El tratamiento del combustible nuclear gastado (anteriormente reprocesamiento de combustible gastado ) reúne varios procesos mecánicos y químicos para el tratamiento del combustible nuclear después de su uso en un reactor, destinados a separar elementos potencialmente reutilizables como el uranio y el plutonio , pero también los " actínidos ". Mineros ” , productos de fisión contenidos en combustible nuclear usado . El procesamiento del combustible gastado es una de las etapas del ciclo del combustible nuclear .
Históricamente, las primeras técnicas de procesamiento se desarrollaron para obtener el plutonio necesario para la fabricación de armas nucleares . Desde el final de la XX XX siglo, el tratamiento del combustible gastado es utilizado por la industria nuclear calendario de algunos países para reducir los residuos mediante la reutilización de una parte del combustible gastado mediante la separación del uranio reprocesado (URT), que puede ser re-enriquecido para fabricar nuevo combustible, y plutonio reutilizable en una mezcla de uranio y óxido de plutonio, el MOX utilizable como combustible en determinados reactores de potencia.
Actualmente, durante el tratamiento del combustible gastado, los conjuntos combustibles se cizallan y las piezas obtenidas se disuelven en ácido nítrico . Los componentes metálicos (vainas, estructuras, etc.) se acondicionan como residuos radiactivos de actividad media de larga duración ( residuos LLM), mientras que los productos de fisión y ciertos actínidos se tratan y acondicionan para convertirse en residuos de larga duración y actividad alta (HAVL). desperdicio). En Francia, según el HCTISN , las cantidades de plutonio reciclado son menos del 1% de los residuos de las centrales atómicas, lo que ahorra alrededor del 10% de uranio.
A más largo plazo, el reciclaje podría ser más completo gracias al desarrollo de un sector de reactores de neutrones rápidos . También se están llevando a cabo programas de investigación e irradiaciones experimentales para desarrollar el tratamiento de actínidos menores.
El objetivo del procesamiento del combustible nuclear gastado es reciclar sus componentes principales para completar el ciclo del combustible nuclear . Este tratamiento permite limitar los residuos reutilizando el 96% del combustible gastado: uranio y plutonio.
El uranio extraído del combustible gastado se puede volver a enriquecer. El plutonio se recicla en forma de combustible MOX . Este combustible se utiliza en un tercio de los reactores de la flota nuclear francesa y produce alrededor del 10% de la electricidad del país. En los reactores actuales, el combustible solo se puede reciclar de manera eficiente una vez. Después de esta segunda vida, se almacena en una piscina a la espera de su posterior reciclaje, que se puede llevar a cabo en una nueva generación de reactores: los reactores de neutrones rápidos , conocidos como “ 4ª generación ”.
El proceso químico PUREX (Plutonio y Uranio Refinado por Extracción) que se utiliza actualmente permite separar el plutonio y el uranio de forma independiente a partir de actínidos menores y productos de fisión mediante un método de extracción líquido-líquido .
Actualmente se encuentran en desarrollo otros procesos: procesos acuosos (UREX, TRUEX, DIAMEX, SANEX, UNEX, THOREX, GANEX) así como procesos pirometalúrgicos.
Capacidad mundial de procesamiento de combustible gastado en 2017:
En 2007, se planeó una planta de procesamiento de plutonio militar rusa en los Estados Unidos. El Brasil y Argentina también anunció en 2008 un reprocesamiento de uranio propuesto, en virtud de un acuerdo mutuo. En 2011, el desastre de Fukushima puso fin a estos proyectos.
Orano firmó 9 de enero de 2018, durante la visita oficial de Emmanuel Macron a China, un memorando de entendimiento comercial con CNNC para la construcción de una planta de reprocesamiento de residuos nucleares en el país. La planta, que no estará operativa antes de 2030, debería poder reprocesar 800 toneladas de combustible por año. Las dos partes planean firmar el contrato final antes de finales de 2018. Enjunio 2018, Orano ha firmado un convenio con CNNC para realizar los trabajos preparatorios de la planta de tratamiento y reciclaje de combustibles usados.
El combustible MOX ("mezcla de óxidos") es una mezcla de óxido de uranio (aproximadamente 93%) y óxido de plutonio (aproximadamente 7%) resultante del reprocesamiento; un reactor que opera con 30% de combustible MOX consume tanto plutonio como produce; contribuye así a la estabilización de las existencias de materiales nucleares y permite ahorrar en enriquecimiento. El combustible MOX se ha utilizado durante más de 40 años en reactores de agua ligera: desde 1972 en Alemania, 1984 en Suiza, 1987 en Francia, 1995 en Bélgica y 2009 en Japón. En 2017, una treintena de reactores europeos funcionaban en parte con combustible MOX y se conocían como “MOX”. En Francia, EDF utilizó combustible MOX en 2013 en 22 reactores técnicamente adaptados para recibir este tipo de combustible en los 58 reactores de la flota nuclear francesa, y 2 reactores adicionales recibieron una autorización en 2014 para utilizar MOX. En Japón, el uso de combustible MOX se inició en 2009, cuando se planeó cargar de 16 a 18 reactores con este tipo de combustible; enjulio 2017, 3 de los 5 reactores japoneses que volvieron a funcionar después del accidente de Fukushima Daiichi son MOXed.
El tratamiento del combustible nuclear gastado conduce al aislamiento del plutonio (y uranio) de otros actínidos . El Estados Unidos considera que este proceso - denominado separación PUREX - conlleva un riesgo de proliferación nuclear .
Además de los riesgos de robo o tráfico de material fisionable, o de accidente durante el transporte de los residuos a reprocesar, el tratamiento en sí conlleva los riesgos asociados a la manipulación de materiales radiactivos y tóxicos. Los accidentes son posibles.
La 19 de abril de 2005, 83.000 litros de radiactivo materiales fueron descubiertas en un hormigón armado recinto en la planta de tratamiento Thorp en Sellafield (Reino Unido), que siguió a una rotura de la tubería que no se había detectado por varios meses. 200 kg de plutonio en solución en ácido nítrico habían corrido a lo largo de un tanque y se habían acumulado en una bandeja de goteo , con riesgo de accidente de criticidad . La investigación concluyó que el uranio y el plutonio habían transcurrido aproximadamente 9 meses en el suelo y luego en el sumidero. Se publicó y puso en línea un informe de 28 páginas que concluyó la investigación solicitada por la autoridad de seguridad británica (HSE / ND, que desde entonces se ha convertido en la Oficina de Regulación Nuclear - ONR). La empresa, procesada por incumplimiento de tres autorizaciones relativas respectivamente a " seguridad , mecanismos, dispositivos y circuitos", "instrucciones de funcionamiento" y "fugas y pérdidas de materiales radiactivos o desechos radiactivos" tuvo que pagar 500.000 £ en multas más aproximadamente £ 68.000 en costas legales . Aproximadamente 19 toneladas de uranio y 160 kg de plutonio (de los 200 kg según el IRSN) disueltos en ácido nítrico se recuperaron mediante bombeo en el sumidero del depósito fuera de la planta Thorp ahora cerrada. Según el IRSN , es un "exceso de confianza en el diseño de la planta" y "una cultura de seguridad insuficiente" los que están en el origen de estos fallos. El accidente fue clasificado como “ nivel 3 ” en la escala INES. La planta hermana de La Hague (Francia) ha modificado sus procedimientos para evitar este tipo de accidentes.
En Estados Unidos, la Planta de Reprocesamiento de West Valley fue clausurada en 1980 porque las modificaciones impuestas por las normas vigentes se consideraron entonces económicamente antieconómicas.
Según la salida de la red nuclear , el procesamiento del combustible nuclear gastado genera transportes adicionales de residuos nucleares que liberarían radiactividad y calor, lo que conllevaría riesgos de accidentes nucleares y contaminación radiactiva .
Además, los materiales radiactivos resultantes del reprocesamiento no se reutilizan todos, y tendrían un valor contable cero y un valor de mercado negativo, según Mycle Schneider, consultor internacional y miembro del IPFM.
Finalmente, de acuerdo con las normas de vertido vigentes, la planta de tratamiento (p. Ej. La planta de La Hague ) descarga efluentes de baja y media actividad en pequeñas cantidades al mar o la atmósfera (ver OSPAR ).
A finales de la década de 1980, el proyecto de la planta de reprocesamiento de Wackersdorf se abandonó debido a la fuerte oposición local y nacional al reprocesamiento de uranio.