Análisis del Impacto de la Degradación de las Barreras Ingenieriles en un Almacenamiento Geológico Profundo de Residuos Radiactivos de Alta Actividad: Aplicación a España

Abstract

El principal problema que trae consigo la energía nuclear es, sin duda alguna, la gestión de los residuos generados. El método de gestión de dichos residuos depende del ciclo del combustible nuclear utilizado en cada país. En el mundo existen dos alternativas de gestión: la posibilidad de reciclar el combustible gastado para volverlo a utilizar en el reactor (ciclo cerrado) y, por otro lado, almacenarlo de forma definitiva tras su uso como combustible (ciclo abierto). En España, a pesar de ser un país con plantas nucleares en explotación desde hace más de 50 años, la gestión del combustible aún no ha sido definida. A día de hoy, todavía se están llevando a cabo investigaciones relacionadas con las dos alternativas de gestión previamente mencionadas. Si bien, la empresa encargada de gestionar este tipo de residuos en España (ENRESA) establece el ciclo abierto como escenario de referencia. De acuerdo a este método de gestión, tras un periodo de enfriamiento en las piscinas de las centrales o en almacenamientos temporales, el combustible pasa a ser almacenado, de forma definitiva, en un almacenamiento geológico profundo (AGP), donde los residuos de combustible nuclear gastado permanecen almacenados, a gran profundidad, en formaciones geológicas estables. El principio de funcionamiento de dicha instalación subterránea consiste en un diseño "multibarrera”, cuyo objetivo es interponer una serie de barreras ingenieriles entre el combustible y la biosfera, con el objetivo de evitar la interacción entre ambos. Dichas barreras tienen una serie de limitaciones en cuanto a condiciones operativas se refiere, así como unos límites de operatividad a partir de los cuales no se garantiza que se cumpla su función: el aislamiento del combustible gastado de la biosfera. Por tanto, es importante garantizar que las barreras anteriores cumplen su función en diferentes escenarios y ante la presencia de determinados factores. En este TFM, se analiza un caso de estudio de AGP en el que se plantean diversos escenarios (basados en su probabilidad de ocurrencia) de degradación de las barreras ingenieriles. Se ha seleccionado como caso de estudio para el AGP una formación de arcilla en la localidad de Villarejo-Periesteban (Cuenca), ya que cumple con los criterios exigidos para estas instalaciones. Para el diseño de la instalación se han seguido los estándares fijados por ENRESA y los datos públicos accesibles. En la instalación se han modelado los fenómenos de transferencia de calor y materia. Del análisis de los escenarios de degradación se ha concluido que el AGP es una instalación segura que permite aislar el combustible gastado en condiciones óptimas siempre que el tiempo de enfriamiento inicial (llevado a cabo en otras instalaciones) sea superior a 50 años.

The main issue related to nuclear energy is, undoubtedly, the nuclear waste management. The Nuclear Fuel Cycle, which is selected by each country, establish the management of the nuclear waste, with the possibility of recycle the spent fuel with the purpose of use it again in the reactor core (close cycle) or, on the other hand, storage it permanently after use as fuel (open cycle). In Spain, despite being a country where the nuclear power plants have been working for 50 years, nuclear waste management is not decided yet. Nowadays, different researches are being carried out in both close and open cycle. Nonetheless, the company in charge of nuclear waste management in Spain (ENRESA) establishes the open cycle as a model scenario. According to this cycle, after a cooling period in spent fuel pools or temporary storages, the spent fuel is stored, permanently, in a Deep Geological Repository (DGR), where the nuclear waste keep storage, deep inside, in stable geological formations. The operating principle of this facility consist of a "multi-barrier" design whose main purpose is interposed different barriers between the spent fuel and the biosphere, thus avoiding that interaction. The engineering barriers have some operating limitations from which the correct functioning is not guaranteed. Hence, is fundamental to ensure that the engineering barriers keep operative in different unfavorable scenarios. In this project, different scenarios (based on probability of occurrence) related to engineer barriers deterioration are analyzed inside a DGR. The study scenario selected for the DGR corresponds with a clay formation located in Villarejo-Periesteban (Cuenca) since the enclosure match with all criteria establish for these facilities. For the facility design, the standards established by ENRESA and the publicly available data have been used. In the facility, heat and mass transfer phenomena have been modeled. After analyzed these results, it can be concluded that the DGR allows the correct storage and insulation of the nuclear waste, if the previous cooling time (took place in other facilities) is over 50 years.