El combustible MOX: ¿Qué es y cómo se usa?
El combustible MOX -abreviatura de Mixed Oxide (Mezcla de Óxidos)- es un tipo de combustible utilizado en algunos reactores nucleares de fisión compuesto por una mezcla de óxido de uranio natural, uranio reprocesado o uranio empobrecido y óxido de plutonio. La proporción de plutonio en este combustible varía de un 3 % a un 10 %. Este combustible se comporta de una forma similar a la del de uranio de bajo enriquecimiento (combustible convencional) para el que se diseñaron la mayoría de los reactores nucleares de agua ligera (LWR).
El núcleo del reactor de una central nuclear tipo de 1.000 MWe de potencia instalada está formado por unos 150 elementos combustibles. A medida que generan energía mediante la reacción de fisión en cadena, pierden efectividad a causa de la reducción del material fisionable y de la acumulación de productos de fisión.
Por ello, es necesario sustituir aproximadamente una tercera parte de los mismos por elementos combustibles nuevos en una operación llamada parada de recarga. Esta se realiza habitualmente en las centrales nucleares cada 12, 18 o 24 meses.
Cuando el combustible irradiado se retira del reactor, tan sólo se ha utilizado el 5% de la energía inicialmente contenida en el combustible fresco. Por tanto, dispone aún de una gran capacidad energética remanente, susceptible de ser utilizada de nuevo en otros reactores.
Una vez que el combustible ha permanecido durante tres ciclos de operación -aproximadamente unos 5 años- todavía conserva el 95% del uranio enriquecido que contenía inicialmente. El 1% es plutonio que se ha generado en las reacciones de fisión en cadena y el resto son actínidos menores, productos de fisión de vida larga, de vida corta y productos estables.
Reelaboración o reciclado del combustible
Algunos países han considerado la reutilización del U-235 remanente y del Pu-239 generado, en la que se procede a la reelaboración o reciclado del combustible para su uso en otro tipo de centrales nucleares diseñadas específicamente, ya que conserva más del 90% de su capacidad energética inicial.
El combustible reelaborado o reciclado se conoce como MOX, abreviatura de Mezcla de Óxidos
Con esta operación se separan estos dos elementos de los productos de fisión, que constituyen los residuos de alta actividad. Esta opción en la que se reutiliza y recicla el combustible usado se conoce como ciclo cerrado, y es una de las alternativas posibles en la segunda parte del ciclo del combustible nuclear.
El combustible reelaborado se conoce como MOX –abreviatura de Mixed Oxide (Mezcla de Óxidos)- y está compuesto por una mezcla de óxido de uranio natural, uranio reprocesado o uranio empobrecido y óxido de plutonio.
El uranio reprocesado es el anteriormente mencionado y el uranio empobrecido es un subproducto de la fase de enriquecimiento del uranio natural en la fabricación del combustible convencional.
El óxido de plutonio se obtiene del plutonio extraído del combustible convencional gastado, tal y como se ha indicado anteriormente. También se puede obtener del plutonio recuperado de armamento militar desactivado. Al final de la guerra fría, Estados Unidos y la antigua Unión Soviética comenzaron el desmantelamiento de miles de cabezas nucleares. Esta iniciativa produjo grandes cantidades de plutonio. La comunidad internacional no quería que este material se volviese a utilizar para fabricar nuevas bombas nucleares, por lo que debía almacenarse y gestionarse de manera segura para proteger a las personas y el medio ambiente.
Así, el Departamento de Energía (DOE) de Estados Unidos propuso que se irradiase el plutonio, para lo que, en combinación con el uranio, se empezó a utilizar en la fabricación de combustible MOX. Como consecuencia, sería complicado utilizar el plutonio para cualquier otro propósito no pacífico. Una vez sacado del reactor nuclear, el MOX no sería reciclado ni reutilizado. La proporción de plutonio en el combustible MOX varía de un 3% a un 10%.
El combustible MOX se comporta de forma similar a la del de uranio de bajo enriquecimiento para el que se diseñaron la mayoría de los reactores de agua ligera hoy en operación en el mundo, tanto de agua a presión (PWR) como de agua en ebullición (BWR).
El combustible MOX representa aproximadamente un 5% del combustible nuclear nuevo que se utiliza actualmente. Desde que se utilizara por primera vez en un reactor alemán en 1972, el combustible MOX ha alimentado a 44 reactores en todo el mundo.
El combustible MOX se ha utilizado hasta el momento en 44 reactores nucleares en distintos puntos del mundo
| Reactores que han utilizado combustible MOX desde 1972 | |
| País | Número de reactores |
| Francia | 22 |
| Alemania | 10 |
| Japón | 5 |
| Suiza | 3 |
| Bélgica | 2 |
| Países Bajos | 1 |
| Estados Unidos | 1 |
Fuente: Orano
¿Cómo se fabrica el combustible MOX?
Estas son las etapas que se siguen en la fabricación del combustible MOX a partir del combustible convencional gastado:
- El primer paso es la separación del plutonio del uranio restante (aproximadamente el 96% del combustible gastado) y los productos de fisión con el resto de residuos (en conjunto otro 3%).
- El plutonio, en forma de óxido, se mezcla con uranio empobrecido que forma parte del residuo de una planta de enriquecimiento de uranio (se utiliza para fabricar combustible nuclear convencional nuevo) con un porcentaje de 7% de plutonio.
- El combustible MOX puede fabricarse moliendo juntos los óxidos de uranio (UO2) y de plutonio (PuO2) antes de que la mezcla de óxidos se compacte para formar las pastillas, pero este proceso tiene la desventaja de formar grandes cantidades de polvo radiactivo. Una alternativa es mezclar una solución de nitrato de uranio y nitrato de plutonio en ácido nítrico. Esta puede transformarse posteriormente en un sólido utilizando una base de ligadura, sinterizando más tarde el sólido que se convierte en una mezcla de óxidos de uranio y plutonio y formar las pastillas que se introducen en las vainas del reactor.
Ventajas del combustible MOX
El combustible MOX ayuda a conservar los recursos de uranio naturales. Además, su fabricación reduce la cantidad de residuos finales que se producen en la industria nuclear.
También facilita abordar el problema del plutonio altamente radiactivo. De hecho, uno de los atractivos del MOX es que puede utilizarse para eliminar parte del plutonio procedente de programas militares, eliminando la necesidad de su almacenamiento y contribuyendo a la no proliferación.
El combustible MOX tiene la gran ventaja de reducir el volumen de residuos radiactivos
Almacenamiento y gestión del combustible MOX utilizado
Una vez utilizado el combustible MOX en reactores nucleares, no hay diferencias significativas en el modo de almacenamiento con respecto al combustible convencional gastado.
Los elementos combustibles de combustible MOX gastado se introducen directamente en contenedores especiales licenciados por el organismo regulador nuclear correspondiente y se transportan al centro de almacenamiento de residuos radiactivos.
MOX y el futuro
El combustible MOX permitirá a los países que producen energía nuclear gestionar sus inventarios de plutonio y abastecer a un número cada vez más elevado de reactores. Todos los reactores de tercera generación, como por ejemplo el modelo European Pressurized Reactor (EPR), pueden utilizarlo. A más largo plazo, la cuarta generación de reactores que actualmente se encuentran en fase de diseño, como el reactor de sales fundidas (Molten Salt Reactor), podrán hacer un uso óptimo del plutonio y aprovecharían al máximo el combustible MOX. Leer monografía sobre reactores nucleares avanzados
Las futuras generaciones de reactores nucleares aprovecharán al máximo el combustible MOX
