Energia nuclear i radiactivitat

Radiació. Residus radioactius. Reactors nuclears. Fussió i fissió # Radioactividad. Residuos radioactivos. Reactores nucleares. Fusión. Fisión

  • Enviado por: Shauny
  • Idioma: catalán
  • País: España España
  • 29 páginas
publicidad

RADIACTIVITAT

·Radiactivitat natural.

La radioactivitat natural fou descoberta, el 1896, per Becquerel, en París, i investigada per el matrimoni Curie, Debierne, Rutherford, Soddy i altres.

La primera substància en que es va descobrir aquesta propietat fou la pechblenda, mineral d'urani, i desprès, el matrimoni Curie van trobar que tots els mineral d'urani i tori el tenien. També tots els compostos de radi i d'actini són radioactius. Aquesta propietat es deguda a l'urani, al tori, a l'actini i al radi, ja que, aïllant aquests metalls dels seus compostos les propietats es mantenen. Així, per exemple, el clorur de radi es radioactiu, però si es descompon es compost per clor i radi, s'observa que el no és radioactiu i que el radi si que ho és.

Aquests investigadors es van donar compte que la pechblenda emetia espontàniament un radiació que tenia, entre altres, les propietats següents:

- Ionitzava gasos.

- Impressionava plaques fotogràfiques com si hagués estat exposada a la llum solar.

- Atacava els teixits humans.

- Provocava reaccions químiques.

- La velocitat amb la que la mostra emetia aquesta radiació no depenia de la pressió ni de la temperatura a la que estava sotmesa, diferentment del que passava en les reaccions químiques

- La radiació emesa es dividia o es desviava per l'efecte dels camp elèctrics i magnètics.

Quan es posa una mostra d'un metall radioactiu o un compost químic d'aquest dintre d'un recipient de plom de parets amples i normalment es col·loca una placa fotogràfica, posant un camp magnètic, la radiació emesa es divideix o es separa en tres.

La radiació que es desvia cap el pol positiu del camp elèctric s'anomena beta, ; la que ho fa cap el negatiu, alfa, ; i la que no experimenta cap desviació, radiació gamma, .

· Desintegracions .

En el cas de les desintegracions  es produeix l'emissió d'un nucli d'heli de nombre màssic 4 i 2 protons, el qual s'anomena partícula . En el diagrama N-Z el producte es situa dos llocs més baix i dos llocs a l'esquerra; el nombre màssic disminueix en 4 unitats.

Exemple: 238 4 234

92 U ! 2 He + 90 Th

· Desintegracions .

En la desintegració beta negativa s'emet un electró y el nombre atòmic passa de Z a Z+1. L'element es desplaça en el sistema periòdic una posició cap a la dreta.

Exemple: 234 234 0

90 Th ! 91 Pd + -1 e

En la desintegració beta positiva s'emet un positró, i el nombre atòmic passa de Z a Z-1. L'element retrocedeix en un posició cap a l'esquerra en el sistema periòdic, de la coberta electrònica es desprèn un electró. El positró és una partícula d'igual massa que l'electró però amb una càrrega elemental positiva. És l'anomenada també antipartícula de l'electró.

Exemple: 26 26 0

13 Al ! 12 Mg + 1 e

· Sèrie radioactiva.

Si el producte d'una desintegració radioactiva és de nou un nucli radioactiu, es parla llavors d'una família radioactiva o sèrie radioactiva. Mentre que substància inicial d'una família radioactiva es desintegra i disminueix amb el seu període característic per els nucli en la meitat de la sèrie que s'estableix, per desintegració i formació, una concentració d'equilibri que es proporcional a la vida mitja del nucli respectiu. Tota sèrie radioactiva finalitza en un nucli establert.

· Famílies radioactives.

· Família de l'urani-radi. Urani X1(tori 234), urani X2(proactini 234), radi A(poloni 218), radi B (plom 214), radi C(bismut 213), radi C'(poloni 214), radi C''(tali 210), radi D(plom 210), radi E(bismut 210).

· Família del tori. Mesotori 1(radi 228), mesotori 2(actini 228), radiotori (tori 228), tori X(radi 224), toró (radó 220), tori A(poloni 216), tori B(plom 212), tori C(bismut 212), tori C' (poloni 212), tori C'' (tali 208).

· Família de l'urani-actini. Actiniurani (urani 235), urani Y(tori 231), actini K(franci 223), radiactini (tori 227), actini X(radi 223), actinon (radó 219), actini A(poloni 215), actini B(plom 211), actini C(bismut 211), actini C'(poloni 211), actini C''(tal.li 207).

· Llei de la desintegració radioactiva.

Molts nuclis tenen la propietat d'emetre una partícula si no tenen lloc accions exteriors, transformant-se en un altre nucli. D'aquests nuclis es diu que són radioactius. El transcurs temporal de la transformació està caracteritzat per el període, que el que temps que passa fins que la meitat del nuclis inicials ha sofert dita transformació. Aquest temps és independent de la història del nucli, amb això es vol dir que desprès de 2 períodes encara queda ¼ de la quantitat inicial, desprès de 3 períodes encara 1/8 , etç. Dit d'una altra forma: la probabilitat de que un nucli es desintegri en un instant determinat es independent del temps que té d'existència.

D'aquí es dedueix la llei de la desintegració: si N és el nombre de nuclis inicials, passat un temps t la quantitat d'ells existents ve donada per la fórmula.

-t/

N = N · e

Al temps  es diu vida mitjana, i és igual a 1,443 vegades el període. Es coneixen nuclis radioactius amb períodes entre 10-17 segons i 1017 anys.

· Radioactivitat artificial.

En 1934, Irene Curie (filla de Pierre i Marie Curie) i el seu marit, Fredèric Joliot, van trobar que en bombardejar una làmina d'alumini amb una partícula alfa s'obtenia un isòtop del fòsfor 30

15 P i neutrons:

27 4 30 1

13 Al + 2He ! 15 P + 0 n

Però aquest fòsfor obtingut era radioactiu i es desintegrava espontàniament amb emissió d'un positró, segons:

30 30

15 P ! 14 Si + 1 positró

El positró és una partícula de massa igual a la de l'electró, però de càrrega positiva: el positró és l'antipartícula de l'electró. Amb aquest experiment havia descobert la radioactivitat artificial.

Per explicar emissió d'un positró del nucli, es suposa que són creats en el moment de la seva emissió, per el fet de que 1 protó es transforma en un neutró que queda en el nucli i un positró que surt del nucli:

1 1 0

Protó ! neutró + positró ; 1 H ! 0 n + +1 e

El P (30,15) és un isòtop radioactiu artificial, ja que el fòsfor de la natura està format per una mescla d'isòtops que són, tots ells, estables, no radioactius.

A partir de 1934 s'han fet nombrosos experiments per trobar nous isòtops radioactius artificials.

Actualment es coneix com a isòtops radioactius artificials de pràcticament tots els elements. Alguns tenen un temps de semidesintegració molt curt.

Mitjançant el bombardeig de nuclis amb partícules-projectil s'han obtingut isòtops radioactius dels element de nombre atòmic 43 (tecneci) i 61 (prometi). Aquests dos elements no es troben en la natura. El tecneci té un temps de seimidesintegració de 212 000 anys.

· Protecció radioactiva.

Tota radiació energètica pot fer mal al teixit humà ionitzant les molècules o àtoms de la cèl·lula que els componen. Les partícules carregades ( y ) ionitzen directament, els rajos X y , així com els neutrons, generen per processos secundaris (efecte Compton, efecte foroeléctric, dispersió) partícules carregades en el teixit. La manipulació d'aquestes radiacions requereix, per tant, unes mesures de seguretat molt grans per evitar danys personals.

· Dosis de radiació.

És necessari definir una sèrie d'unitats que facin possible avaluar els efectes biològics produïts per la radiació. La més important per a la radioactivitat són:

· Curio (Ci).

1 curio és la quantitat d'emissor radioactiu que té lloc 3,7·1010 desintegracions per segon. 1 Ci de radi es exactament 1 gram de dir element.

· Röentgen (R).

1 Röentgen és l'intensitat de radiació X o gamma que en 1 cm3 d'aire a pressió normal es produeix 1 unitat electrostàtica d'ions i electrons (1,61·1012 parells).

· Rad (“radiation absorbed dose”).

El rad és una mesura de l'energia de la radiació absorbida per un material. 1 rad = 100 erg de energia absorbida per gram. No depèn del tipus de radiació. Per una intensitat de radiació (r) donada, la dosis (rad) absorbida depèn de la substància absorbent.

L'efectivitat biològica és diferent per a cada tipus de radiació, perquè a banda de energia total absorbida per gram (dosis en rad) també influeix la densitat d'ionització al llarg de la traça d'una partícula.

Per a la determinació del mal del cos per la radiació es defineix una unitat especial, el rem (“röentgen equivalent man”).

1 rem és la dosis d'un determinat tipus de radiació que produeix el mateix mal que 1 rad de radiació gamma de 1 MeV.

Per convertir la dosis de rad a rem s'utilitza el factor anomenat d'efectivitat biològica relativa (RBE). Aquest factor s'ha determinat empíricament (amb animals) per a tots els tipus de radiació.

Dosis (rem) = Dosis (rad) · RBE

Dosis mitjanes rebudes durant un any per persona de vida normal (mrem)

Origen natural

Origen artificial

40: Rajos còsmics

60: Radioactivitat procedent de material terrestres.

25: Substàncies radioactives existents en el propi organisme.

50-100: Exàmens radiològics.

5-10: Televisió en color.

2: Fons procedent d'antigues explosions nuclears.

2: Centrals nuclears.

Dosis globals, rebudes d'una vegada a partir de les quals la radiació té efectes nocius (mrem)

40.000: Apareixen anormalitats en l'anàlisi de sang.

100.000: Apareixen nàusees i mareig.

300.000: Nàusees i vòmits acusats que a la fi d'un mes produeixen un 20% de defuncions.

400.000: Letal en un cinquanta per cent de les persones irradiades.

600.000 Mort segura.

· Dosis tolerables.

Mitjançant acords i lleis internacional s'han fixat els límits màxims de dosis en rem que poden suportar tant el personal que treballa amb radiació com la població general, que no és vigilada regularment. Aquests límits tolerables s'han determinat de manera que no sobrepassin els del medi ambient (radiació còsmica, radioactivitat de la Terra). Les dosis tolerables són sobrepassades en cas de radioteràpies, doncs es tracta en aquests casos de produir danys locals en les cèl·lules tumorals.

· Intensitat de la dosis d'una font de radiació.

S'entén per intensitat de la dosis, la dosis per unitat de temps (rad per hora o rem per hora). L'intensitat D d'un cos que està situat a una distància R d'una font radioactiva d'activitat A es calcula mitjançant l'equació:

A

D = K · ------ .

R2

La constant d'intensitat de la dosis K depèn del tipus i energia de la radiació i està tabulada i mesurada per a tots els tipus coneguts d'emissor de radiació. Per a càlculs aproximats s'utilitzen els valors

r cm2

K = 1· ------- per emissors 

h Ci

r cm2

K = 1· ------- per emissors  no apantallats.

h Ci

Per emissors  no serveixen les fórmules, ja que s'absorbeixen en l'aire en pocs cm.

· Radiotoxicitat.

Substancialment més perillosa que l'acció de la radiació des de fora és la incorporació de radioisòtops. Aquests poden concentrar-se en determinats llocs del cos i romandre actius allà fins a la seva desintegració total. La anomenada Radiotoxicitat no depèn, doncs, de les característiques de l'emissor radioactiu només, sinó fonamentalment del metabolisme. La Radiotoxicitat de l'emissor és decisiva per l'establiment legal dels límits entre els quals un radioisòtop pot ser utilitzat sense autorització especial. Les dosis permeses deuen de tenir en compte també la màxima concentració possible en el cos.

RESIDUS RADIACTIUS

En l'apartat 9 de l'article 2º de la Llei 25/1964 del 29 d'abril sobre l'Energia Nuclear es definia com Residu Radioactiu a:

“tot material o producte de rebuig que presenta traces de radioactivitat. En aquest concepte s'inclouen les aigües i gasos residuals contaminats”.

Però la disposició addicional quarta de la Llei 54/1997 del 27 de novembre del sector Elèctric modifica l'anterior disposició de manera que queda redactat de la següent manera:

“Residu Radioactiu és qualsevol material o producte de rebuig, per la qual no està previst cap ús, que conté o està contaminat amb radionucleids en concentracions o nivells d'activitat superiors als establerts per el Ministeri d'Indústria i Energia, previ informe del Consell de Seguretat Nuclear”.

Els residus radioactius es poden classificar atenent diferent criteris. Aquest són:

  • ESTAT FÍSIC. Sòlids, líquids i gasosos.

  • Es classifiquen diferent ja que el tractament i l'acondicionament per a cadascun és diferent.

  • TIPUS DE RADIACIÓ EMESSA. Emissors , i .

  • Són les desintegracions que es produeixen al nucli. Aquestes emissions depenen del grau d'inestabilitat del radionucleic.

  • ACTIVITAT ESPECÍFICA. Els valor d' A.E condicionen el blindatge, l'acondicionament i el transport.

  • Aquesta A.E condiciona la protecció a curt termini, el blindatge durant l'utilització i el tipus d'acondicionament i transport.

  • RADIOTOXICITAT. Defineix la seva perillositat des de el punt de vista biològic.

  • Dintre de la radiotoxicitat trobem diferent paràmetres, com: el tipus de radiació, període de semmidesintegració, el temps que triga en ser expulsat de l'organisme i si tenen fixació selectiva en alguns òrgans o teixits. Aquests fa preveure els requeriments de protecció i seguretat de les instal·lacions (vegeu apartat de Radioactivitat).

  • PERÍODE DE SEMIDESINTEGRACIÓ. Temps en el qual el nombre d'àtoms radioactius d'un nucleid es redueix a al meitat.

  • Això condiciona l'utilització a llarga durada per qüestions de risc potencial.

    TIPUS DE REACTORS NUCLEARS

    Les diverses combinacions de combustible, moderador i refrigerant configuren els diversos tipus de reactors nuclears possibles. Aquests poden classificar-se segons varis criteris; els més comuns són els següents:

    - Segons la velocitat dels neutrons que produeixen les reaccions de fissió: Reactors ràpids i reactors tèrmics.

    - Segons el combustibles utilitzats: Reactors d'urani natural, en els que la proporció de U-235 en el combustible és la mateixa que es troba en la Natura, això és, aproximadament 0,7%; Reactors d'urani enriquit, en els que la proporció de U-235 s'ha augmentat fins aconseguir entre un 3 i un 5%.

    - Segons el moderador utilitzat: Els que utilitzen aigua lleugera, aigua pesada o grafit.

    - Segons el material utilitzat com a refrigerant: Els materials més utilitzats són l'aigua (lleugera o pesada) o un gas (anhídrid carbònic), que a vegades actuen simultàniament com a refrigerant i moderador. Altres refrigerants possibles són: aire, vapor d'aigua, metalls líquids o sals fosses.

    Els principals tipus de reactors nuclear existents actualment en el món en operació comercial, són:

  • Reactor d'aigua a pressió (PWR- Pressurized Water Reactor).

  • El reactor d'aigua a pressió és el tipus de reactor més àmpliament utilitzat en el món i ha estat desenvolupat principalment en Estats Units, Alemanya, França i Japó. Les de disseny soviètic s'anomenen VVER.

    En aquest reactor l'aigua s'utilitza com a moderador i com refrigerant. El combustible, de natura ceràmica, és urani enriquit en forma d'òxid. L'aigua de refrigeració, que circula a gran pressió, porta l'energia despresa en el nucli del reactor a un intercambiador de calor (generador de vapor), on es genera el vapor que alimentarà al tub o grup.

    Les centrals espanyoles José Cabrera (Zorita), Almaraz I i II, Ascó I i II, Vandellòs II i Trillo pertanyen a aquest tipus.

  • Reactor d'aigua en ebullició (BWR - Boiling Water Reactor).

  • El reactor d'aigua en ebullició, igual que l'anterior, és àmpliament utilitzat i la seva tecnologia ha estat desenvolupada, principalment, en Estats Units, Suècia, Alemanya i Japó.

    En aquest reactor l'aigua s'utilitza com a moderador i com refrigerant. El combustible és urani enriquit en forma d'òxid, també de natura ceràmica. En aquest tipus de reactors l'ebullició de l'aigua lleugera té lloc en el interior del nucli del reactor, en el que la pressió és inferior a la del sistema anterior. El vapor produït es separa del cabal de l'aigua refrigerant per mitjà d'uns separadors i uns secadors i a continuació flueix a la turbina.

    A Espanya pertany a aquest tipus les centrals de Santa Maria de Garonya i Cofrents.

  • Reactor de grafit-gas (GCR - Gas Cooled Reactor).

  • Aquests reactor, que el combustible és urani natural en forma de metall, introduïts en tubs d'una aleació de magnesi, utilitzen grafit com moderador y es refrigeren per anhídrid carbònic.

    Aquest tipus de reactors, desenvolupats principalment en França i Regne Unit, genera el vapor mitjançant un circuit canviar de calor, exterior o interior al recipient que conté el nucli.

    A aquest tipus pertanyia la central Espanyola de Vandellòs I, actualment en fase de desmantellament.

  • Reactor avançat de gas (AGR - Advanced Gas Reactor).

  • Ha estat desenvolupada en el Regne Unit com successor del de grafit-gas. Les principals diferències introduïdes són que el combustible, en forma d'òxid d'urani enriquit, està introduït en tubs d'acer inoxidable i que el recipient, de formigó presentat, conté en el seu interior els canviades de calor.

  • Reactor refrigerat per gas a alta temperatura (HTGR - High Temperatur Gas Reactor).

  • Aquest reactor representa una següent etapa en la sèrie de reactors refrigerats per gas. Existeixen prototips i desenvolupaments en Alemanya, Regne Unit i Estats Units, no existint centrals nuclears que els utilitzin.

    Canvia del anterior en tres aspectes principals: utilització de l'heli amb refrigerant, en lloc de anhídrid carbònic, combustible ceràmic, en comptes de metàl·lic, i temperatures del gas molt més elevades.

  • Reactor de grafit i aigua lleugera (LWGR - Light Graphite Reactor).

  • Aquests reactors utilitzen urani lleugerament enriquit (2%) com combustible, grafit com moderador i aigua lleugera com refrigerant, que es transforma en vapor en el propi reactor. Aquest tipus de reactor també es coneix per les sigles RBMK, i pertany a la sèrie de les centrals tipus Chernòbil. És un disseny únic d'origen soviètic, de gran tamany i amb característiques essencialment distintes a les dels reactors occidentals.

  • Reactor d'aigua pesada (HWR - Heavy Water Reactor).

  • Aquest tipus de reactor ha estat desenvolupat principalment en Canadà (reactors CANDU) i la Índia.

    Utilitza com combustible urani natural o enriquit, en forma d'òxid, introduït en tubs de circoni aliat. La seva principal característica és l'ús d'aigua pesada com moderador i refrigerant.

    En el seu disseny més comú, els tubs de combustible estan introduïts en un recipient (calàndria) que conté el moderador, aigua pesada. El refrigerant, també aigua pesada, es manté a pressió per que no entri en ebullició, produint-se el vapor en uns canviades de calor per els que circula l'aigua lleugera.

  • Reactor reproductor ràpid (FBR - Fast Breeder Reactor).

  • La principal característica dels reactors ràpids és que no s'utilitzen moderador i que, per tant, la majoria de les fissions es produeixen per neutrons ràpids. El nucli del reactor consta d'una zona fissionable, envoltada d'una zona fèrtil en al que el U-238 o urani natural es transforma en plutoni. El refrigerant pot ser sodi líquid i el vapor es produeix en intercanviades de calor. El seu nom de “reproductor” fa referència a que en la zona fèrtil es produeix major quantitat de material fissionable que la que consumeix el reactor en el seu funcionament.

    Existeixen centrals amb aquest tipus de reactor en França (Phenix), Japó (Monju) i Rússia, entre d'altres països.

    De tots els tipus de reactors existents, els reactors d'aigua lleugera, en les seves dos versions d'aigua a pressió (PWR) i en ebullició (BWR), representa el 90% dels reactors de potencia que existeix en el món, i constitueixen el tipus de centrals nuclears que operen actualment en Espanya.

    ORIGEN DELS RESIDUS RADIACTIUS.

    ORIGEN

    %

    RESIDUS DE L'APLICACIÓ D'ISÒTOPS A LA MEDICINA, INVESTIGACIÓ E INDÚSTRIA

    7.1

    RESIDUS DE LA PRIMERA PART DEL CICLE DEL COMBUSTIBLE

    0.6

    RESIDUS D'OPERACIONS DE LAS CC.NN

    23.8

    COMBUSTIBLES GASTATS*

    4

    RESIDUS DE REELABORACIÓ*

    0.9

    RESIDUS DE DESMANTELLAMENT D'INSTALACIONS NUCLEARS I RADIACTIVES*

    63.6

    *Generen residus d'alta activitat.

    1. RESIDUS DE L'APLICACIÓ D'ISÒTOPS RADIACTIUS.

    · Medicina.

  • Sòlids heterogenis procedents de tècniques de radioinmunoanàlisis. 50-60 m3/any

  • Líquid de centelles. 10 m3/any.

  • Els líquids de centelles estan formats per dissolvents orgànics (benzè, tolué, etc). La seva contaminació és baixa però els seus components no radioactius són tòxics, volàtils e inflamables. Així, es gestionen com a residus radioactius.

  • Fonts encapsulades.

  • La seva activitat no és massa gran, però el seu període de semidesintegració és molt llarg (1.600 anys).

    · Indústria.

  • Fonts encapsulades (de baixa activitat) per a mesures de nivell, humitat, densitat o espessor en processos continus o de difícil accés.

  • Igual que les fonts encapsulades utilitzades en medicina, quan decau el seu nivell d'activitat són retirades considerant-se com residus a gestionar. Els isòtops més utilitzats són Co-60, Cs-137 i Fr-192 (radiografies industrials, mesuradors de nivell, irradiació industrial). Amb menor activitat es troben fonts de Kr-85, Sr-90 i NI-63 (mesures d'espessors de xapes, làmines, plàstics i paper). Són menys freqüents les fonts de vida llarga (Am-241, Ra-226).

  • Realització d'assatjos no destructius en les construccions metàl·liques (gammagrafies).

  • · Investigació.

  • Marcadors de molècules en processos físics, químics o biològics.

  • Els principals isòtops utilitzats són H-3, C-14 i I-125 (veure aplicacions de la química nuclear i dels isòtops).

  • RESIDUS DEL CICLE DEL COMBUSTIBLE NUCLEAR

  • Esquema del cicle del combustible.

    S'anomena Cicle del Combustible Nuclear al conjunt d'etapes a complimentar en la producció d'energia elèctrica a partir del combustible existent a la natura.

  • Residus de la primera part del cicle del combustible.

  • Mineria.

    Els residus sòlids estan constituïts per parts de la roca extreta amb tant baix contingut en urani que no és econòmic el seu aprofitament. Per evitar riscos biològics, aquests estèrils s'apilen en àrees de la pròpia mina de forma que la seva lixivació i l'erosió per els agents atmosfèrics sigui mínima.

    · Fabricació de concentrats.

    Amb l'objectiu que les quantitats d'urani a manipular siguin les menors possible, es sotmeten a un tractament físico-químic que aconsegueix augmentar el contingut d'urani en mineral fins a un 70%, obtenint els que es coneixen com a concentrats d'urani o “pastís groc” degut al seu color. Els estèrils de la planta de concentrats s'apilen en dics en els voltants de la fàbrica. El Th-230 és el radionucleid amb la vida més llarga de valor significatiu en els estèrils. El Rn-222 és un gas radioactiu i químicament inert i en conseqüència, s'escapa de les partícules dels estèrils en les que s'ha produït, essent portat fins a l'atmosfera. El radó produeix uns productes de desintegració de vida curta que pot ser perillós si s'inhala.

    · Fabricació de combustible.

    El concentrat d'urani deu ser purificat i transformat en UF6 necessari per a la separació isotòpica i enriquiment en U-235. Posteriorment, es realitza la conversió química del hexafluorur d'urani enriquit a pols d'òxid d'urani UO2 i es fabriquen les pastilles de combustible, per finalitzar amb la fabricació i ensamblatge de les barres de combustible. En totes aquestes activitats es generen petites quantitats de residus, essent en tots els casos residus de baixa activitat que contenen només urani i/o els seus productes de desintegració.

  • Residus d'operacions de las CC.NN.

  • ESTATS FÍSICS:

    · Líquids

    · Gasosos

    · Sòlids

    CAMINS DE SORTIDA DEL REFRIGERANT/FONTS:

    · Sistemes de purificació (resines).

    Aquests sistemes són els encarregats de la neteja de l'aigua de refrigeració del reactor i el condensat del vapor d'acondicionament de les tuberies. S'utilitzen en sistemes de resines d'intercanvi iònic que acumulen les impureses activades.

    · Fugues de vapor.

    Aquestes fugues es produeixen a traves de les juntes i prensaestopes de bombes i vàlvules. L'alta pressió del vapor de l'acondicionament de les turbines no permet l'estancaneitat absoluta.

    · Ejectors d'aire.

    Encarregats de mantenir el buit del condensador. Succionen contínuament vapor e incondensables del condensador principal. Mantenen un depressió de l'ordre de 10 a 15 vegades menys que la pressió atmosfèrica.

    · Segells de vàlvules.

    · Estacions de Mostreig.

    Permeten conèixer els paràmetres físico-químics dels fluids dels diferents sistemes, s'utilitzen de forma contínua essent, al mateix temps, font de contaminació i per tant de residus.

    · Residus de bugaderia.

    Les peces de vestir i material de neteja diversos són rentats dintre de la central generant residus retinguts als drenatges de la bugaderia.

    · Residus dels sistemes de descontaminació.

    Generats en l'eliminació de les partícules de pols superficials de components i eines. Les partícules desconcentrades són concentrades a la seva vegada en els sistemes de descontaminació generant residus radioactius.

    · Drenatge d'equips.

    Procedents dels sistemes de purga i recollida de fugues dels equips.

  • COMBUSTIBLE GASTAT.

  • Reacció de fissió en el combustible de reactors nuclears d'aigua lleugera.

  • U235 + n -------! PF1 + PF2 + 200 MeV + (2-3) n

  • Disposició física.

  • · Barra de combustible

    PWR

    BWR

    Dimensions

    365.7x 0.82 cm

    381x 1 cm

    Composició

    Òxid d'urani

    Òxid d'urani

    Enriquiment en U-235

    4.15 % en U-235

    3,52 % promig en U-235

    Beines

    Zirlo (Circoni de Niobi)

    Zircacloy 2 (Circoni)

    · Element combustible

    Nº barres/element

    264 (17x17)

    92 (GE12)

    · Nucli del reactor.

    Nº elements/nucli

    (1000 Mwe)

    157

    624

  • Productes de fissió

  • · 90 precursors o productes directes de fissió.

    Els 90 precursors encapçalen cadenes radioactives de desintegració donant lloc a un total d'uns 320 nucleids dels que 200 són radioactius.

  • RESIDUS DE REELABORACIÓ.

  • · Recuperar els materials fisionables (urani i plutoni) del combustible gastat.

    El combustible irradiat procedent dels reactors nuclears està format fonamentalment per urani (amb un percentatge del 96%, aproximadament, en el combustible LWR) i el plutoni (amb un percentatge al voltant de l'1%), essent aquests dos elements reutilitzables. En l'operació de la reelaboració es generen diversos materials de desfet que difereixen en la forma física, nivell i natural del seu contingut radioactiu.

    · Els residus generats en aquesta activitat es classifiquen:

    · Residus sòlids d'alta activitat constituïts per els components estructurals dels elements de combustible.

    Contenen principalment productes d'activació i un petita quantitat de productes de fissió i transurànids. Desprès d'un emmagatzematge temporal per a un decaïment, es compacten e immobilitzen les matrius sòlides.

    · Residus radioactius líquida de radioactivitat alta.

    Són els refinats dels cicle d'extracció d'urani i plutoni i estan formats principalment per els productes de fissió presents en la dissolució d'òxid d'urani irradiat. Desprès d'un període de decaïment són sotmesos a processos de solidificació o inclusió en matrius sòlides; per això calcinat i posteriorment vitrificats, utilitzant en l'actualitat vidres de bor i silicat.

    · Residus sòlids d'activitat baixa i intermitja.

    Estan constituïts per concentrats d'evaporació, resines d'intercanvi iònic, filtres per a gasos, filtres de ventilació gastats, equips contaminats, etç., que s'immobilitzen en matrius sòlides.

    · Residus gasosos.

    Tenen el seu origen en les operacions d'esmicolament i dissolució del combustible irradiat i estan formats per aire, òxids de nitrogen, vapor d'aigua, productes de fissió radioactius (Kr-85, I-129), gasos nobles no radioactius, triti i aerosols radioactius (emissors alfa, beta i gamma). En la pràctica aquesta corrent gasosa, una vegada refredada en un condensador, rentada en columna de d'omplenatge i filtrada amb filtres absoluts, es descàrrega junt amb altres corrents gasoses del procés per la xemeneia de l'instal.lació.

  • RESIDUS DE CLAUSURA D'INSTALACIONS NUCLEARS I RADIACTIVAS.

  • · Conjunt d'activitats desenvolupades al final de la vida operativa de l'instal.lació amb el objectiu de deixar l'emplaçament en un estat segur i de possible utilització per a altres fins.

    · Principals materials contaminats i/o activats:

    - Formigó estructural i per omplir.

    - Ferralla de ferro acer.

    - Canonades.

    - Equips i components.

    - Estructures

    - Ferralles d'alumini i aleacions diverses.

    · S'estima la generació de 137.000 m3 de residus de desmantellament de las CC.NN. espanyoles i 500 m3 del desmantellament de la planta encapsulada i fabricació d'elements combustible.

    # La clausura d'una instal·lació nuclear s'aborda per etapes anomenades nivells de clausura:

    · Nivell 1. Manteniment de l'instal.lació en situació parada segura, incloent la retirada de combustible gastat, els residus d'operació i aquells edificis auxiliars que no es necessitin.

    · Nivell 2. Desmantellament de les parts actives de l'instal.lació, excloit el reactor en el cas de les CC.NN.

    · Nivell 3. Suposa el desmantellament total deixant l'emplaçament en condicions perquè pugui ser utilitzat sense cap tipus de restricció.

    ORIGEN DELS RESIDUS RADIACTIUS.

    ORIGEN

    %

    RESIDUS DE L'APLICACIÓ D'ISÒTOPS A LA MEDICINA, INVESTIGACIÓ E INDÚSTRIA

    7.1

    RESIDUS DE LA PRIMERA PART DEL CICLE DEL COMBUSTIBLE

    0.6

    RESIDUS D'OPERACIONS DE LAS CC.NN

    23.8

    COMBUSTIBLES GASTATS*

    4

    RESIDUS DE REELABORACIÓ*

    0.9

    RESIDUS DE DESMANTELLAMENT D'INSTALACIONS NUCLEARS I RADIACTIVES*

    63.6

    *Generen residus d'alta activitat.

  • RESIDUS DE L'APLICACIÓ D'ISÒTOPS RADIACTIUS.

  • · Medicina.

    • Sòlids heterogenis procedents de tècniques de radioinmunoanàlisis. 50-60 m3/any (veure aplicacions de la química nuclear i dels isòtops).

    • Líquid de centelles. 10 m3/any.

    Els líquids de centelles estan formats per dissolvents orgànics (benzè, tolué, etç). La seva contaminació és baixa però els seus components no radioactius són tòxics, volàtils e inflamables. Així, es gestionen com a residus radioactius.

    • Fonts encapsulades.

    La seva activitat no és massa gran, però el seu període de semidesintegració és molt llarg (1.600 anys).

    · Indústria.

    • Fonts encapsulades (de baixa activitat) per a mesures de nivell, humitat, densitat o espessor en processos continus o de difícil accés.

    Igual que les fonts encapsulades utilitzades en medicina, quan decau el seu nivell d'activitat són retirades considerant-se com residus a gestionar. Els isòtops més utilitzats són Co-60, Cs-137 i Fr-192 (radiografies industrials, mesuradors de nivell, irradiació industrial). Amb menor activitat es troben fonts de Kr-85, Sr-90 i NI-63 (mesures d'espessors de xapes, làmines, plàstics i paper). Són menys freqüents les fonts de vida llarga (Am-241, Ra-226).

    • Realització d'assatjos no destructius en les construccions metàl·liques (gammagrafies).

    · Investigació.

    • Marcadors de molècules en processos físics, químics o biològics.

    Els principals isòtops utilitzats són H-3, C-14 i I-125 (veure aplicacions de la química nuclear i dels isòtops).

  • RESIDUS DEL CICLE DEL COMBUSTIBLE NUCLEAR

  • Esquema del cicle del combustible.

    S'anomena Cicle del Combustible Nuclear al conjunt d'etapes a complimentar en la producció d'energia elèctrica a partir del combustible existent en la natura.

  • Residus de la primera part del cicle del combustible.

  • Mineria.

    Els residus sòlids estan constituïts per parts de la roca extreta amb tant baix contingut en urani que no és econòmic el seu aprofitament. Per evitar riscos biològics, aquests estèrils s'apilen en àrees de la pròpia mina de forma que la seva lixivació i l'erosió per els agents atmosfèrics sigui mínima.

    · Fabricació de concentrats.

    Amb l'objectiu que les quantitats d'urani a manipular siguin les menors possible, es sotmeten a un tractament físico-químic que aconsegueix augmentar el contingut d'urani en mineral fins a un 70%, obtenint els que es coneixen com a concentrats d'urani o “pastís groc” degut al seu color. Els estèrils de la planta de concentrats s'apilen en dics en els voltants de la fàbrica. El Th-230 és el radionucleid amb la vida més llarga de valor significatiu en els estèrils. El Rn-222 és un gas radioactiu i químicament inert i en conseqüència, s'escapa de les partícules dels estèrils en les que s'ha produït, essent portat fins a l'atmosfera. El radó produeix uns productes de desintegració de vida curta que pot ser perillós si s'inhala.

    · Fabricació de combustible.

    El concentrat d'urani deu ser purificat i transformat en UF6 necessari per a la separació isotòpica i enriquiment en U-235. Posteriorment, es realitza la conversió química del hexafluorur d'urani enriquit a pols d'òxid d'urani UO2 i es fabriquen les pastilles de combustible, per finalitzar amb la fabricació i ensamblatge de les barres de combustible. En totes aquestes activitats es generen petites quantitats de residus, essent en tots els casos residus de baixa activitat que contenen només urani i/o els seus productes de desintegració.

  • Residus d'operacions de las CC.NN.

  • ESTATS FÍSICS:

    · Líquids

    · Gasosos

    · Sòlids

    CAMINS DE SORTIDA DEL REFRIGERANT/FONTS:

    · Sistemes de purificació (resines).

    Aquests sistemes són els encarregats de la neteja de l'aigua de refrigeració del reactor i el condensat del vapor d'acondicionament de les tuberies. S'utilitzen en sistemes de resines d'intercanvi iònic que acumulen les impureses activades.

    · Fugues de vapor.

    Aquestes fugues es produeixen a traves de les juntes i prensaestopes de bombes i vàlvules. L'alta pressió del vapor de l'acondicionament de les turbines no permet l'estancaneitat absoluta.

    · Ejectors d'aire.

    Encarregats de mantenir el buit del condensador. Succionen contínuament vapor e incondensables del condensador principal. Mantenen un depressió de l'ordre de 10 a 15 vegades menys que la pressió atmosfèrica.

    · Segells de vàlvules.

    · Estacions de Mostreig.

    Permeten conèixer els paràmetres físico-químics dels fluids dels diferents sistemes, s'utilitzen de forma contínua essent, al mateix temps, font de contaminació i per tant de residus.

    · Residus de bugaderia.

    Les peces de vestir i material de neteja diversos són rentats dintre de la central generant residus retinguts als drenatges de la bugaderia.

    · Residus dels sistemes de descontaminació.

    Generats en l'eliminació de les partícules de pols superficials de components i eines. Les partícules desconcentrades són concentrades a la seva vegada en els sistemes de descontaminació generant residus radioactius.

    · Drenatge d'equips.

    Procedents dels sistemes de purga i recollida de fugues dels equips.

  • COMBUSTIBLE GASTAT.

  • Reacció de fissió en el combustible de reactors nuclears d'aigua lleugera.

  • U235 + n -------! PF1 + PF2 + 200 MeV + (2-3) n

  • Disposició física.

  • · Barra de combustible

    PWR

    BWR

    Dimensions

    365.7x 0.82 cm

    381x 1 cm

    Composició

    Òxid d'urani

    Òxid d'urani

    Enriquiment en U-235

    4.15 % en U-235

    3,52 % promig en U-235

    Beines

    Zirlo (Circoni de Niobi)

    Zircacloy 2 (Circoni)

    · Element combustible

    Nº barres/element

    264 (17x17)

    92 (GE12)

    · Nucli del reactor.

    Nº elements/nucli

    (1000 Mwe)

    157

    624

  • Productes de fissió

  • · 90 precursors o productes directes de fissió.

    Els 90 precursors encapçalen cadenes radioactives de desintegració donant lloc a un total d'uns 320 nucleids dels que 200 són radioactius.

  • RESIDUS DE REELABORACIÓ.

  • · Recuperar els materials fisionables (urani i plutoni) del combustible gastat.

    El combustible irradiat procedent dels reactors nuclears està format fonamentalment per urani (amb un percentatge del 96%, aproximadament, en el combustible LWR) i el plutoni (amb un percentatge al voltant de l'1%), essent aquests dos elements reutilitzables. En l'operació de la reelaboració es generen diversos materials de desfet que difereixen en la forma física, nivell i natural del seu contingut radioactiu.

    · Els residus generats en aquesta activitat es classifiquen:

    · Residus sòlids d'alta activitat constituïts per els components estructurals dels elements de combustible.

    Contenen principalment productes d'activació i un petita quantitat de productes de fissió i transurànids. Desprès d'un emmagatzematge temporal per a un decaïment, es compacten e immobilitzen les matrius sòlides.

    · Residus radioactius líquida de radioactivitat alta.

    Són els refinats dels cicle d'extracció d'urani i plutoni i estan formats principalment per els productes de fissió presents en la dissolució d'òxid d'urani irradiat. Desprès d'un període de decaïment són sotmesos a processos de solidificació o inclusió en matrius sòlides; per això calcinat i posteriorment vitrificats, utilitzant en l'actualitat vidres de bor i silicat.

    · Residus sòlids d'activitat baixa i intermitja.

    Estan constituïts per concentrats d'evaporació, resines d'intercanvi iònic, filtres per a gasos, filtres de ventilació gastats, equips contaminats, etç., que s'immobilitzen en matrius sòlides.

    · Residus gasosos.

    Tenen el seu origen en les operacions d'esmicolament i dissolució del combustible irradiat i estan formats per aire, òxids de nitrogen, vapor d'aigua, productes de fissió radioactius (Kr-85, I-129), gasos nobles no radioactius, triti i aerosols radioactius (emissors alfa, beta i gamma). En la pràctica aquesta corrent gasosa, una vegada refredada en un condensador, rentada en columna de d'omplenatge i filtrada amb filtres absoluts, es descàrrega junt amb altres corrents gasoses del procés per la xemeneia de l'instal.lació.

  • RESIDUS DE CLAUSURA D'INSTALACIONS NUCLEARS I RADIACTIVAS.

  • · Conjunt d'activitats desenvolupades al final de la vida operativa de l'instal.lació amb el objectiu de deixar l'emplaçament en un estat segur i de possible utilització per a altres fins.

    · Principals materials contaminats i/o activats:

    - Formigó estructural i per omplir.

    - Ferralla de ferro acer.

    - Canonades.

    - Equips i components.

    - Estructures

    - Ferralles d'alumini i aleacions diverses.

    · S'estima la generació de 137.000 m3 de residus de desmantellament de las CC.NN. espanyoles i 500 m3 del desmantellament de la planta encapsulada i fabricació d'elements combustible.

    # La clausura d'una instal·lació nuclear s'aborda per etapes anomenades nivells de clausura:

    · Nivell 1. Manteniment de l'instal.lació en situació parada segura, incloent la retirada de combustible gastat, els residus d'operació i aquells edificis auxiliars que no es necessitin.

    · Nivell 2. Desmantellament de les parts actives de l'instal.lació, excloit el reactor en el cas de les CC.NN.

    · Nivell 3. Suposa el desmantellament total deixant l'emplaçament en condicions perquè pugui ser utilitzat sense cap tipus de restricció.

  • FUSIÓ

  • Reacció que es produeix quan dos nuclis atòmics lleugers s'uneixen o fusionen per donar lloc a un nucli de major nombre màssic. La substància més apropiada per fusionar-se es l'hidrogen o algun dels seus isòtops i donen lloc a un àtom d'heli, en una reacció similar a la que es produeix en el sol. Normalment els àtoms que es fusionen són un nucli de deuteri i un altre de triti, perquè es produeixi la reacció és necessari mantenir la matèria en forma de plasma, milions de graus durant un temps. Fins avui no s'ha demostrat la seva variabilitat degut a l'impossibilitat de contar amb un reactor que suporta el confinament de la matèria a aquesta temperatura.

    Des de fa anys s'està investigant per aconseguir el control de l'energia de fusió nuclear també dita termonuclear. Una vegada aconseguit aquest control es disposaria d'una font inesgotable d'energia, ja que el combustible bàsic, el deuteri, es pot extreure en grans quantitats dels oceans i a un preu molt econòmic. A més existeix l'avantatge de que en el procés de fusió no es produeixen residus radioactius en quantitats apreciables. Avui es coneixen moltes reaccions nuclear que desprenen una gran quantitat d'energia i que resulten de la combinació de varis nuclis. No obstant, només són d'interès pràctic les que verifiquen els nuclis lleugers, ja que al ser menor la repulsió electrostàtica, la facilitat amb que es produeix la reacció és major.

    Les reaccions més interessants són:

  • deuteri + deuteri ! He3 + neutró + 3.25 MeV.

  • deuteri + deuteri ! triti + protó + 4 MeV.

  • deuteri + triti ! He4 + neutró + 17.6 MeV

  • deuteri + He3 ! He4 + protó + 18.3 MeV

  • La producció d'una sèrie contínua de reaccions de fusió, és anàloga al procés de combustió. En la combustió ordinària es produeixen reaccions químiques, per exemple l'hidrogen i l'oxigen donant aigua, que desprenen energia. Per produir-se la reacció, les molècules han de xocar violentament, és a dir, el material ha de ser escalfat. Es necessiten tres condicions per cremar un combustible químic i aprofitar l'energia produïda:

    1. El combustible ha de ser escalfat fins al seu punt d'ignició.

    2. Ha d'haver-hi suficient quantitat com per a sostenir una reacció contínua.

    3. L'energia ha de poder ser extreta d'una forma controlable.

    Aquestes tres opcions són també les que es necessiten per a produir reaccions de fusió i aprofitar la seva energia. Però la gran diferència és que per a la fusió , el punt d'ignició es troba cents de milions de graus. Pel que fa al punt tercer, la bomba d'hidrogen és un procés termonuclear però no controlat. El problema de produir una reacció de fusió controlada es bastant diferent. El combustible més adient per produir energia termonuclear és el deuteri (2H), l'isòtop de l'hidrogen amb massa dos i el triti (3H), l'isòtop de massa tres.

    La majoria de l'energia que es produeix en la reacció apareix com energia cinètica dels neutrons, aquesta energia pot ser recollida moderant-los amb alguna substància que es trobi fora de la zona de reacció, el calor generat d'aquesta forma es pot utilitzar en una turbina de vapor per a produir energia elèctrica de manera ordinària. Com el triti no existeix en la natura, es preferible utilitzar una reacció deuteri-deuteri. No obstant es podria obtenir triti a partir d'un reactor de fusió mitjançant la reacció d'algun dels neutrons amb el Li.

    Les reserves de liti són el suficientment grans com per constituir un problema. El problema immediat està en com produir grans quantitats de reaccions controlades de deuteri-triti. Els nuclis que han d'interaccionar està carregats positivament, per tant, per produir-se la reacció han de tenir una energia suficient com per a vèncer la repulsió electrostàtica, aquesta energia és de l'ordre de 20 KeV, que es correspon amb uns 200 milions de graus. A aquestes temperatures, tots els àtoms d'hidrogen està ionitzats, resultant un gas format per nuclis carregats positivament, i electrons, essent la massa en conjunt elèctricament neutra. La matèria es troba en forma de plasma.

    El problema està en confinar el plasma, a una temperatura tan elevada, durant un temps suficient com per que es produeixi un nombre apreciable de reaccions de fusió. Per aconseguir una extracció d'energia controlada, i no una explosió, és necessari manipular plasmes de molt baixa densitat confinats durant un temps relativament gran. Una solució a aquest problema del confinament del plasma és tancar-lo en una “ampolla magnètica”. Aquest dispositiu consisteix en confinar el plasma dintre d'una càmera on s'ha fet el buit, s'aplica un fort camp magnètic que el confina i el manté allunyat de les parets de la càmera. El camp magnètic actua mitjançant la força que exerceix sobre els ions i electrons del plasma. S'estableix un equilibri en el qual, la pressió que exerceixen les partícules per a sortir siguin contrarestades exactament per les forces magnètiques. El confinament del plasma necessita camps amb una intensitat molt alta, de l'ordre d'un milió de vegades la del camp magnètic terrestre i d'altra banda, els camps ha de crear-se en poques milionèsimes de segon. Per generar aquests camps, són necessaris carrets per els que circulen molts milers d'ampers. Si es necessita un camp continu, el consum energia pels carrets és enorme, per això es treballa amb un cert tipus de superconductor, compost per aleacions que a més de perdre tota la seva resistència elèctrica a temperatures pròximes a l'heli líquid, manté el seu estat superconductor en un fort camp magnètic.

    FUSIÓ FREDA

    Fenomen de fusió en el qual dos nuclis atòmics lleugers es fusionen en un nucli més pesat amb un considerable despreniment d'energia, principalment neutrons accelerats i radiació. La principal diferencia amb la fusió termonuclear convencional és que aquesta reacció es porta a terme a temperatura ambient. Teòricament, per que la reacció de fusió es realitzi és necessari que els nuclis, compostos de neutrons i protons, tinguin l'energia suficient per vèncer la seva mútua repulsió electrostàtica, representada com una barrera de potencial elèctric que s'ha de travessar. En la fusió termonuclear això s'aconsegueix augmentant la temperatura milions de graus o bé accelerant ambdós nuclis i fent-los col.lisionar.

    El fet de que, s'aconseguís realitzar aquest procés, podria constituir una revolució energètica mundial, juntament amb la senzillesa del muntatge experimental, ha fet que aquesta àrea d'investigació segueixi activa.

    MÈTODES D'OBTENCIÓ D'ENERGIA NUCLEAR

    Els mètodes d'obtenció d'energia nuclear són dos:

    A) FISSIÓ.

    Fenomen físic que consisteix en la ruptura d'un nucli atòmic en dos nous nuclis. Fou descobert en 1938 pels científics alemanys Hatn i Strassman, desprès dels treballs de Joliot i Curie.

    Els nuclis capaços de patir una fissió, generalment són aquells que pertanyen a àtoms amb un elevat nombre de nucleons (protons i neutrons) com l'urani, el tori o el plutoni, s'anomenen fissibles, i els nuclis que s'obtenen d'aquesta ruptura s'anomenen productes de fissió.

    Aquest mètode s'utilitza per obtenir energia elèctrica en les anomenades centrals nuclears o per alliberar immenses quantitats de calor i de radiacions, com en el cas de les bombes nuclears.

    Els científics només han aconseguit dividir els àtoms d'unes substàncies determinades. L'urani, un mineral radioactiu per naturalesa, és el combustible més utilitzat en els reactors nuclears, ja que en el seu estat natural els àtoms que el formen són molt inestables i tendeixen a dividir-se lentament.

    Aquest fenomen natural genera petites quantitats d'energia i radiació. Però en els reactors els àtoms es divideixen molt ràpidament, i, per tant alliberen molta més energia.

    En el procés de fissió nuclear en el reactor, els àtoms són bombardejats amb neutrons. Quan un àtom rep l'impacte d'un neutró, es torna molt inestable. L'àtom es divideix i allibera energia i neutrons que aniran a bombardejar a altres àtoms.

    El procés de fissió es realitza en el nucli del reactor nuclear. S'ha de conduir amb molta atenció, ja que si les reaccions es descontrolessin els àtoms d'urani es dividirien els uns darrera els altres tan ràpidament que la gran quantitat d'energia alliberada provocaria una explosió, degut a que és una reacció en cadena.

    235 141 94

    U + n ! Cs + Rb + n + E

    COMPONENTS D'UN REACTOR NUCLEAR

    Un reactor nuclear està format per diferents parts, cadascuna de la quals juga un paper important en la generació de calor.

    1. Combustible.

    El combustible d'un reactor nuclear és el material fissionable en quantitat fins que adquireixi la massa crítica, i disposat de tal manera que sigui possible extreure ràpidament el calor que es produeix en el seu interior degut a la reacció de fissió en cadena.

  • Moderador.

  • Els neutrons produïts en la fissió tenen una energia en forma de velocitat, relativament alta. Per que es produeixin noves col·lisions amb aquests “nous” neutrons, convé disminuir la seva velocitat, y així augmenta la probabilitat de que siguin “capturats” per un altre àtom fissionable i no es trenqui la reacció en cadena.

    El paper del moderador és, per tant, disminuir l'energia cinètica del neutró, mitjançant el xocs elàstics amb un àtom d'un material adequat.

    Entre els moderadors més utilitzats es poden citar, entre altres, l'aigua natural, també anomenada lleugera, l'aigua pesada i el carboni (grafit).

  • Refrigerant.

  • El calor produït en la reacció de fissió s'ha d'extreure'ls ràpidament del nucli del reactor, format per els elements combustibles, per mitjà del refrigerant.

    Els refrigerants més usuals són fluids, que poden ser gasos o líquids.

    Per que un fluid sigui un bon refrigerant deuen tenir certes característiques, com:

    - no ser corrosiu per les veïnes dels elements combustibles ni per a altres parts del reactor amb les que estigui en contacte.

    - tenir gran capacitat calorífica.

    - tenir un secció de captura neutrónica relativament baixa, així com les impureses que l'acompanyen.

    Els materials més utilitzats com a refrigerants són l'aigua lleugera, l'aigua pesada i l'anhídrid carboni.

    4. Reflector.

    En un reacció nuclear en cadena que té lloc en un reactor nuclear, un cert número de neutrons tendeixen a fugir de la regió on aquella es produeix, amb la següent perduda dels mateixos. Aquesta fuga neutrónica pot reduir-se, amb el que obtindrem un reactor nuclear més eficient.

    En la pràctica, el mitja utilitzat per canviar la direcció de molts neutrons que normalment escaparien del reactor i no tornarien a reaccionar, és el que es coneix com a reflector. Aquest és un material de baixa secció eficaç de captura que envolta al nucli del reactor.

    L'elecció del material reflector depèn de la classe de reactor. Si el reactor és un reactor tèrmic, el reflector pot ser d'un material moderador, però si és un reactor ràpid llavors el reflector ha de ser un element de massa atòmic gran (no moderador) per que els neutrons es reflectin en el nucli amb la seva energia cinètica original.

  • Blindatge.

  • Quan un reactor nuclear està en operació, surt un gran quantitat de radiació en totes les direccions. En un reactor nuclear es produeixen totes les formes de radiació atòmica. Els rajos  i  emessos tenen relativament poc poder de penetració i no són causa de grans problemes. Però els rajos  i els neutrons tenen un gran poder de penetració, i per això es possible treballar en les proximitats del reactor sense tenir protecció adequada per evitar el risc a les radiacions. Per això és necessari col·locar un blindatge biològic als voltants del reactor per interceptar les radiacions  i neuròtiques.

    Els materials més utilitzats per construir un blindatge es un reactor són formigó, l'aigua i el plom.

    GESTIÓ DELS RESIDUS RADIOACTIUS.

    1. Condicionament del residus líquids d'operació de les CC.NN.

    Efluents líquids

    Tractament

    · Líquids baixa conductivitat

    · Desmineralitzadors

    · Líquids alta conductivitat

    · Filtració

    · Centrifugació

    · Evaporació.

    · Reciclatge

    · Desgasificador

    · Osmosis inversa

    * Els líquids concentrats es solidifiquen amb ciment en bidons.

    Els residus líquids es classifiquen en residus de baixa conductivitat (nets) i d'alta conductivitat (bruts). Aquest termes no es refereixen no al quantitat de material radioactiu sinó a la quantitat global dels sòlids dissolts, el que afecta als mètodes de concentració i separació que es descriuen a continuació:

    · Desmineralitzadors.

    Tancs d'acer omplerts de resines d'intercanvi iònic que adsorbeixen materials dissolts tant radiactius com no radiactius, arribant a factors de descontaminació de fins a 103.

    · Filtració.

    Pas previ o posterior a un tractament principal de cara millorar la seva eficàcia. El material filtrant conté el precipitat donant un filtratge lliure de substàncies sòlides en suspensió.

    · Centrifugació.

    Una centrífuga és un cilindre o campana que gira a gran velocitat al voltant del seu eix, separant els sòlids que queden en les parets mentres que el líquid precipita i passa a un tanc.

    · Evaporació.

    Es porta el líquid a ebullició, extraient el vapor, quedant en el recipient residus sòlids dissolts i en suspensió. S'arriben a concentracions d'activitat entre 10 i 50, amb factor de descontaminació entre 104 i 105.

    · Reciclatge.

    És una combinació de tractament químic, filtració e intercanvi iònic, amb el que s'aconsegueixen factors de descontaminació de 103 a 104 per els principals radioisòtops.

    · Desgasificador.

    S'escalfa la corrent de residus líquids, fent bombolles en el seu centre de vapor que s'extreu i es passa a un condensador de venteig on es condensa el vapor permeten escapar el gas.

    · Osmosis inversa.

    S'utilitza per obtenir aigua purificada o bé generar un residu concentrat de baix contingut aquós.

    2. Condicionament dels residus gasosos d'operació de les CC.NN.

    Efluents gasosos

    Tractament

    · Halògens (Iodes)

    · Adsorbents de carbó actiu

    · Gasos nobles (Kr,Xe)

    · Emmagatzematge de retard

    · Partícules en suspensió

    · Filtració

    · Hidrogen

    · Recombinació

    * Els elements filtrants i d'adsorció s'embidonen.

    · Adsorbents de carbó actiu.

    Són els dispositius més satisfactoris per retenir productes de fissió gasosos de reactors nuclear i operacions radioquímicas. Estan constituïts por “lechos” estretament empaquetats de granul de carbó. L'aplicació més corrent és la retenció de Iode radioactiu tant en forma elemental com orgànica, són també efectius per la remoció de gasos nobles. Es col·loquen juntament amb filtres d'alta eficiència e immediatament desprès dels mateixos.

    · Emmagatzematge de retard.

    Quan existeixen radionucleids de vida curta es convenient retardar l'emissió a l'atmosfera dels efluents gasosos radioactius, de manera que la seva activitat disminueixi conseguint mínimes descàrregues de gasos nobles. Amb retencions de 35-40 dies s'eliminen tots els isòtops del Kr i de Xe, excepte alguna cosa de Xe-133 i el Kr-85 que no s'altera. Els “lechos” de carbó actiu i els filtres HEPA constitueixen zones de retard. També s'utilitzen canonades o tancs per retardar l'emissió.

    · Filtració.

    Els efluents gasosos contenen partícules en suspensió que són massa fines per ser retingudes en els filtres normals, utilitzant-se filtres HEPA (High Efficiency Particulate Air) amb una eficiència del 99.97% per partícules menors de 0.3 micres. Per allargar la seva vida s'instalen prefiltres (filtres normals) i separadors d'humitat. El filtre HEPA és l'element més important en el sistema d'extracció, tenint una gran fiabilitat. Es col·loquen on la concentració de partícules és major. En un LWR es col·loquen abans de l'emissió per la xemeneia.

    · Recombinació.

    Degut a que en un LWR es produeix de forma contínua radiólisis de l'aigua, generant oxigen e hidrogen lliures que poden constituir una mescla explosiva per percentatges d'hidrogen majors del 4%. És necessari instalar un sistema que recombinen l'hidrogen i l'oxigen per formar aigua en certes circumstàncies.

    3. Condicionament dels residus sòlids d'operació de les CC.NN.

    Corrents sòlides

    Tractament

    · Resines

    · Cementació

    · Llots i concentrats

    · Cementació

    · Sòlids prensables

    · Compactació mecànica en bidons.

    · Filtres

    · Emmagatzematge en bidons amb paret de formigó

    · Sòlids no prensables

    · Emmagatzematge en bidons

    * Els residus sòlids s'embidonen i alguns es solidifiquen amb ciment.

    El tractament consisteix en l'immovilització i confinament per facilitar el seu transport e impedeixi la migració o dispersió de radionucleids per processos naturals.

    La immobilització dels residus sòlids es realitza per mescla dels residus amb materials aglomerats, formant-se un bloc compacte en el que es distribueixen més o menys uniformement els materials radiactius. Abans de la mescla són introduïts en recipients (bidons de 220 l) que actuen com lloc de mescla.

    Actualment a Espanya s'empra únicament ciment com conglomerant presentat com avantatges la simplicitat de manipulació, experiència amplia en el seu ús civil, abundància de matèries primeres, alta resistència mecànica i elevada densitat ( que proporciona autoblindatge). La seva principal desavantatge és augmentar el volum del residu a immobilitzar.

    # DIAGRAMA DE FLUX DEL SISTEMA D'EMBIDONATGE.

    4. Emmagatzematge temporal de combustible gastat.

    · Emmagatzematge en piscines.

    Estructures de formigó armat recobertes internament de làmines d'acer inoxidable per evitar fuges. Els elements combustibles es situen, verticalment dintre de les piscines plenes d'aigua en bastidors metàl·lics dissenyats per mantenir el conjunt en condicions subscrítiques.

    Emmagatzematge humit:

    - es una tecnologia segura i ampliamente provada a nivell internacional.

    - la manipulació del combustible és mínima i sempre sota aigua el que permet reduir riscos i dosis radioactives associades.

    - la relació cost-benefici és òptima.

    - la limitació d'aquesta alternativa és la pròpia limitació d'espai físic de les piscines, el que impossibilita una contínua ampliació.

    · Emmagatzematge en contenidors.

    El blindatge i el confinament de l'activitat radica en el materials estructurals de contenidor. Els contenidors omplerts es situen en una plataforma de formigó o bé en una nau i en funció del disseny estructural poden ser només d'emmagatzematge o bé de doble ús emmagatzematge i transport.

    Emmagatzematge sec:

    - permet una ampliació de la capacitat d'emmagatzematge en l'emplaçament de forma segura, flexible i progressiva essent també una tecnologia àmpliament provada a nivell internacional.

    - la manipulació futura del combustible irradiat es minimitza a l'utilitzar un mateix contenidor per emmagatzematge i transport.

    - la fabricació dels contenidors poden ser nacional.

    - aquests contenidors es podrien utilitzar en un futur emmagatzematge temporal, ho que representaria un estalvi important del cost.