la cantidad de U-235 en el combustible es considerablemente menor. Si la cantidad de U-235 disminuyera demasiado, ya no habría suficiente para mantener una reacción en cadena. Por ello, cada 18-24 meses se retira aproximadamente un tercio del combustible del núcleo del reactor y se sustituye por combustible nuevo. El combustible usado suele llamarse “combustible gastado”.
El combustible gastado está muy caliente y es muy radiactivo. Los átomos creados por el proceso de fisión son inestables al principio y emiten partículas que generan calor. Por ello, el combustible gastado debe manipularse y almacenarse con cuidado y en condiciones controladas.