Las piscinas de combustible gastado ( SFP , por sus siglas en inglés) son piscinas de almacenamiento (o "estanques" en el Reino Unido) para el combustible gastado de los reactores nucleares . Suelen tener 12 m (40 pies) o más de profundidad, y los 4,3 m (14 pies) inferiores están equipados con bastidores de almacenamiento diseñados para albergar 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 emplazamiento del reactor. Estas piscinas se utilizan para enfriar a corto plazo las barras de combustible. Esto permite que los isótopos de vida corta se desintegren y, por tanto, reduce la radiación ionizante y el calor de desintegración que emanan 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 enviarlo para reprocesamiento o almacenamiento en contenedores secos .
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 de combustible sin protección 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 gastado generan un calor intenso y una radiación peligrosa que debe contenerse. El combustible se mueve desde el 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 clasificarlos en otras partes de la piscina para esperar su disposición final. Los bastidores metálicos mantienen el combustible en posiciones controladas para su protección física y para facilitar el seguimiento y la 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] u 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 el monitoreo del agua para detectar contaminación por actínidos , lo que podría indicar una fuga de una barra de combustible. [7] Las regulaciones actuales en los Estados Unidos permiten reorganizar las barras 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 gastado 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 a los intercambiadores de calor , y luego regresan a la piscina de combustible gastado. La temperatura del agua en condiciones normales de funcionamiento se mantiene por debajo de los 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 aumentando el riesgo de explosiones. Por esta razón, el aire en la sala de las piscinas, así como el agua, deben ser monitoreados y tratados continuamente.
En lugar de gestionar 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 funcionará con combustible usado de las centrales nucleares para generar calor de proceso para la calefacción urbana y la desalinización . Esencialmente, se trata de un reactor de piscina profunda que funcionará a presión atmosférica , lo que reducirá los requisitos de ingeniería para la seguridad. [9]
Otras investigaciones prevén un reactor de bajo consumo similar que utilice combustible gastado, en el que en lugar de limitar la producción de hidrógeno mediante radiólisis , se la favorece añadiendo catalizadores y depuradores de iones al agua de refrigeración. Este hidrógeno se eliminaría 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 absorbedores de neutrones (Boron Areal Density Gauge for Evaluating Racks, o BADGER) tiene un grado desconocido 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 puede provocar la liberación de elementos radiactivos a la atmósfera. [12]
En el terremoto de magnitud 9 que afectó a las plantas nucleares de Fukushima en marzo de 2011, tres de las piscinas de combustible gastado se encontraban en edificios que habían sufrido daños y se observó que emitían vapor de agua. La Comisión Reguladora Nuclear de Estados Unidos (NRC) afirmó erróneamente que la piscina del reactor 4 se había secado por ebullición [13] , lo que el Gobierno del Japón negó en su momento y se determinó que era incorrecto en inspecciones y análisis de datos posteriores. [14]
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 elementos combustibles, la inclusión de un absorbedor de neutrones en los bastidores de almacenamiento y sobre todo por el hecho de que el combustible gastado tiene un nivel de enriquecimiento demasiado bajo para autosostener 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 mediante la moderación de los neutrones. [15] [16] [17]
Según el Dr. Kevin Crowley, de la Junta de Estudios Nucleares y Radiológicos, "los ataques terroristas con éxito en piscinas de combustible gastado, aunque difíciles, son posibles. Si un ataque conduce a la propagación de un incendio en el revestimiento de circonio, podría provocar la liberación de grandes cantidades de material radiactivo". [18] Después de los ataques del 11 de septiembre de 2001, la Comisión Reguladora Nuclear exigió a las centrales nucleares estadounidenses "que protegieran con un alto nivel de seguridad" contra amenazas específicas que implicaran un número y una capacidad determinados de agresores. También se exigió a las centrales que "aumentaran el número de agentes de seguridad" y que mejoraran los "controles de acceso a las instalaciones". [18]
En 2010, un buzo que realizaba tareas de mantenimiento en la piscina de combustible gastado de la central nuclear de Leibstadt (KKL) estuvo expuesto a una radiación superior a los límites de dosis anuales establecidos por la ley tras manipular un objeto no identificado, que más tarde se identificó como un tubo protector de un monitor de radiación en el núcleo del reactor, que se había vuelto altamente radiactivo por el flujo de neutrones . El buzo recibió una dosis manual de unos 1.000 mSv , que es el doble del límite establecido por la ley de 500 mSv. Según las autoridades de la KKL, el buzo no ha sufrido consecuencias a largo plazo a causa del accidente. [19] [20]
