EL URANIO EN CASTILLA Y LEÓN Presentación
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EL URANIO EN CASTILLA Y LEÓN Presentación El uranio, junto con el plutonio, son los dos combustibles utilizados en las centrales nucleares para generar energía eléctrica. Hasta el año 2.000, la principal explotación de uranio se localizaba en la provincia de Salamanca (Ciudad Rodrigo). Hoy en día, tan solo mantiene su actividad la planta de fabricación de elementos combustibles de uranio localizada en la localidad de Juzbado (Salamanca) para abastecer de uranio enriquecido a algunas centrales nucleares nacionales e internacionales. A continuación se describen los fundamentos que hacen que este elemento pueda utilizarse como combustible en centrales nucleares, sus restantes aplicaciones, la importancia que la explotación de esta sustancia ha tenido en el desarrollo económico de la Comunidad de Castilla y León y la manera en que ha sido explotada y procesada. En el momento actual, con el encarecimiento del petróleo y la difícil situación económica, se adivinan buenas perspectivas de futuro para la minería del uranio en Castilla y León. Tomás Villanueva Rodríguez Consejero de Economía y Empleo de la Junta de Castilla y León contenido ¿Qué es y para qué sirve el uranio? • El uranio en la naturaleza • El proceso de enriquecimiento del uranio • Las aplicaciones del uranio • Las ventajas del uranio El aprovechamiento del uranio • La energía nuclear en España • La prospección del uranio • La historia del uranio en España • La minería del uranio en Castilla y León • El resurgir de la minería del uranio ¿Qué se hace con los residuos? • Gestión actual de residuos nucleares • Gestión futura de los residuos nucleares © Junta de Castilla y León Consejería de Economía y Empleo Dirección General de Energía y Minas REALIZACIÓN: Sociedad de Investigación y Explotación Minera de Castilla y León (SIEMCALSA) © DE LA EDICIÓN: Domènech e-learning multimedia, S.A. PRIMERA EDICIÓN: 2009 TIRADA: 2.000 DISEÑO GRÁFICO: Domènech e-learning multimedia, S.A. IMPRESIÓN: Talleres Gráficos Soler, S.A. DEPÓSITO LEGAL: B-18057-2009 ¿QUÉ ES Y PARA QUÉ SIRVE EL URANIO? Al contrario que los combustibles fósiles, el uranio no genera anhídrido carbónico por lo que no produce gases que contribuyan al denominado efecto invernadero. Sin embargo los problemas de almacenamiento de los residuos nucleares generados continúan sin resolverse. Ello, unido a algunos accidentes nucleares que han tenido lugar durante el pasado siglo, ha ocasionado que ciertos países, entre ellos España, hayan establecido políticas encaminadas a no autorizar nuevas plantas nucleares. EL URANIO EN LA NATURALEZA El uranio es un elemento radiactivo que aparece en las rocas, tierra, aire y agua. Su concentración media en la corteza terrestre es de 4 partes por millón. Se trata de un material muy reactivo. Por esta razón, en la naturaleza no se presenta en su forma elemental, sino que se asocia a otros elementos formando compuestos. Presenta una gran avidez por el oxígeno, motivo por el cual normalmente aparece formando óxidos y sales de muy diferente composición y color. La solubilidad de un compuesto de uranio en agua determina su movilidad en el medio ambiente y, por tanto, su toxicidad. El uranio que aparece en el agua procede en su mayor parte de la disolución de rocas y suelos que lo contienen. Zeunerita (mica de uranio y arsénico). Mina La Profunda, León. En el aire, las concentraciones de uranio son muy bajas. Incluso en concentraciones más altas de lo normal, hay producían reacciones nucleares similares a las que hoy tan poco uranio presente por metro cúbico de aire que tienen lugar en los reactores utilizados para producir apenas un átomo se transforma cada día. energía eléctrica. El uranio se asocia a radiactividad y sin embargo sus El ser humano contribuye a que los niveles de isótopos más comunes presentan una actividad muy baja, concentración natural de uranio se incrementen como propiedad que ha podido utilizarse para datar la consecuencia de ciertas actividades: minería, medicina, antigüedad de la Tierra. investigación tecnológica, armamento, generación de energía eléctrica, movilización de suelos, etc. El uranio natural es una mezcla de tres isótopos llamados U234, U235 y U238. Los tres son el mismo producto Ciertas plantas y hortalizas, como por ejemplo el rábano, químico, pero tienen propiedades radioactivas diferentes. contribuye a la fijación del uranio a través de sus raíces, De cada gramo de uranio natural, el 99,28 % de su masa donde queda almacenado. es U238, el 0,71% U235 y el resto U234. Salvo en ciertas excepciones, la relación U238/U235 permanece constante Otra propiedad es su densidad al tratarse del elemento en la corteza terrestre. químico natural más pesado. No obstante, hace muchos millones de años, cuando el El primer productor mundial de uranio es Canadá, en U235 existía en la naturaleza de manera abundante, se donde se encuentran los mejores yacimientos. 3 EL PROCESO DE ENRIQUECIMIENTO La planta entró en funcionamiento a finales de 1.984 y DEL URANIO está autorizada para almacenar y procesar uranio con un enriquecimiento máximo del 5% en peso de U235. El isótopo de Uranio utilizado como combustible en las La capacidad de producción anual es de 300 t centrales nucleares es el U235. equivalentes de uranio enriquecido. Para producir este combustible, el uranio natural es En el siguiente gráfico se muestra la evolución de la separado en dos porciones. La porción combustible, que producción de la planta de Juzbado en toneladas tiene más U235 de lo normal, se denomina uranio equivalentes de uranio enriquecido procesado. enriquecido, ya que su concentración aumenta del 0,7 % que posee en la naturaleza hasta valores del 2%-3%. La porción sobrante, con menos U235 de lo normal, se URANIO CONCENTRADO EN LA PLANTA DE denomina uranio empobrecido. Ambos, son JUZBADO DE SALAMANCA (t equivalentes procesadas) químicamente idénticos, diferenciándose únicamente por 300 el grado de radiactividad que presentan. El proceso de enriquecimiento tiene lugar después de haber separado el uranio de las impurezas por medios 200200 químicos. En el método más utilizado a escala industrial, la difusión gaseosa, el uranio se encuentra en forma de hexafluoruro de uranio (UF6). El método se fundamenta en el hecho de que las moléculas de un gas con distinto 100100 peso molecular experimentan difusiones distintas al pasar por una membrana porosa. Como consecuencia de ello, al hacer pasar el hexafuoruro de uranio por diversas membranas porosas, al final del proceso se recogen dos 0 productos; un gas enriquecido en átomos de U y un 1985 1987 1989 1991 19933 19951995 1997 1999 2001 20033 2005 2007 235 1986 19819888 1990 1992 1994 1996 19988 2000 2002 20042 2006 gas empobrecido, denominado colas. Después de éste proceso se consigue pasar de concentraciones en U235 La planta dispone de tres líneas para la fabricación de del 0,7% a 4-5%. elementos combustibles de óxido de uranio, tanto para centrales de agua a presión (PWR) como de agua en Tras el enriquecimiento, el hexafluoruro de uranio se ebullición (BWR). Una cuarta línea se destina a la transforma en plantas químicas en dióxido de uranio, fabricación de barras de combustible con óxido de material utilizado como combustible en los reactores gadolinio. nucleares. Durante el año 2007, se fabricaron un total de 821 Otros métodos de enriquecimiento menos utilizados son elementos combustibles, de los que 517 fueron del tipo la difusión térmica líquida, la boquilla de separación, la PWR y 304 del tipo BWR, para lo cual fue necesario excitación láser y la centrifugación, en la que el procesar del orden de 268 toneladas de uranio hexafluoruro de uranio gaseoso se separa en enriquecido. centrifugadoras en cascada. Con estos elementos combustibles se abastecen las La única planta de procesado de uranio enriquecido centrales nucleares de Almaraz I y II, Ascó I y II y Trillo. existente en España se localiza en la localidad de El resto de la producción que es más de la mitad, se Juzbado (Salamanca), propiedad de la Empresa Nacional exporta a otros países europeos (Suecia, Alemania, de Uranio, S.A. (ENUSA) Bélgica, Finlandia y Francia). Vista general de la planta de Juzbado. Salamanca Pastillas de combustible nuclear 4 LAS APLICACIONES DEL URANIO El proceso de absorción de un neutron por el núcleo de U235 hace que éste se transforme en U236, que a su vez se El uranio se desintegra muy lentamente emitiendo una fisiona generando Xenon, Estroncio y 2 neutrones, partícula alfa. El periodo de semidesintegración, definido liberándose gran cantidad de energía en forma de calor. como el tiempo que tarda la mitad de un isótopo en emitir su radiación y transformarse en otra sustancia, depende del tipo de isótopo. Así, en el U238 es de aproximadamente 4.470 millones de años, en el U235, 704 millones de años y en el U234, 5 billones de años. Estos largos períodos de tiempo son los responsables de que el uranio aún exista en la naturaleza y sea utilizado como herramienta para estimar la edad de la Tierra. Los fragmentos de Xe y Sr son muy inestables. Sus núcleos se mueven con una energía que es proporcional Mientras que el U238 presenta una pequeña probabilidad a la masa desaparecida durante la reacción nuclear, de fisión espontánea cuando se le bombardea con alcanzando la estabilidad mediante la emisión de neutrones rápidos, el U235 posee una mayor probabilidad partículas beta. de fisionarse al ser bombardeado por neutrones térmicos de menor energía. En este principio físico se fundamentan dos de sus principales campos de aplicación: la PROCESO DE FISIÓN DE UN ÁTOMO DE URANIO generación de calor en un reactor nuclear y su empleo 235 POR COLISIÓN DE UN NEUTRÓN como material físil para armas nucleares. Átomo de estroncio Átomo de U235 Átomo de xenon Neutrón Neutrones (de 2 a 5 por fisión) Calor La reacción nuclear en cadena es posible ya que, aparte de los dos fragmentos liberados de Xe y Sr, se emiten neutrones y, en el caso particular del U235, la energía de Armamento nuclear.