Las piscinas de combustible gastado (SFP) son piscinas de almacenamiento (o "estanques" - uso del Reino Unido) para el combustible gastado de los reactores nucleares . Por lo general, tienen 40 pies o más (12 m) de profundidad, con la parte inferior de 14 pies (4,3 m) equipada con estantes de almacenamiento diseñados para sostener los conjuntos de combustible extraídos de los reactores. La piscina local de un reactor está especialmente diseñada para el reactor en el que se utilizó el combustible y está situada en el sitio del reactor. Estas piscinas se utilizan para el "enfriamiento" inmediato de las barras de combustible, lo que permite que los isótopos de vida corta se descompongan y, por lo tanto, reduzcan la radiación ionizante que emana de las barras. El agua enfría el combustible y proporciona protección radiológica resguardando de su radiación .
Las piscinas también existen en sitios alejados de los reactores, para almacenamiento a más largo plazo, como la Instalación de almacenamiento de combustible gastado independiente (ISFSI), ubicada en la operación Morris , o como un búfer de producción durante 10 a 20 años antes de enviarse para su reprocesamiento o almacenamiento en barriles secos .
Si bien solo se necesitan aproximadamente 20 pies (aproximadamente 6 m) de agua para mantener los niveles de radiación por debajo de los niveles aceptables, la profundidad adicional proporciona un margen de seguridad y permite manipular los conjuntos de combustible sin protección especial para proteger a los operadores.
Operación
Aproximadamente entre un cuarto y un tercio de la carga total de combustible de un reactor se extrae del núcleo cada 12 a 24 meses y se reemplaza con combustible nuevo. Las barras de combustible gastadas generan calor intenso y radiación peligrosa que debe ser contenida. El combustible se saca del reactor y se manipula en la piscina generalmente mediante sistemas de manipulación automatizados, aunque todavía se utilizan algunos sistemas manuales. Los haces de combustible recién extraídos del núcleo normalmente se separan durante varios meses para su enfriamiento inicial antes de ser clasificados en otras partes de la piscina para esperar su disposición final. Las rejillas de metal mantienen el combustible en posiciones controladas para protección física y para facilitar el seguimiento y la reorganización. Las rejillas de alta densidad también incorporan boro-10 , a menudo como carburo de boro (Metamic, [1] [2] Boraflex, [2] Boral, [3] Tetrabor y Carborundum [4] ) [5] [6] [2] o otro material absorbente de neutrones para asegurar la subcriticidad . La calidad del agua está estrictamente controlada para evitar que el combustible o su revestimiento se degrade. Las regulaciones actuales en los Estados Unidos permiten la reorganización de las varillas gastadas para que se pueda lograr la máxima eficiencia de almacenamiento. [5]
La temperatura máxima de los haces de combustible gastado disminuye significativamente entre dos y cuatro años, y menos de cuatro a seis años. El agua de la piscina de combustible se enfría continuamente para eliminar el calor producido por los conjuntos de combustible gastado. Las bombas hacen circular el agua desde la piscina de combustible gastado hasta los intercambiadores de calor y luego de regreso a la piscina de combustible gastado. La temperatura del agua en condiciones normales de funcionamiento se mantiene por debajo de 50 ° C (120 ° F). [7] La radiólisis , la disociación de moléculas por radiación, es de particular preocupación en el almacenamiento húmedo, ya que el agua puede dividirse por la radiación residual y el gas hidrógeno puede acumularse aumentando el riesgo de explosiones. Por este motivo, el aire de la habitación de las piscinas, así como el agua, deben ser controlados y tratados continuamente.
Otras configuraciones posibles
En lugar de administrar el inventario de la piscina para minimizar la posibilidad de que continúe la actividad de fisión , China está construyendo un reactor nuclear de 200 MWt que funciona con combustible usado de centrales nucleares para generar calor de proceso para calefacción y desalinización de distrito . Esencialmente, un SFP funcionó como un reactor de piscina profunda ; operará a presión atmosférica , lo que reducirá los requisitos de ingeniería para la seguridad. [8]
Otra investigación prevé un reactor similar de baja potencia que utilice combustible gastado en el que, en lugar de limitar la producción de hidrógeno mediante radiólisis , se fomente mediante la adición de catalizadores y captadores de iones al agua de refrigeración. Este hidrógeno luego se eliminaría para usarlo como combustible. [9]
Riesgos
Se ha observado que los materiales que absorben neutrones en las piscinas de combustible gastado se degradan gravemente con el tiempo, lo que reduce los márgenes de seguridad de mantener la subcriticidad; [4] [5] [10] [2] [6] Además, se ha demostrado que la técnica de medición in situ utilizada para evaluar estos absorbedores de neutrones (Boro Areal Density Gauge for Evaluating Racks, o BADGER) tiene un valor desconocido grado de incertidumbre. [6]
Si se produce una interrupción prolongada del enfriamiento debido a situaciones de emergencia, el agua de las piscinas de combustible gastado puede evaporarse, lo que posiblemente provoque la liberación de elementos radiactivos a la atmósfera. [11]
En el terremoto de magnitud 9 que sacudió las plantas nucleares de Fukushima en marzo de 2011, tres de las piscinas de combustible gastado estaban en edificios que perdieron el techo y se observó que emitían vapor de agua. La NRC de EE. UU. Declaró erróneamente que la piscina del reactor 4 había hervido en seco [12] ; esto fue negado en ese momento por los japoneses y se encontró que era incorrecto en la inspección posterior y el examen de datos. [13]
Según los especialistas en seguridad de plantas nucleares, las posibilidades de criticidad en una piscina de combustible gastado son muy pequeñas, generalmente evitadas por la dispersión de los conjuntos combustibles, la inclusión de un absorbedor de neutrones en los racks de almacenamiento y, en general, por el hecho de que el combustible gastado también bajo un nivel de enriquecimiento para sostener una reacción de fisión. También afirman que si el agua que cubre el combustible gastado se evapora, no hay ningún elemento que permita una reacción en cadena moderando los neutrones. [14] [15] [16]
Según el Dr. Kevin Crowley de la Junta de Estudios Nucleares y Radiaciones, "los ataques terroristas exitosos en piscinas de combustible gastado, aunque difíciles, son posibles. Si un ataque provoca la propagación de un incendio en el revestimiento de circonio, podría provocar la liberación de grandes cantidades de material radioactivo." [17] Después de los ataques del 11 de septiembre de 2001, la Comisión Reguladora Nuclear requirió que las plantas nucleares estadounidenses "protegieran con alta seguridad" contra amenazas específicas que involucraran cierto número y capacidad de asaltantes. También se requirió que las plantas "aumentaran el número de agentes de seguridad" y mejoraran los "controles de acceso a las instalaciones". [17]
En 2010, un buzo que prestaba servicio a la piscina de combustible gastado en la central nuclear de Leibstadt (KKL) estuvo expuesto a radiación que excedía los límites de dosis anual reglamentarios después de manipular un objeto no identificado, que luego se identificó como tubería protectora de un monitor de radiación en el núcleo del reactor. hecho altamente radiactivo por el flujo de neutrones . El buceador recibió una dosis manual de aproximadamente 1000 mSv, que es el doble del límite legal de 500 mSv. Según las autoridades de KKL, el buceador no ha sufrido ninguna consecuencia del accidente durante mucho tiempo. [18] [19]
Ver también
- Depósito geológico profundo
- Almacenamiento en barrica seca
- Listas de desastres nucleares e incidentes radiactivos
- Ciclo del combustible nuclear
- Desechos radiactivos
- Barril de envío de combustible nuclear gastado
- Radiación de Cherenkov
Referencias
- ^ " Material absorbente de neutrones archivado el 21 de marzo de 2019 en la Wayback Machine ", Holtec International
- ^ a b c d Almacenamiento de combustible gastado; Materiales absorbentes de neutrones , "Manual de ingeniería nuclear", editado por Kenneth D. Kok, p. 302
- ^ " Compuesto absorbente de neutrones 3M ™ (anteriormente conocido como compuesto Boral®) Archivado el 14 de febrero de 2018 en la Wayback Machine "
- ^ Un b " Degradación de resina fenólica basado en neutrones Absorbentes Monitoreo en las piscinas de combustible nuclear gastadas Archivado 05/07/2017 en la Wayback Machine ", Matthew A. Hiser, April L. Pulvirenti y Mohamad Al-Sheikhly, EE.UU. Comisión de Regulación Nuclear Oficina of Nuclear Regulatory Research, junio de 2013
- ^ a b c "NRC: Piscinas de combustible gastado" . Archivado desde el original el 12 de marzo de 2016 . Consultado el 18 de marzo de 2016 .
- ^ a b c " Evaluación inicial de las incertidumbres asociadas con la metodología BADGER Archivado el 22 de junio de 2019 en la Wayback Machine ", JA Chapman y JM Scaglione, Oak Ridge National Laboratory , septiembre de 2012
- ^ "Members - USA - Utilities Services Alliance" . Archivado desde el original el 4 de marzo de 2016 . Consultado el 18 de marzo de 2016 .
- ^ "UIC - Newsletter 5/02" . Archivado desde el original el 13 de octubre de 2007 . Consultado el 18 de marzo de 2016 .
- ^ "División de agua radiolítica: demostración en el reactor Pm3-a" . Archivado desde el original el 4 de febrero de 2012 . Consultado el 18 de marzo de 2016 .
- ^ " Resolución de problemas de seguridad genéricos: Problema 196: Degradación boral (NUREG-0933, Informe principal con suplementos 1-34) ", Comisión Reguladora Nuclear de EE . UU.
- ^ "Preguntas frecuentes sobre la crisis nuclear en Japón" . Unión de científicos interesados . Archivado desde el original el 20 de abril de 2011 . Consultado el 19 de abril de 2011 .
- ^ "No hay agua en la piscina de combustible gastado en la planta japonesa: EE . UU . " . Noticias CTV . 16 de marzo de 2011.
- ^ "EE.UU .: la piscina de combustible gastado nunca se secó en el terremoto de Japón" . Associated Press. 15 de junio de 2011. Archivado desde el original el 29 de octubre de 2013 . Consultado el 24 de octubre de 2013 .
- ^ Seguridad de la criticidad en la gestión de residuos de combustible gastado de centrales nucleares, Robert Kilger Archivado 2011-05-11 en la Wayback Machine.
- ^ "Ensayo no destructivo de combustibles gastados de uranio poco enriquecido nuclear para solicitud de crédito de quemado" . Archivado desde el original el 3 de mayo de 2011 . Consultado el 18 de marzo de 2016 .
- ^ Gestión de residuos radiactivos / Combustible nuclear gastado
- ^ a b "¿Son seguras las piscinas de combustible gastado nuclear?" Consejo de Relaciones Exteriores, 7 de junio de 2003 "Copia archivada" . Archivado desde el original el 12 de abril de 2011 . Consultado el 5 de abril de 2011 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
- ^ "Exposición de un trabajador por encima de los límites de dosis anual reglamentarios" . www-news.iaea.org . Consultado el 9 de junio de 2021 .
- ^ Ritter, Andreas. "Exposición no planificada durante el buceo en la piscina de combustible gastado" . isoe-network.net .
enlaces externos
- Terrorismo radiológico: sabotaje de la reserva de combustible gastado
- Almacenamiento de combustible nuclear gastado Comisión Reguladora Nuclear de EE. UU. (NRC)
- Un diagrama de ejemplo de un centro de energía de Indian Point de la piscina de combustible gastado
- "Respuestas Geek: ¿Los desechos nucleares realmente brillan?" POR GRAHAM TEMPLETON 17.07.2014 en Geek.com