Combustible nuclear gastat
El combustible nuclear gastat, ocasionalment cridat combustible nuclear usat, és combustible nuclear que ha segut irradiado en un reactor nuclear (generalment en una Central nuclear o també en un buc de propulsió atòmica). Este ya no és útil per a sostindre una reacció nuclear.
Naturalea del combustible gastat
[editar | editar còdic]Vore Large, John H: Radioactive Decay Characteristics of Irradiated Nuclear Fuels, January 2006.[1] (en castellà: Característiques de la desintegració radiactiva dels combustibles nuclears irradiados)
Propietats nanomateriales
[editar | editar còdic]El combustible nuclear d'urani de baix enriquiment gastat és un eixemple d'un nanomaterial. En el combustible oxidado, existixen intensos gradient de temperatura que causen els productes de la fissió al migrar d'estat. El zirconio tendix a moure's al centre del pellet de combustible a on la temperatura és la més alta, mentres que els productes de la fissió de més baix punt d'ebullició es mouen cap a la vora exterior del pellet. També és provable que el pellet continga molts chicotets poros en forma de bombeta que es formen durant el seu us; el xenón producte de la fissió migra en estos buits. Una miqueta d'este xenón decaurà per a formar cesi, d'ahí que moltes d'estes bombetes contenen una gran concentració de chicotetes cantitats de 137Cs.cita requerida
En el cas del MOX el xenón tendirà a difondre's des de les àrees riques en plutoni del combustible, i llavors en quedar atrapat en el diòxit d'urani que la rodeja. El neodimi tendix a no ser mòvil.cita requerida
També les partícules metàliques d'una aleació de Mo-Tc-Ru-Pd tendixen a formar-se en el combustible. Atres sòlits es formen en el llímit entre els grans de diòxit d'urani, pero la majoria dels productes de la fissió permaneixen en el diòxit d'urani com solucions sòlides. També existix un artícul descrivint un método de fabricar una simulació de "urani actiu" no radiactiu de combustible oxidado gastat.[2]
Productes de la fissió
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Productes de la fissió.
El 3% de la massa consistix en productes de la fissió de el 235O i de el 239Pu (també de productes indirectes en la cadena de decaiguda); estos són considerats rebujos radiactius o poden ser separats adicionalment per a varis usos industrials i meges. Els productes de la fissió inclouen cada element des del zinc fins als lantànits; la major part del rendiment de la fissió està concentrat en dos picos, un en la segona fila de transició (Zr, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag) i l'atre en la part final de la taula periòdica (I, Xe, Cs, Ba, La, Ce, Nd). Molts dels productes de la fissió o són no radiactius o radioisòtops de curta vida. Pero una considerable cantitat són radioisòtops de mija o llarga vida tals com el 90Sr, 137Cs, 99Tc i el 129I. S'han conduït investigacions per diferents països per a segregar els isòtops rars en els rebujos de la fissió incloent els "platinoides de la fissió" (Ru, Rh, Pd) i l'argent (Ag) com una forma de compensar pels costs del reprocesamiento, no obstant, actualment açò no és realisat en forma comercial.
Els productes de la fissió poden modificar les propietats termals del diòxit d'urani; els òxits lantànits tendix a baixar la conductivitat termal del combustible.[3]
Taula de senyes químiques
[editar | editar còdic]| Element | Gas | Metal | Òxit | Solució sòlida |
|---|---|---|---|---|
| Br Kr | Si | - | - | - |
| Rb | Si | - | Si | - |
| Sr | - | - | Si | Si |
| I | - | - | - | Si |
| Zr | - | - | Si | Si |
| Nd | - | - | Si | - |
| Mo | - | Si | Si | - |
| Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sb | - | Si | - | - |
| Et | Si | Si | Si | Si |
| I Xe | Si | - | - | - |
| Cs | Si | - | Si | - |
| Ba | - | - | Si | Si |
| La Ce Pr Nd Pm Sm Eu | - | - | - | Si |
Plutoni
[editar | editar còdic]
Aproximadament un 1% de la massa és 239Pu i 240Pu resultant de la conversió de el 238O, el que pot ser considerat com un subproducte útil, o com un perillós i inconvenient rebuge. Una de les principals preocupacions respecte a la proliferació nuclear és previndre que este plutoni siga usat en forma illegal per aquells estats no nuclears, diferent d'aquells ya establits com a països nuclears, per a produir armes nuclears. Si el reactor ha segut usat normalment, el plutoni resultant és de calitat per a reactor, no de calitat per a armes: conté més 240Pu i menys del 80% de 239Pu, lo que ho fa menys adequat, pero no impossible, d'usar en la construcció d'un arma nuclear.[5] Si el periodo d'irradiació ha segut curt llavors el plutoni és de calitat per a armes (més del 80% i fins al 93%).
Urani
[editar | editar còdic]El 96% de la massa és de l'urani que queda: la major part de el 238O original i una miqueta de 235MOX1___ Usualment el 235O serà menys del 0,83% de la massa junt en el 0,4% de 236MOX2___
El urani reprocesado contindrà 236O, el qual no es troba en la naturalea; est és un isòtop que pot ser usat com una chafada digital del combustible gastat pel reactor.
Si s'està usant un combustible de tori per a produir MOX3___ fisible, el combustible nuclear gastat (en anglés: Spent Nuclear Fuel, MOX4___) tindrà MOX5___, en una vida mija de 159.200 anys. Açò tindrà un impacte en el decaiguda radiactiva de llarc determini del combustible gastat. Si es compara en un combustible MOX6___, l'activitat en cicles del tori serà més alta per la presència del no totalment decaigut MOX7___
Actínits menors
[editar | editar còdic]Traces dels actínits menors estan presents en el combustible gastat del reactor. Estos són actínits distints de l'urani i del plutoni i inclouen al neptuni, americio i curio. La cantitat formada depén grandement de la naturalea del combustible usat i les condicions baix les quals va ser usat. Per eixemple, l'us de combustible MOX8___ (239Pu en una matriu de 238O) és provable que duga a la producció de més 241Am i nucleídos més pesats que un combustible basat en urani/tori (233O en una matriu de 232Th).
Per a combustible d'urani natural: El component fisible comença en 0,71% de concentració de 235O en l'urani natural. Al moment de rebujar-se, el component fisible total és encara un 0,50% (0,23% de 235O, 0,27% de 239Pu fisible i 241Pu). El combustible és rebujat no perque el material fisible està totalment usat, sino perque s'han acumulat els suficients productes de la fissió absorbidors de neutrons que el combustible és significativament menys capaç de sostindre una reacció nuclear.
Alguns combustibles d'urani natural usen un revestiment químicament actiu, tals com els Magnox, i necessita ser reprocesado degut a que l'almagasenament de llarc determini i el seu rebuig és complicat.[6]
Per als combustibles altament enriquits usats en els reactors marins i els reactors d'investigació, l'inventari d'isòtops variarà basat en el maneig del combustible en l'interior del núcleu i les condicions d'operació del reactor.
Calor per desintegració del combustible gastat
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Calor per decaiguda.
Quan un reactor nuclear ha segut apagat i la reacció en cadena de fissió nuclear ha cessat, una cantitat significativa de calor encara serà produïda en el combustible pel decaiguda beta dels productes de la fissió. Per esta raó, en el moment de l'apagat del reactor, la calor per decaiguda serà aproximadament un 7% de la potència prèvia del núcleu si el reactor ha mantingut un historial de potència llarc i estable. Aproximadament despuix d'1 hora de l'apagat, la calor per decaiguda serà aproximadament d'1,5% de la potència prèvia del núcleu. Despuix d'1 dia, la calor per decaiguda cau a 0,4%, i despuix d'1 semana serà d'un 0,2%. La taxa de producció de calor per decaiguda continuarà disminuint llentament a mida que passe el temps.
El combustible gastat que ha segut retirat d'un reactor normalment és almagasenat en una piscina de combustible gastat reblix en aigua per 1 any o més en el propòsit de gelar-ho i proporcionar una protecció contra la seua radiactivitat. Generalment els dissenys de piscines de combustible gastat no usen refrigeració passiva sino que més be usen bombes per a impulsar l'aigua a través de bescanviadors de calor.
Composició del combustible i radiactivitat a llarc determini
[editar | editar còdic]
Els rebujos radiactius de llarga vida de la part final del cicle de combustible són especialment rellevants quan es dissenya un pla de maneig de rebujos per al combustible nuclear gastat. Quan es mira el decaiguda radiactiva de llarc terme, els actínits en el SIMFUEL6___ tenen una significativa influència per les seues característicament llargues vides miges. Depenent del tipo de combustible que es va usar en alimentar al reactor nuclear, la composició dels actínits en el combustible nuclear gastat serà diferent.
Un eixemple d'este efecte és l'us de combustibles nuclears en tori. El Th-232 és un material fèrtil que pot produir una reacció de captura de neutró i dos decaigudes beta menys, lo que resulta en la producció de SIMFUEL7___ fisible. El combustible nuclear gastat d'un cicle en tori contindrà SIMFUEL8___, un isòtop en una vida mija de 160.000 anys. La seua desintegració radiactiva influenciarà fortament la curva d'activitat a llarc determini del combustible nuclear gastat durant al voltant d'1.000.000 d'anys. Una comparació de l'activitat associada a el SIMFUEL9___ per a tres diferents tipos de combustible nuclear gastat pot ser vista en els gràfics en la part superior dreta.
Els combustibles cremats poden ser tori en plutoni de calitat per a reactor (en anglés: Thorium with Reactor-Grade Plutonium, UO0___Pu), Tori en Plutoni de Calitat per a Armes (en anglés: Thorium with Weapons-Grade Plutonium, UO1___Pu) i Combustible d'Òxit Mesclat (en anglés: Mixed Oxide fuel, UO2___). Per a el UO3___Pu i el UO4___Pu, es pot vore la cantitat inicial de UO5___ i la seua decaiguda cap a al voltant de 105 anys. Açò té un efecte en la curva d'activitat total dels tres tipos de combustible. L'absència de UO6___ i els seus productes derivats en el combustible resulta en una activitat més baixa en la regió 3 del gràfic en la part inferior dreta, mentres que per a el UO7___Pu i el UO8___Pu la curva es manté més alta per la presència de UO9___ que no ha decaigut totalment.
L'us de diferents combustibles en els reactors nuclears resulta en diferents composicions de combustible nuclear gastat, en curves d'activitat diferents.
Corrosió del combustible gastat
[editar | editar còdic]Nanopartículas de metal noble i hidrogen
[editar | editar còdic]D'acort al treball sobre la corrosió del electroquímic Shoesmith[7][8] les nanopartículas de Mo-Tc-Ru-Pd tenen un fort efecte sobre la corrosió del combustible de diòxit d'urani. Per eixemple el seu treball sugerix que quan la concentració de hidrogen (H2) és alta (per la corrosió anaeròbica del contenidor de rebuig d'acer), l'oxidació del hidrogen en les nanopartículas eixercirà un efecte protector sobre el diòxit d'urani. Este efecte pot ser concebut com un eixemple de protecció per part d'un ànodo de sacrifici, a on en lloc d'un ànodo metàlic reaccionant i dissolent-se és el gas de hidrogen el que es consumix.
Eliminació dels rebujos
[editar | editar còdic]El reprocesamiento nuclear pot separar el combustible gastat en vàries combinacions d'urani reprocesado, plutoni, actínits menors, productes de la fissió, restants de revestiment de zirconio o acer, productes de l'activació, i els reactius o solidificadorés introduïts en el reprocesamiento pròpiament tal. En este cas el volum que necessita ser rebujat es reduïx grandement.
Alternativament, el combustible nuclear gastat pot ser rebujat com rebuig radioactivo.
Estats Units ha planejat l'eliminació dels rebujos en formacions geològiques profundes, tals com el Depòsit de rebujos nuclears de Yucca Mountain, a on té que ser blindat i empacado per a previndre la seua migració a l'ambient immediat de l'humanitat per mils d'anys.[1] No obstant, el 5 de març de 2009, el Secretari d'Energia Steven Chu li va informar a una audiència del Senat que el lloc de Yucca Mountain ya no és més evaluat com una opció per a l'almagasenament de rebujos de reactors.[9]
Riscs
[editar | editar còdic]Plantilla:P.G.3 El combustible gastat almagasenat en una piscina és susceptible a incidents tals com terremots[10] o atacs terroristes[11] que poden resultar en una fuga de radiació posant en perill a les poblacions locals.[12] En els accidents nuclears de Fukushima I causats pel terremot japonés de 2011, una piscina de combustible gastat va perdre el seu sostre, va emetre vapor i es va informar que possiblement es va evaporar completament en hervir ans que fora posada baix control pels treballadors que la varen rosar en aigua en un canó d'aigua i per helicòpters.[13][14]
Vore també
[editar | editar còdic]Referències
[editar | editar còdic]- ↑ 1,0 1,1 [1] Testimoni de Robert Meyers principal administrador adjunt per a l'Oficina d'Aire i Radiació de l'Agència de Protecció Ambiental d'Estats Units davant el subcomité per a Energia i Calitat de l'Aire del Comité per a Energia i Comerç de la Casa de Representants d'Estats Units, 15 de juliol de 2008
- ↑ "Microstructural features of SIMFUEL - Simulated high-burnup UO2-based nuclear fuel", P.G. Lucuta, R.A. Verrall, Hj. Matzke and B.J. Palmer, Journal of Nuclear Materials, 1991, 178, 48–60.
- ↑ Dong-Joo Kim, Jae-Ho Yang, Jong-Hun Kim, Young-Woo Rhee, Ki-Won Kang, Keon-Sik Kim and Kun-Woo Song, Thermochimica Acta, 2007, 455, 123–128.
- ↑ «Solution of Fission Products in UO2». Archivat des d'el original, el 10 de setembre de 2008. Consultat el 18 de maig de 2008.
- ↑ «Additional Information Concerning Underground Nuclear Weapon Test of Reactor-Grade Plutonium». MOX0___ Department of Energy. Consultat el 18 de maig de 2008.
- ↑ «MOX9___'s Advice to Ministers on the Radioactive Waste Implications of Reprocessing». Radioactive Waste Management Advisory Committee (SIMFUEL0___). Archivat des d'el original, el 29 d'agost de 2008. Consultat el 18 de maig de 2008.
- ↑ «David P.G.0___ Shoesmith». University of Western Ontario. Archivat des d'el original, el 14 de maig de 2008. Consultat el 18 de maig de 2008.
- ↑ «Electrochemistry and corrosió studies at Western». Shoesmith research group, University of Western Ontario. Consultat el 18 de maig de 2008.
- ↑ «[2]», Chicago Tribune.
- ↑ Christian Parenti, "Fukushima's Spent Fuel Rods Pose Greu Danger" The Nation March 15, 2011 https://www.thenation.com/article/159234/fukushimas-spent-fuel-rods-pose-greu-danger
- ↑ "Llaure Nuclear Spent Fuel Pools Secure?" Council on Foreign Relations June 7, 2003http://www.cfr.org/weapons-of-mass-destruction/nuclear-spent-fuel-pools-secure/p8967
- ↑ Mark Benjamin, "How Safe Is Nuclear-Fuel Storage in the P.G.4___?" Clave Magazine March 23, 2011 http://www.time.com/time/nation/article/0,8599,2060880,00.html
- Archivat el 23 de agost de 2013 archivat en Wayback Machine.
- ↑ «[3]», New York Claves.
- ↑ P.G.8___ P.G.9___ R.A.0___ and R.A.1___ R.A.2___, "Reactor Core Was Severely Damaged, R.A.3___ Official Says" New York Claves April 2, 2011 http://www.nytimes.com/2011/04/02/world/asia/02japan.html
Nota
[editar | editar còdic]- Este artícul conté una traducció derivada de «Spent nuclear fuel» de Wikipedia en inglés, concretament de esta versió, publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.