Eficiencia en la utilización del combustible y tipos de residuos nucleares de reactores reproductores

En teoría, todo el uranio-238 del uranio natural se puede convertir en plutonio-239. Los reactores de agua ligera de CC de uso común actualmente solo pueden utilizar menos del 1% de los recursos de uranio subterráneos, mientras que los reactores reproductores pueden aumentar la tasa de utilización en más de 100 veces. La elevada utilización de combustible de los reactores reproductores reduce en gran medida las preocupaciones sobre el almacenamiento subterráneo de suministros de combustible.

Desde la década de 1990, los residuos nucleares se han convertido en un objeto de preocupación humana. En términos generales, el combustible gastado se compone principalmente de dos partes. Uno es un producto de fisión, que es más ligero que el uranio; el segundo son los elementos transuránicos (elementos más pesados ​​que el uranio), que son producidos por el uranio y otros elementos más pesados ​​que absorben neutrones pero no fisionan. Todos los elementos transuránicos pertenecen a la serie de actínidos de la tabla periódica.

Las propiedades físicas de los productos de fisión son muy diferentes a las de los elementos transuránicos. En particular, los productos de fisión en sí no se fisionan, por lo que no pueden utilizarse en armas nucleares. Y sólo siete productos de fisión de larga vida tienen vidas medias de más de 100 años, lo que hace que los productos de fisión sean más fáciles de almacenar o eliminar geológicamente que los elementos transuránicos.

Con la creciente preocupación por los desechos nucleares, el ciclo del combustible reproductor está atrayendo nuevamente la atención porque los reactores reproductores pueden reducir los desechos de actínidos, especialmente el plutonio y los actínidos menores. Los reactores reproductores están diseñados para permitir que los actínidos se fisionen como desechos, convirtiendo los actínidos en más productos de fisión.

El combustible gastado del reactor de agua ligera sufrirá una compleja descomposición después de ser eliminado. Las vidas medias de los productos de fisión no son un orden de magnitud mayores que las de los elementos transuránicos. Si los elementos transuránicos permanecen en el combustible gastado, la mayor parte de la radiactividad principal del combustible gastado será producida por elementos transuránicos dentro de 1.000 a 100.000 años. Por lo tanto, eliminar los elementos transuránicos de los desechos puede reducir significativamente la radiactividad a largo plazo en el combustible gastado.

Los reactores comerciales de agua ligera actuales pueden producir algunos materiales fisibles nuevos, principalmente plutonio. Debido a que los reactores comerciales no están diseñados como reactores reproductores, no pueden convertir suficiente uranio-238 en plutonio para reemplazar el uranio-235 consumido. Sin embargo, un tercio de la energía de los reactores comerciales proviene de la fisión del plutonio en el combustible. A partir de este consumo de plutonio, el reactor de agua ligera consume sólo una parte del plutonio y de los elementos actínidos, produciendo isótopos de plutonio no fisionables y una gran cantidad de elementos actínidos gaseosos. Después del reprocesamiento, el plutonio apto para reactores utilizado como combustible de oxidación mixta normalmente se recicla solo una vez en un reactor de agua ligera, lo que reduce hasta cierto punto los desechos radiactivos a largo plazo.