Remix Fuel fue desarrollado en Rusia para utilizar uranio y plutonio reciclados mezclados de combustible nuclear gastado para fabricar combustible nuevo adecuado para su uso generalizado en los diseños de reactores rusos. [1]
El combustible de óxido mixto o MOX [2] que se utiliza en algunas naciones de Europa occidental y Asia oriental generalmente consiste en uranio empobrecido mezclado con entre un 4% y un 7% de plutonio apto para reactores . Solo unos pocos diseños de reactores de Generación II y aproximadamente la mitad de los de Generación III son compatibles con combustible MOX, lo que les permite usar una carga de combustible 100% MOX sin problemas de seguridad.
Sin embargo, todos los reactores moderados que utilizan combustible de uranio ligeramente enriquecido producen plutonio en el curso de la operación normal, ya que el uranio-238 (normalmente entre el 94% y el 97% del contenido de uranio en el uranio ligeramente enriquecido [3] ) captura neutrones y sufre desintegraciones beta sucesivas hasta que se transmuta en plutonio-239 . Este plutonio producido internamente aumenta en porcentaje hasta que es lo suficientemente común como para que un porcentaje cada vez mayor de reacciones de fisión dentro del combustible se produzcan en realidad dentro del plutonio generado durante el ciclo del combustible. Aproximadamente la mitad del plutonio-239 "generado" durante el ciclo del combustible se fisiona y otro 25% se transmuta a través de la captura adicional de neutrones en otros isótopos de plutonio, principalmente Pu-240 . Prácticamente todos los actínidos menores presentes en el combustible nuclear gastado se producen por captura de neutrones sucesiva del plutonio producido y como productos de desintegración de los isótopos de vida más corta. Como consecuencia de estos factores, el combustible de óxido de uranio fresco genera inicialmente todas sus reacciones de fisión a partir de U-235, pero al final del ciclo esto ha cambiado a reacciones de fisión de 50% U-235/50% Pu-239. En total, alrededor del 33% de la energía generada por el combustible de uranio al final de su ciclo de vida proviene en realidad del Pu-239 generado y consumido. Debido a que el espectro de neutrones térmicos no es muy bueno para la fisión de Pu-239, el combustible cambia de 100% uranio al comienzo del ciclo a 96% uranio, 1% plutonio y 3% mezcla de actínidos menores transuránicos y productos de fisión . Cuanto más tiempo permanece el combustible en el reactor sometido a fisión, más disminuye el porcentaje de uranio mientras que los otros materiales aumentan. En efecto, se sabe desde hace tiempo que todos los reactores de potencia pueden funcionar con un núcleo fisionable mixto que contiene un 1% de plutonio apto para reactores sin que surjan problemas como los causados por el combustible MOX más concentrado que se utiliza en los reactores occidentales. [4] [5] En última instancia, el combustible gastado se retira de los reactores de potencia mucho antes de que se consuma realmente todo el "combustible" disponible, ya que los venenos neutrónicos y los actínidos menores con propiedades indeseables se acumulan hasta niveles inaceptables y alteran demasiado los parámetros de reacción. El reprocesamiento nuclear se realiza principalmente para eliminar partes indeseables del combustible gastado y reutilizar las otras partes o almacenarlas como desechos. El uranio reprocesado , por ejemplo, que se deriva del combustible gastado, generalmente tiene un contenido de uranio-235 más alto que el uranio natural .
Rusia pasó casi una década desarrollando técnicas similares al piroprocesamiento nuclear que le permiten reprocesar el combustible nuclear gastado sin separar el uranio y el plutonio reciclados de los otros metales, como se hace en el sistema de reprocesamiento químico PUREX utilizado para fabricar combustible MOX. La mezcla recuperada de uranio y plutonio de grado de reactor se convierte luego en óxido y se mezcla con combustible de óxido de uranio fresco de enriquecimiento medio en una proporción cuidadosamente medida para crear una mezcla con 4% de U-235 y 1% de plutonio de grado de reactor. Después de extensas pruebas en un reactor a partir de 2016 [6], Rusia ahora está implementando Remix Fuel como combustible de reemplazo para sus reactores de agua presurizada VVER a partir de febrero de 2020.