Las piscinas de combustible gastado ( SFP ) son piscinas de almacenamiento (o "estanques" en el Reino Unido) de combustible gastado procedente de reactores nucleares . Por lo general, tienen 40 pies (12 m) o más de profundidad, y los 14 pies (4,3 m) inferiores están equipados con bastidores de almacenamiento diseñados para contener los conjuntos combustibles retirados de los reactores. La piscina local de un reactor está diseñada especialmente para el reactor en el que se utilizó el combustible y está situada en el emplazamiento del reactor. Estos depósitos se utilizan para enfriar brevemente las barras de combustible. Esto permite que los isótopos de vida corta se desintegren y, por lo tanto, se reduce la radiación ionizante y el calor de desintegración que emana de las barras. El agua enfría el combustible y proporciona protección radiológica contra su radiación .
También existen piscinas en sitios alejados de los reactores, para almacenamiento a largo plazo, como la Instalación Independiente de Almacenamiento de Combustible Gastado (ISFSI), ubicada en la Operación Morris , o como reserva de producción durante 10 a 20 años antes de ser enviada para reprocesamiento o barril seco. almacenamiento .
Si bien sólo se necesitan unos 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 combustibles sin blindaje especial para proteger a los operadores.
Aproximadamente entre un cuarto y un tercio de la carga total de combustible de un reactor se retira del núcleo cada 12 a 24 meses y se reemplaza con combustible nuevo. Las barras de combustible gastadas generan un calor intenso y una radiación peligrosa que es necesario contener. 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 salidos del núcleo normalmente se separan durante varios meses para su enfriamiento inicial antes de clasificarse en otras partes de la piscina para esperar su eliminación final. Los estantes metálicos mantienen el combustible en posiciones controladas para protección física y para facilitar su seguimiento y reorganización. Los bastidores 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 garantizar la subcriticidad . La calidad del agua se controla estrictamente para evitar que el combustible o su revestimiento se degraden. Esto puede incluir monitorear el agua para detectar contaminación por actínidos , lo que podría indicar una fuga de barra de combustible. [7] Las regulaciones actuales en los Estados Unidos permiten reorganizar 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 entre cuatro y 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 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). [8] 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, lo que aumenta el riesgo de explosiones. Por este motivo el aire de la sala de las piscinas, así como el agua, deben ser monitoreados y tratados continuamente.
En lugar de gestionar el inventario del depósito para minimizar la posibilidad de que continúe la actividad de fisión , China está construyendo un reactor nuclear de 200 MWt que funcionará con combustible usado de centrales nucleares para generar calor de proceso para calefacción urbana y desalinización . Básicamente, un SFP funcionaba como un reactor de piscina profunda ; Funcionará a presión atmosférica , lo que reducirá los requisitos de ingeniería para la seguridad. [9]
Otra investigación prevé un reactor similar de baja potencia que utilice combustible gastado donde, en lugar de limitar la producción de hidrógeno mediante radiólisis , se fomente mediante la adición de catalizadores y eliminadores de iones al agua de refrigeración. Este hidrógeno luego se extraería para utilizarlo como combustible. [10]
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Se ha observado que los materiales absorbentes de neutrones en las piscinas de combustible gastado se degradan gravemente con el tiempo, lo que reduce los márgenes de seguridad para mantener la subcriticidad; [4] [5] [11] [2] [6] además, se ha demostrado que la técnica de medición in situ utilizada para evaluar estos absorbentes de neutrones (Boron 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 hervir, lo que posiblemente dé lugar a la liberación de elementos radiactivos a la atmósfera. [12]
En el terremoto de magnitud 9 que sacudió las centrales nucleares de Fukushima en marzo de 2011, tres de las piscinas de combustible gastado se encontraban en edificios que habían sido dañados y se vio que emitían vapor de agua. La NRC de Estados Unidos afirmó erróneamente que la piscina del reactor 4 se había secado [13] ; esto fue negado en ese momento por el Gobierno de Japón y se consideró incorrecto en inspecciones y exámenes de datos posteriores. [14]
Según los especialistas en seguridad de las centrales nucleares, las posibilidades de criticidad en una piscina de combustible gastado son muy pequeñas y normalmente se evitan mediante la dispersión de los elementos combustibles, la inclusión de un absorbente de neutrones en los estantes de almacenamiento y, sobre todo, por el hecho de que el combustible gastado también tiene un nivel bajo de enriquecimiento para autosostenir 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. [15] [16] [17]
Según el Dr. Kevin Crowley, de la Junta de Estudios Nucleares y de Radiación, "aunque son difíciles, es posible realizar ataques terroristas exitosos contra piscinas de combustible gastado. Si un ataque provoca la propagación de un incendio en el revestimiento de circonio, podría provocar la liberación de grandes cantidades de material radioactivo." [18] Después de los ataques del 11 de septiembre de 2001, la Comisión Reguladora Nuclear exigió que las plantas nucleares estadounidenses "protegieran con altas garantías" contra amenazas específicas que involucraban cierto número y capacidades de agresores. También se exigió a las plantas "aumentar el número de agentes de seguridad" y mejorar "los controles de acceso a las instalaciones". [18]
En 2010, un buzo que daba servicio a la piscina de combustible gastado de la central nuclear de Leibstadt (KKL) quedó expuesto a una radiación que excedía los límites de dosis anuales establecidos por la ley después de manipular un objeto no identificado, que luego se identificó como un tubo protector de un monitor de radiación en el núcleo del reactor. , vuelto altamente radiactivo por el flujo de neutrones . El buzo recibió una dosis manual de aproximadamente 1.000 mSv , que es el doble del límite legal de 500 mSv. Según las autoridades del KKL, el buzo no sufrió consecuencias a largo plazo por el accidente. [19] [20]
