Combustibles de Fisión y Fusión Nuclear: Ciclo, Tipos y Procesos

Tipos de Combustibles de Fisión

Se clasifican en tres categorías principales:

• Isótopos fisibles: Aquellos en los que la energía de enlace liberada al absorber un neutrón es mayor que la energía umbral.
• Isótopos fisionables: Aquellos en los que la energía de enlace del neutrón capturado no es suficiente para superar la energía crítica.
• Isótopos fértiles: Aquellos que pueden transformarse en fisibles mediante captura neutrónica.

Energía Liberada y Tipos de Radiación

La energía liberada en procesos nucleares se manifiesta en forma de radiación. Los principales tipos son:

• Radiación alfa: Emisión de una partícula alfa (núcleo de helio) por un núcleo radiactivo durante su desintegración.
• Radiación beta: Radiación corpuscular donde cada corpúsculo es un electrón, protón o positrón, emergente del núcleo de un radioisótopo.
• Radiación gamma: Fotones de alta energía con un considerable poder de penetración.

Fusión Nuclear: Métodos de Confinamiento

La fusión nuclear, la unión de núcleos ligeros para formar uno más pesado, requiere condiciones extremas de temperatura y presión. Existen dos métodos principales de confinamiento:

Fusión por Confinamiento Inercial

Se bombardean pequeñas pastillas esféricas, con envoltura metálica y que contienen deuterio (D) y tritio (T) en su interior, con haces de radiación convergentes desde distintas direcciones. Esto comprime y calienta el blanco a temperaturas termonucleares.

Fusión por Confinamiento Magnético

Un campo magnético confina el plasma de fusión. Un sistema auxiliar de calentamiento aumenta su temperatura, y un dispositivo de reciclado de combustible lo mantiene puro y abastecido. Los neutrones emitidos en las reacciones termonucleares dentro del plasma penetran en la envoltura, donde se moderan y depositan su energía.

Ciclo del Combustible Nuclear

El ciclo del combustible nuclear abarca varias etapas:

1. Minería y Concentración de Uranio: Extracción y purificación del uranio.
2. Conversión: Transformación a hexafluoruro de uranio (UF₆).
3. Enriquecimiento: Aumento de la concentración del isótopo fisible ²³⁵U.
4. Fabricación del Combustible: Producción de óxido de uranio (UO₂) y ensamblaje de elementos combustibles.
5. Uso en Reactores Nucleares: Generación de energía en centrales nucleares.
6. Almacenamiento Temporal: Guarda del combustible gastado.
7. Reprocesamiento (opcional): Separación de materiales fisibles y fértiles del combustible gastado.
8. Gestión de Residuos: Procesamiento, solidificación y almacenamiento definitivo de los residuos radiactivos.
9. Purificación del uranio recuperado.

Residuos en el Ciclo del Combustible Nuclear

Se generan diferentes tipos de residuos en las distintas etapas:

• Minas de uranio: Residuos minerales.
• Fabricación de combustible: Uranio empobrecido.
• Centrales nucleares: Residuos radiactivos líquidos y gaseosos, residuos tecnológicos, residuos del desmantelamiento, MOX usado (combustible de óxido mixto).
• Reciclado: Separación de materiales fisibles y generación de residuos finales.