{"id":6821,"date":"2023-09-10T12:33:28","date_gmt":"2023-09-10T10:33:28","guid":{"rendered":"https:\/\/www.jovenesnucleares.org\/blog\/?p=6821"},"modified":"2023-09-21T16:43:42","modified_gmt":"2023-09-21T14:43:42","slug":"de-la-tierra-al-reactor-como-se-fabrica-el-combustible-nuclear","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.jovenesnucleares.org\/blog\/de-la-tierra-al-reactor-como-se-fabrica-el-combustible-nuclear\/","title":{"rendered":"De la Tierra al reactor: c\u00f3mo se fabrica el combustible nuclear"},"content":{"rendered":"

\u00bfC\u00f3mo se transforma una roca en uno de los ingredientes fundamentales de un reactor nuclear de fisi\u00f3n?<\/p>\n

En esta entrada daremos respuesta a esa pregunta y te contaremos el viaje del uranio desde su extracci\u00f3n en la mina hasta su fabricaci\u00f3n como elemento combustible de una central nuclear. \u00a1Vamos all\u00e1!<\/p>\n

Empecemos por el principio. La generaci\u00f3n de energ\u00eda en las centrales nucleares actuales se basa en la reacci\u00f3n de fisi\u00f3n: un n\u00facleo at\u00f3mico pesado se divide en dos (en raras ocasiones tres) n\u00facleos m\u00e1s peque\u00f1os a causa del impacto de un neutr\u00f3n, liberando much\u00edsima energ\u00eda, tal como muestra esta imagen de nuestro amigo Operador Nuclear. Si quer\u00e9is saber m\u00e1s, pod\u00e9is ir al este hilo<\/a> de Twitter donde lo explica perfectamente.<\/p>\n


\n\"\"<\/a><\/p>\n

Para que se produzca una fisi\u00f3n necesitamos un is\u00f3topo f\u00edsil, es decir, un \u00e1tomo capaz de experimentar una fisi\u00f3n con neutrones de cualquier energ\u00eda. El combustible nuclear actual se basa en el uranio, aunque m\u00e1s adelante veremos que no todos sus is\u00f3topos son f\u00edsiles.<\/p>\n

Para aquellos que no est\u00e9is familiarizados con el concepto de is\u00f3topo, de nuevo Operador Nuclear acude al rescate en este hilo<\/a> de Twitter (junto con otros muchos conceptos).<\/p>\n

Nuestro punto de partida por tanto es obtener uranio. \u00bfD\u00f3nde encontramos y c\u00f3mo extraemos el mineral? Afortunadamente se trata de un recurso muy diversificado. En 2020 los pa\u00edses con mayores reservas identificadas eran Australia, Kazajist\u00e1n y Canad\u00e1. Sin ir m\u00e1s lejos, en Espa\u00f1a se encuentran yacimientos naturales de uranio en Salamanca y L\u00e9rida.<\/p>\n

 <\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

 <\/p>\n

El mineral de uranio puede obtenerse a trav\u00e9s de excavaciones a cielo abierto o subterr\u00e1neas, aunque la tecnolog\u00eda m\u00e1s utilizada es la lixiviaci\u00f3n. \u00a1Cada a\u00f1o se producen cerca de 60.000 toneladas de uranio en todo el mundo!<\/p>\n

 <\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

 <\/p>\n

\u00bfY qu\u00e9 es la lixiviaci\u00f3n? La lixiviaci\u00f3n consiste en bombear agua subterr\u00e1nea con productos qu\u00edmicos a\u00f1adidos a trav\u00e9s del yacimiento para disolver el uranio. La soluci\u00f3n resultante se bombea hasta la superficie para recuperarlo. Si te pica la curiosidad tienes m\u00e1s informaci\u00f3n aqu\u00ed<\/a>.<\/p>\n

 <\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

 <\/p>\n

Despu\u00e9s de su extracci\u00f3n, el mineral de uranio se somete a distintos procesos de pulverizado, tratamiento qu\u00edmico con \u00e1cidos, filtrado y secado. El resultado final es un concentrado de \u00f3xido de uranio (U3<\/sub>O8<\/sub>)con un fuerte color amarillo muy caracter\u00edstico, conocido como yellow cake<\/em> o tarta amarilla.<\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

 <\/p>\n

Hasta aqu\u00ed todo bien, pero \u00a1ahora llega el problema del enriquecimiento! Resulta que el uranio natural del yellow cake<\/em> contiene principalmente dos is\u00f3topos: U-235 y U-238. Ambos se caracterizan por tener 92 protones en su n\u00facleo, pero presentan distinto n\u00famero de neutrones (143 vs 146).<\/p>\n

 <\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

 <\/p>\n

Para que un n\u00facleo de uranio experimente una fisi\u00f3n, el n\u00famero de neutrones importa, y MUCHO. A los nuevos en el mundillo de la neutr\u00f3nica: la gr\u00e1fica muestra en las ordenadas la probabilidad (a veces tambi\u00e9n referida como secci\u00f3n eficaz o cross section<\/em>) de que un \u00e1tomo de U-235 (azul) o U-238 (verde) fisione en funci\u00f3n de la energ\u00eda del neutr\u00f3n incidente (eje de abscisas). Como se ve, las fisiones son varios \u00f3rdenes de magnitud m\u00e1s probables en el U-235 que en el U-238: \u00a13 neutrones pueden ser decisivos para la energ\u00eda nuclear!<\/p>\n

 <\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

Si el combustible nuclear que introducimos en los reactores nucleares se fabricara a partir de uranio natural, la probabilidad de fisi\u00f3n ser\u00eda demasiado baja como para sostener la reacci\u00f3n en cadena. Por tanto, debemos incrementar la proporci\u00f3n de U-235, es decir, enriquecer. El enriquecimiento aumenta la proporci\u00f3n de U-235, desde el 0.7% hasta t\u00edpicamente un 3-5%, y tiene lugar en plantas de Francia, Estados Unidos y otros pa\u00edses. La siguiente pregunta es: \u00bfC\u00f3mo lo hacemos?<\/p>\n

Dado que dos is\u00f3topos del mismo elemento, uranio en nuestro caso, tienen el mismo n\u00famero de protones, no podemos usar ning\u00fan m\u00e9todo qu\u00edmico ya que ambos is\u00f3topos se comportan igual qu\u00edmicamente. Nuestra \u00fanica opci\u00f3n es alg\u00fan m\u00e9todo f\u00edsico y como ocurre en otras ocasiones, el secreto est\u00e1 en la masa: una consecuencia de tener un n\u00famero distinto de neutrones es que las masas del U-235 y U-238 son distintas siendo los \u00e1tomos de U-235 un 1% m\u00e1s ligeros. Esta diferencia de masa por peque\u00f1\u00edsima que sea (\u00a1de 3 neutrones!) puede usarse para el enriquecimiento. \u00bfTienes alguna idea de c\u00f3mo lo podemos hacer? Dale vueltas y seguro que llegas a la soluci\u00f3n \ud83d\ude09.<\/p>\n

\u00a1Resulta que darle vueltas es la clave!: si convertimos la yellow cake<\/em> en el compuesto gaseoso de UF6<\/sub> y lo sometemos a una fuerza centr\u00edfuga, por ejemplo, dentro de un cilindro con un rotor, las mol\u00e9culas m\u00e1s pesadas (U-238) tender\u00e1n a concentrarse en la periferia y las m\u00e1s ligeras (U-235) en el centro, permitiendo as\u00ed su separaci\u00f3n.<\/p>\n

 <\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

En un s\u00f3lido, la fuerza centr\u00edfuga no tendr\u00eda ning\u00fan efecto sobre la posici\u00f3n de sus \u00e1tomos. De ah\u00ed que la conversi\u00f3n previa a un compuesto gaseoso sea necesaria. Cabe destacar que la centrifugaci\u00f3n no es el \u00fanico m\u00e9todo de enriquecimiento, pero s\u00ed el m\u00e1s utilizado a nivel mundial y el m\u00e1s eficiente.<\/p>\n

La pen\u00faltima etapa del combustible es la segunda conversi\u00f3n. Esta consiste en convertir el UF6<\/sub> enriquecido en polvo de di\u00f3xido de uranio (UO2<\/sub>, s\u00f3lido) mediante distintos procesos qu\u00edmicos.<\/p>\n

Finalmente, llegamos a la fase de fabricaci\u00f3n: el polvo de UO2<\/sub> se prensa y somete a un proceso de sinterizaci\u00f3n para transformarlo en pastillas cer\u00e1micas, las cuales se introducen en tubos de aleaciones de circonio que una vez cargados reciben el nombre de barras de combustible:<\/p>\n

 <\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

 <\/p>\n

Dato importante: la fabricaci\u00f3n del combustible nuclear de los 5 reactores de las centrales nucleares espa\u00f1olas de Almaraz, Asc\u00f3 y Vandell\u00f2s II se lleva a cabo en la f\u00e1brica de elementos combustibles de Enusa en Juzbado, Salamanca.<\/p>\n

Terminamos con una fant\u00e1stica infograf\u00eda de Foro Nuclear<\/a> que resume todos los procesos que hemos explicado. Esta solo ha sido la primera etapa de la vida del combustible nuclear, la llamada fase pre-reactor. Las dos siguientes fases reactor y post-reactor las dejamos para otra entrada, \u00a1esperamos que os haya gustado!<\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

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\u00bfC\u00f3mo se transforma una roca en uno de los ingredientes fundamentales de un reactor nuclear de fisi\u00f3n? En esta entrada daremos respuesta a esa pregunta y te contaremos el viaje del uranio desde su extracci\u00f3n en la mina hasta su fabricaci\u00f3n como elemento combustible de una central nuclear. \u00a1Vamos all\u00e1! Empecemos por el principio. La…
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