El ciclo del combustible

Un reactor de 1.000 MWe consume por año unas 200 toneladas de uranio natural. Ese uranio sale de la mina como concentrado, el yellowcake, con más del 80 % de U₃O₈ en tambores de 200 litros. La conversión lo transforma en hexafluoruro de uranio, UF₆, el único compuesto de uranio que es gas a temperatura moderada y sirve para separar isótopos. En el enriquecimiento, cascadas de centrífugas concentran el U-235 del 0,7 % natural al 3,5 a 5 % que necesitan los reactores de agua liviana, y dejan colas empobrecidas al 0,22 a 0,25 %.

El trabajo de separación se mide en unidades de trabajo separativo, SWU: para el año de combustible de ese reactor de 1.000 MWe hacen falta unas 182.000 SWU al 4,5 % de enriquecimiento, y 198.000 al 5 %. Por eso alcanza con 27,6 toneladas de dióxido de uranio enriquecido, que se prensan en pastillas, se apilan en vainas de circonio y se arman en elementos combustibles. Los reactores de agua pesada se saltan el enriquecimiento y usan el uranio natural directamente.

Dentro del reactor, el combustible se quema. El quemado se mide en gigavatios-día térmicos por tonelada de uranio, GWd/t: la energía extraída de cada tonelada. Los reactores de agua liviana se diseñaron para unos 40 GWd/t y hoy los superan holgadamente: el combustible actual supera los 60 GWd/t y la industria apunta a 70. Más quemado significa menos uranio y menos combustible gastado por kilovatio-hora. Cada 12 a 24 meses se reemplaza entre un cuarto y un tercio del núcleo, de modo que cada elemento pasa de tres a seis años adentro. Al salir todavía contiene un 96 % del uranio original, ahora con menos del 1 % de U-235, un 1 % de plutonio y un 3 % de productos de fisión y actínidos menores, que concentran casi toda la radiactividad.

Ahí el ciclo se bifurca. En el ciclo abierto, el de Estados Unidos, Suecia o Finlandia, el combustible gastado se considera residuo y va a piletas, silos secos y finalmente a un repositorio geológico. En el ciclo cerrado, el de Francia, Rusia y Japón, el reprocesamiento separa el uranio y el plutonio de los productos de fisión por extracción química, el proceso PUREX de La Hague, y los recicla: el plutonio mezclado con uranio empobrecido forma el combustible de óxidos mixtos, MOX, y de unos ocho elementos reprocesados sale uno de MOX. El reprocesamiento extrae un 25 a 30 % más de energía y reduce el volumen de residuos de alta actividad en un 85 %, a unos 750 kg por reactor y año, que vitrificados caben en doce cilindros de vidrio de 1,3 metros de alto.