Los residuos radiactivos son un tipo de residuos peligrosos que contienen material radiactivo . Los residuos radiactivos son el resultado de muchas actividades, entre ellas la medicina nuclear , la investigación nuclear , la generación de energía nuclear , el desmantelamiento nuclear , la minería de tierras raras y el reprocesamiento de armas nucleares . [1] El almacenamiento y la eliminación de residuos radiactivos están regulados por agencias gubernamentales con el fin de proteger la salud humana y el medio ambiente.
Los desechos radiactivos se clasifican en tres categorías generales: desechos de bajo nivel (LLW), como papel, trapos, herramientas y ropa, que contienen pequeñas cantidades de radiactividad, en su mayoría de vida corta; desechos de nivel intermedio (ILW), que contienen mayores cantidades de radiactividad y requieren algún tipo de protección; y desechos de alto nivel (HLW), que son altamente radiactivos y calientes debido al calor de desintegración, por lo que requieren refrigeración y protección.
En las plantas de reprocesamiento nuclear , aproximadamente el 96% del combustible nuclear gastado se recicla para convertirlo en combustibles a base de uranio y de óxido mixto (MOX) . [2] El 4% residual son actínidos menores y productos de fisión , estos últimos son una mezcla de elementos estables y de rápida descomposición (probablemente ya desintegrados en la piscina de combustible gastado ), productos de fisión de vida media como el estroncio-90 y el cesio-137 y, por último, siete productos de fisión de vida larga con vidas medias de cientos de miles a millones de años. Mientras tanto, los actínidos menores son elementos pesados distintos del uranio y el plutonio que se crean por captura de neutrones . Sus vidas medias varían de años a millones de años y, como emisores alfa, son particularmente radiotóxicos. Si bien existen usos propuestos (y en mucha menor medida actuales) de todos esos elementos, el reprocesamiento a escala comercial mediante el proceso PUREX los elimina como desechos junto con los productos de fisión. Los residuos se convierten posteriormente en una cerámica similar al vidrio para su almacenamiento en un depósito geológico profundo .
El tiempo durante el cual los residuos radiactivos deben almacenarse depende del tipo de residuo y de los isótopos radiactivos que contienen. Los enfoques a corto plazo para el almacenamiento de residuos radiactivos han sido la segregación y el almacenamiento en la superficie o cerca de la superficie de la tierra. El enterramiento en un depósito geológico profundo es una solución preferida para el almacenamiento a largo plazo de residuos de alta actividad, mientras que la reutilización y la transmutación son soluciones preferidas para reducir el inventario de HLW. Los límites para el reciclado del combustible nuclear gastado son regulatorios y económicos, así como el problema de la contaminación radiactiva si los procesos de separación química no pueden lograr una pureza muy alta. Además, los elementos pueden estar presentes tanto en isótopos útiles como problemáticos, lo que requeriría una costosa y energética separación de isótopos para su uso, una perspectiva actualmente antieconómica.
En el marco de una convención conjunta del Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA), se presenta y revisa periódicamente un resumen de las cantidades de desechos radiactivos y los enfoques de gestión para la mayoría de los países desarrollados . [3]
Una cantidad de residuos radiactivos suele estar formada por una serie de radionucleidos , que son isótopos inestables de elementos que se desintegran y emiten radiación ionizante , que es perjudicial para los seres humanos y el medio ambiente. Los distintos isótopos emiten distintos tipos y niveles de radiación, que duran distintos periodos de tiempo.
La radiactividad de todos los residuos radiactivos se debilita con el tiempo. Todos los radionucleidos contenidos en los residuos tienen una vida media , es decir, el tiempo que tarda la mitad de los átomos en desintegrarse en otro nucleido . Finalmente, todos los residuos radiactivos se desintegran en elementos no radiactivos (es decir, nucleidos estables ). Dado que la desintegración radiactiva sigue la regla de la vida media, la velocidad de desintegración es inversamente proporcional a la duración de la desintegración. En otras palabras, la radiación de un isótopo de vida larga como el yodo-129 será mucho menos intensa que la de un isótopo de vida corta como el yodo-131 . [4] Las dos tablas muestran algunos de los principales radioisótopos, sus vidas medias y su rendimiento de radiación como proporción del rendimiento de la fisión del uranio-235.
La energía y el tipo de radiación ionizante emitida por una sustancia radiactiva también son factores importantes para determinar su amenaza para los seres humanos. [5] Las propiedades químicas del elemento radiactivo determinarán la movilidad de la sustancia y la probabilidad de que se propague al medio ambiente y contamine a los seres humanos. [6] Esto se complica aún más por el hecho de que muchos radioisótopos no se desintegran inmediatamente en un estado estable, sino que se convierten en productos de desintegración radiactiva dentro de una cadena de desintegración antes de alcanzar finalmente un estado estable.
La exposición a desechos radiactivos puede causar impactos en la salud debido a la exposición a la radiación ionizante. En humanos, una dosis de 1 sievert conlleva un riesgo del 5,5% de desarrollar cáncer, [7] y las agencias reguladoras suponen que el riesgo es linealmente proporcional a la dosis, incluso para dosis bajas. La radiación ionizante puede causar deleciones en cromosomas. [8] Si se irradia a un organismo en desarrollo, como un feto , es posible que se induzca un defecto congénito , pero es poco probable que este defecto se encuentre en un gameto o en una célula formadora de gametos . La incidencia de mutaciones inducidas por radiación en humanos es pequeña, como en la mayoría de los mamíferos, debido a los mecanismos naturales de reparación celular, muchos de los cuales recién están saliendo a la luz. Estos mecanismos van desde la reparación del ADN, ARNm y proteínas, hasta la digestión lisosómica interna de proteínas defectuosas, e incluso el suicidio celular inducido: la apoptosis [9].
Dependiendo del modo de desintegración y de la farmacocinética de un elemento (cómo lo procesa el cuerpo y con qué rapidez), la amenaza debida a la exposición a una actividad dada de un radioisótopo será diferente. Por ejemplo, el yodo-131 es un emisor beta y gamma de vida corta , pero debido a que se concentra en la glándula tiroides , es más capaz de causar lesiones que el cesio -137 que, al ser soluble en agua , se excreta rápidamente a través de la orina. De manera similar, los actínidos emisores alfa y el radio se consideran muy dañinos ya que tienden a tener vidas medias biológicas largas y su radiación tiene una alta efectividad biológica relativa , lo que la hace mucho más dañina para los tejidos por cantidad de energía depositada. Debido a tales diferencias, las reglas que determinan la lesión biológica difieren ampliamente según el radioisótopo, el tiempo de exposición y, a veces, también la naturaleza del compuesto químico que contiene el radioisótopo.
Los desechos radiactivos provienen de diversas fuentes. En los países con centrales nucleares, armamento nuclear o plantas de tratamiento de combustible nuclear, la mayoría de los desechos provienen del ciclo del combustible nuclear y del reprocesamiento de armas nucleares. Otras fuentes incluyen desechos médicos e industriales, así como materiales radiactivos naturales (NORM) que pueden concentrarse como resultado del procesamiento o consumo de carbón, petróleo y gas, y algunos minerales, como se analiza a continuación.
Los desechos de la primera parte del ciclo del combustible nuclear suelen ser desechos que emiten partículas alfa, provenientes de la extracción de uranio. A menudo contienen radio y sus productos de desintegración.
El concentrado de dióxido de uranio (UO 2 ) procedente de la minería es unas mil veces más radiactivo que el granito utilizado en los edificios. Se refina a partir de torta amarilla (U 3 O 8 ) y luego se convierte en gas hexafluoruro de uranio (UF 6 ). Como gas, se enriquece para aumentar el contenido de U-235 del 0,7 % a aproximadamente el 4,4 % (LEU). Luego se convierte en un óxido cerámico duro (UO 2 ) para su montaje como elementos combustibles de reactores. [15]
El principal subproducto del enriquecimiento es el uranio empobrecido (DU), principalmente el isótopo U-238 , con un contenido de U-235 de ~0,3%. Se almacena, ya sea como UF6 o como U3O8 . Parte se utiliza en aplicaciones donde su densidad extremadamente alta lo hace valioso, como proyectiles antitanque y, al menos en una ocasión, incluso en la quilla de un velero . [16] También se utiliza con plutonio para fabricar combustible de óxido mixto (MOX) y para diluir o mezclar uranio altamente enriquecido de los arsenales de armas que ahora se está redirigiendo para convertirse en combustible de reactores.
La parte final del ciclo del combustible nuclear, en su mayoría barras de combustible gastado , contiene productos de fisión que emiten radiación beta y gamma, y actínidos que emiten partículas alfa , como el uranio-234 (vida media de 245 mil años), el neptunio-237 (2,144 millones de años), el plutonio-238 (87,7 años) y el americio-241 (432 años), e incluso a veces algunos emisores de neutrones como el californio (vida media de 898 años para el californio-251). Estos isótopos se forman en los reactores nucleares .
Es importante distinguir el procesamiento del uranio para fabricar combustible del reprocesamiento del combustible usado. El combustible usado contiene productos altamente radiactivos de la fisión (véase más adelante los residuos de alto nivel). Muchos de ellos son absorbentes de neutrones, denominados venenos neutrónicos en este contexto. Estos acaban acumulándose hasta un nivel en el que absorben tantos neutrones que la reacción en cadena se detiene, incluso si se han retirado por completo las barras de control del reactor. En ese momento, el combustible tiene que sustituirse en el reactor por combustible nuevo, aunque todavía haya una cantidad sustancial de uranio-235 y plutonio presente. En los Estados Unidos, este combustible usado suele "almacenarse", mientras que en otros países como Rusia, el Reino Unido, Francia, Japón y la India, el combustible se reprocesa para eliminar los productos de fisión y, a continuación, se puede reutilizar. [17] Los productos de fisión eliminados del combustible son una forma concentrada de residuos de alto nivel, al igual que los productos químicos utilizados en el proceso. Mientras que la mayoría de los países reprocesan el combustible llevando a cabo ciclos únicos de plutonio, India está planeando múltiples esquemas de reciclaje de plutonio [18] y Rusia busca un ciclo cerrado. [19]
El uso de distintos combustibles en los reactores nucleares da lugar a una composición de combustible nuclear gastado (SNF) diferente, con curvas de actividad variables. El material más abundante es el U-238 junto con otros isótopos de uranio, otros actínidos, productos de fisión y productos de activación. [20]
Los residuos radiactivos de larga duración que se generan al final del ciclo del combustible son especialmente relevantes a la hora de diseñar un plan completo de gestión de residuos para el SNF. Al analizar la desintegración radiactiva a largo plazo, los actínidos del SNF tienen una influencia significativa debido a sus vidas medias característicamente largas. Dependiendo de con qué se alimente un reactor nuclear , la composición de actínidos en el SNF será diferente.
Un ejemplo de este efecto es el uso de combustibles nucleares con torio . El Th-232 es un material fértil que puede sufrir una reacción de captura de neutrones y dos desintegraciones beta negativas, lo que da como resultado la producción de U-233 fisible . El SNF de un ciclo con torio contendrá U-233. Su desintegración radiactiva influirá fuertemente en la curva de actividad a largo plazo del SNF durante alrededor de un millón de años. En la figura de la parte superior derecha se puede ver una comparación de la actividad asociada al U-233 para tres tipos diferentes de SNF. Los combustibles quemados son torio con plutonio de grado reactor (RGPu), torio con plutonio de grado armamentístico (WGPu) y combustible de óxido mixto (MOX, sin torio). Para RGPu y WGPu, se puede ver la cantidad inicial de U-233 y su desintegración durante alrededor de un millón de años. Esto tiene un efecto en la curva de actividad total de los tres tipos de combustible. La ausencia inicial de U-233 y sus productos derivados en el combustible MOX da como resultado una actividad menor en la región 3 de la figura en la parte inferior derecha, mientras que para RGPu y WGPu la curva se mantiene más alta debido a la presencia de U-233 que no se ha desintegrado por completo. El reprocesamiento nuclear puede eliminar los actínidos del combustible gastado para que puedan usarse o destruirse (ver Producto de fisión de larga duración § Actínidos ).
Como el uranio y el plutonio son materiales para armas nucleares , existen preocupaciones por su proliferación. Por lo general (en el combustible nuclear gastado), el plutonio es plutonio apto para reactores . Además del plutonio-239 , que es muy adecuado para construir armas nucleares, contiene grandes cantidades de contaminantes indeseables: plutonio-240 , plutonio-241 y plutonio-238 . Estos isótopos son extremadamente difíciles de separar, y existen formas más rentables de obtener material fisible (por ejemplo, enriquecimiento de uranio o reactores dedicados a la producción de plutonio). [21]
Los desechos de alto nivel están llenos de productos de fisión altamente radiactivos , la mayoría de los cuales tienen una vida relativamente corta. Esto es un problema ya que si los desechos se almacenan, tal vez en un almacenamiento geológico profundo, durante muchos años los productos de fisión se desintegran, disminuyendo la radiactividad de los desechos y haciendo que el plutonio sea más fácil de acceder. El contaminante indeseable Pu-240 se desintegra más rápido que el Pu-239, y por lo tanto la calidad del material de la bomba aumenta con el tiempo (aunque su cantidad disminuye durante ese tiempo también). Por lo tanto, algunos han argumentado que, a medida que pasa el tiempo, estas áreas de almacenamiento profundo tienen el potencial de convertirse en "minas de plutonio", de las que se puede adquirir material para armas nucleares con relativamente poca dificultad. Los críticos de esta última idea han señalado que la dificultad de recuperar material útil de áreas de almacenamiento profundo selladas hace que sean preferibles otros métodos. En concreto, la alta radiactividad y el calor (80 °C en la roca circundante) aumentan en gran medida la dificultad de explotar un área de almacenamiento, y los métodos de enriquecimiento necesarios tienen altos costos de capital. [22]
El Pu-239 se desintegra en U-235, un compuesto adecuado para la fabricación de armas y que tiene una vida media muy larga (aproximadamente 10 9 años). Por lo tanto, el plutonio puede desintegrarse y dar lugar al uranio-235. Sin embargo, los reactores modernos sólo están moderadamente enriquecidos con U-235 en relación con el U-238, por lo que el U-238 sigue sirviendo como agente desnaturalizante para cualquier U-235 producido por la desintegración del plutonio.
Una solución a este problema es reciclar el plutonio y utilizarlo como combustible, por ejemplo en reactores rápidos . En los reactores pirometalúrgicos rápidos , el plutonio y el uranio separados están contaminados por actínidos y no pueden utilizarse para armas nucleares.
Es poco probable que los desechos provenientes del desmantelamiento de armas nucleares contengan mucha actividad beta o gamma aparte del tritio y el americio . Es más probable que contengan actínidos emisores de rayos alfa, como el Pu-239, que es un material fisible utilizado en bombas nucleares, además de algún material con actividades específicas mucho más altas, como el Pu-238 o el Po.
En el pasado, el detonador de neutrones de una bomba atómica solía ser el berilio y un emisor alfa de alta actividad como el polonio ; una alternativa al polonio es el Pu-238 . Por razones de seguridad nacional, los detalles del diseño de las bombas nucleares modernas normalmente no se hacen públicos.
Algunos diseños podrían contener un generador termoeléctrico de radioisótopos que utiliza Pu-238 para proporcionar una fuente duradera de energía eléctrica para los componentes electrónicos del dispositivo.
Es probable que el material fisible de una bomba nuclear vieja, que se va a reacondicionar, contenga productos de desintegración de los isótopos de plutonio utilizados en ella. Es probable que estos productos incluyan U-236 proveniente de impurezas de Pu-240 más algo de U-235 proveniente de la desintegración del Pu-239; debido a la vida media relativamente larga de estos isótopos de Pu, estos desechos provenientes de la desintegración radiactiva del material del núcleo de la bomba serían muy pequeños y, en cualquier caso, mucho menos peligrosos (incluso en términos de simple radiactividad) que el propio Pu-239.
La desintegración beta del Pu-241 forma Am-241 ; es probable que la proliferación de americio sea un problema mayor que la desintegración del Pu-239 y el Pu-240, ya que el americio es un emisor gamma (que aumenta la exposición externa de los trabajadores) y es un emisor alfa que puede generar calor . El plutonio se podría separar del americio mediante varios procesos diferentes; estos incluirían procesos piroquímicos y extracción con disolventes acuosos/orgánicos . Un proceso de extracción de tipo PUREX truncado sería un método posible para realizar la separación. El uranio natural no es fisible porque contiene un 99,3% de U-238 y solo un 0,7% de U-235.
Debido a las actividades históricas típicamente relacionadas con la industria del radio, la minería de uranio y los programas militares, numerosos sitios contienen o están contaminados con radiactividad. Solo en los Estados Unidos, el Departamento de Energía (DOE) afirma que hay "millones de galones de desechos radiactivos", así como "miles de toneladas de combustible nuclear gastado y material" y también "enormes cantidades de suelo y agua contaminados". [23] A pesar de las copiosas cantidades de desechos, en 2007, el DOE declaró el objetivo de limpiar con éxito todos los sitios actualmente contaminados para 2025. [23] El sitio de Fernald , Ohio , por ejemplo, tenía "31 millones de libras de producto de uranio", "2.5 mil millones de libras de desechos", "2,75 millones de yardas cúbicas de suelo y escombros contaminados", y una "porción de 223 acres del Gran Acuífero de Miami subyacente tenía niveles de uranio por encima de los estándares de bebida". [23] Estados Unidos tiene al menos 108 sitios designados como áreas contaminadas e inutilizables, a veces muchos miles de acres. [23] [24] El DOE desea limpiar o mitigar muchos o todos los sitios contaminados para el año 2025, utilizando el método recientemente desarrollado de geofusión , [ cita requerida ] sin embargo, la tarea puede ser difícil y reconoce que algunos sitios pueden nunca ser completamente remediados. En solo una de estas 108 designaciones más grandes, Oak Ridge National Laboratory (ORNL), hubo, por ejemplo, al menos "167 sitios conocidos de liberación de contaminantes" en una de las tres subdivisiones del sitio de 37,000 acres (150 km 2 ). [23] Algunos de los sitios de EE. UU. eran de naturaleza más pequeña, sin embargo, los problemas de limpieza fueron más simples de abordar, y el DOE ha completado con éxito la limpieza, o al menos el cierre, de varios sitios. [23]
Los desechos médicos radiactivos tienden a contener emisores de partículas beta y rayos gamma . Se pueden dividir en dos clases principales. En la medicina nuclear diagnóstica se utilizan varios emisores gamma de vida corta, como el tecnecio-99m . Muchos de ellos se pueden eliminar dejándolos desintegrarse durante un breve período antes de desecharlos como desechos normales. Otros isótopos utilizados en medicina, con sus vidas medias entre paréntesis, son:
Los desechos de origen industrial pueden contener emisores alfa, beta , de neutrones o gamma. Los emisores gamma se utilizan en radiografía, mientras que las fuentes emisoras de neutrones se utilizan en una variedad de aplicaciones, como el registro de pozos petrolíferos . [25]
Las sustancias que contienen radiactividad natural se conocen como NORM (material radiactivo de origen natural). Después del procesamiento humano que expone o concentra esta radiactividad natural (como la minería que lleva carbón a la superficie o la quema para producir ceniza concentrada), se convierte en material radiactivo de origen natural mejorado tecnológicamente (TENORM). [27] Gran parte de estos desechos son materia emisora de partículas alfa de las cadenas de desintegración del uranio y el torio. La principal fuente de radiación en el cuerpo humano es el potasio -40 ( 40 K ), típicamente 17 miligramos en el cuerpo a la vez y 0,4 miligramos/día de ingesta. [28] La mayoría de las rocas, especialmente el granito , tienen un bajo nivel de radiactividad debido al potasio-40, el torio y el uranio que contienen.
La exposición media a la radiación de los radioisótopos naturales, que suele oscilar entre 1 milisievert (mSv) y 13 mSv al año según la ubicación, es de 2,0 mSv por persona al año en todo el mundo. [29] Esto constituye la mayor parte de la dosis total típica (la exposición media anual de otras fuentes asciende a 0,6 mSv de pruebas médicas promediadas en toda la población, 0,4 mSv de rayos cósmicos , 0,005 mSv del legado de pruebas nucleares atmosféricas pasadas, 0,005 mSv de exposición ocupacional, 0,002 mSv del desastre de Chernóbil y 0,0002 mSv del ciclo del combustible nuclear). [29]
El TENORM no está regulado de forma tan restrictiva como los residuos de reactores nucleares, aunque no hay diferencias significativas en los riesgos radiológicos de estos materiales. [30]
El carbón contiene una pequeña cantidad de uranio, bario, torio y potasio radiactivos, pero, en el caso del carbón puro, esto es significativamente menor que la concentración promedio de esos elementos en la corteza terrestre . Los estratos circundantes, si son de esquisto o lutita, a menudo contienen un poco más de lo promedio y esto también puede reflejarse en el contenido de cenizas de los carbones "sucios". [26] [31] Los minerales de ceniza más activos se concentran en las cenizas volantes precisamente porque no arden bien. [26] La radiactividad de las cenizas volantes es aproximadamente la misma que la del esquisto negro y es menor que la de las rocas de fosfato , pero es más preocupante porque una pequeña cantidad de las cenizas volantes termina en la atmósfera, donde puede ser inhalada. [32] Según los informes del Consejo Nacional de Protección y Medición de la Radiación (NCRP) de Estados Unidos, la exposición de la población a las centrales eléctricas de 1000 MWe asciende a 490 rem-persona/año en el caso de las centrales eléctricas de carbón, 100 veces más que la de las centrales nucleares (4,8 rem-persona/año). La exposición a lo largo del ciclo completo del combustible nuclear, desde la minería hasta la eliminación de los residuos, es de 136 rem-persona/año; el valor correspondiente al uso de carbón desde la minería hasta la eliminación de los residuos es "probablemente desconocido". [26]
Los residuos de la industria del petróleo y el gas suelen contener radio y sus productos de descomposición. Las incrustaciones de sulfato de un pozo petrolero pueden ser ricas en radio, mientras que el agua, el petróleo y el gas de un pozo suelen contener radón . El radón se descompone para formar radioisótopos sólidos que forman revestimientos en el interior de las tuberías. En una planta de procesamiento de petróleo, el área de la planta donde se procesa el propano es a menudo una de las áreas más contaminadas de la planta, ya que el radón tiene un punto de ebullición similar al del propano. [33]
Los elementos radiactivos son un problema industrial en algunos pozos petrolíferos, donde los trabajadores que operan en contacto directo con el petróleo crudo y la salmuera pueden estar expuestos a dosis que tienen efectos negativos para la salud. Debido a la concentración relativamente alta de estos elementos en la salmuera, su eliminación también es un desafío tecnológico. Sin embargo, desde la década de 1980, en los Estados Unidos, la salmuera está exenta de las regulaciones sobre residuos peligrosos y puede eliminarse independientemente del contenido de sustancias radiactivas o tóxicas. [34]
Debido a la presencia natural de elementos radiactivos como el torio y el radio en minerales de tierras raras , las operaciones mineras también generan desechos y depósitos minerales que son ligeramente radiactivos. [35]
La clasificación de los residuos radiactivos varía según el país. El OIEA, que publica las Normas de seguridad de los residuos radiactivos (RADWASS), también desempeña un papel importante. [36] La proporción de los distintos tipos de residuos generados en el Reino Unido: [37]
Los relaves de uranio son materiales de desecho derivados del procesamiento bruto del mineral que contiene uranio . No son significativamente radiactivos. A veces se hace referencia a los relaves de molienda como desechos 11(e)2 , de la sección de la Ley de Energía Atómica de los EE. UU. de 1946 que los define. Los relaves de molienda de uranio generalmente también contienen metales pesados químicamente peligrosos, como plomo y arsénico . En muchos sitios mineros antiguos, especialmente en Colorado , Nuevo México y Utah , quedan grandes montículos de relaves de molienda de uranio .
Aunque los relaves de las plantas de procesamiento no son muy radiactivos, tienen una vida media prolongada. Los relaves de las plantas de procesamiento a menudo contienen radio, torio y trazas de uranio. [38]
Los residuos de bajo nivel (LLW) se generan en hospitales e industrias, así como en el ciclo del combustible nuclear . Los residuos de bajo nivel incluyen papel, trapos, herramientas, ropa, filtros y otros materiales que contienen pequeñas cantidades de radiactividad, en su mayoría de corta duración. Los materiales que se originan en cualquier región de un área activa se designan comúnmente como LLW como medida de precaución, incluso si solo existe una posibilidad remota de estar contaminados con materiales radiactivos. Dichos LLW normalmente no exhiben una radiactividad mayor que la que se esperaría del mismo material desechado en un área no activa, como un bloque de oficinas normal. Los ejemplos de LLW incluyen trapos de limpieza, fregonas, tubos médicos, cadáveres de animales de laboratorio y más. [39] Los LLW representan el 94% de todo el volumen de residuos radiactivos en el Reino Unido. La mayor parte se elimina en Cumbria , primero en zanjas estilo vertedero y ahora utilizando contenedores de metal lechados que se apilan en bóvedas de hormigón. Un nuevo sitio en el norte de Escocia es el sitio de Dounreay , que está preparado para soportar un tsunami de 4 metros. [1] [1]
Algunos residuos de bajo nivel de actividad requieren protección durante su manipulación y transporte, pero la mayoría de ellos son aptos para enterrarse en terrenos poco profundos. Para reducir su volumen, a menudo se compactan o incineran antes de su eliminación. Los residuos de bajo nivel se dividen en cuatro clases: clase A , clase B , clase C y mayores que la clase C ( GTCC ).
Los residuos de nivel intermedio (ILW) contienen mayores cantidades de radiactividad en comparación con los residuos de nivel bajo. Por lo general, requieren protección, pero no enfriamiento. [40] Los residuos de nivel intermedio incluyen resinas , lodos químicos y revestimiento de combustible nuclear de metal , así como materiales contaminados del desmantelamiento de reactores. Pueden solidificarse en hormigón o betún o mezclarse con arena de sílice y vitrificarse para su eliminación. Como regla general, los residuos de vida corta (principalmente materiales no combustibles de reactores) se entierran en depósitos poco profundos, mientras que los residuos de vida larga (de combustible y reprocesamiento de combustible) se depositan en depósitos geológicos. Las regulaciones en los Estados Unidos no definen esta categoría de residuos; el término se utiliza en Europa y en otros lugares. Los ILW representan el 6% de todo el volumen de residuos radiactivos en el Reino Unido. [1]
Los residuos de alto nivel (HLW) son producidos por los reactores nucleares y el reprocesamiento del combustible nuclear. [41] La definición exacta de HLW difiere internacionalmente. Después de que una barra de combustible nuclear sirve un ciclo de combustible y se retira del núcleo, se considera HLW. [42] Las barras de combustible gastado contienen principalmente uranio con productos de fisión y elementos transuránicos generados en el núcleo del reactor . El combustible gastado es altamente radiactivo y a menudo caliente. Los HLW representan más del 95% de la radiactividad total producida en el proceso de generación de electricidad nuclear , pero contribuyen a menos del 1% del volumen de todos los residuos radiactivos producidos en el Reino Unido. En general, el programa nuclear de 60 años de duración en el Reino Unido hasta 2019 produjo 2150 m 3 de HLW. [1]
Los residuos radiactivos de las barras de combustible gastado están compuestos principalmente de cesio-137 y estroncio-90, pero también pueden incluir plutonio, que puede considerarse un residuo transuránico. [38] Las vidas medias de estos elementos radiactivos pueden variar bastante. Algunos elementos, como el cesio-137 y el estroncio-90, tienen vidas medias de aproximadamente 30 años. Mientras tanto, el plutonio tiene una vida media que puede extenderse hasta 24.000 años. [38]
La cantidad de HLW en todo el mundo está aumentando en aproximadamente 12.000 toneladas por año. [43] Una planta de energía nuclear de 1000 megavatios produce aproximadamente 27 toneladas de combustible nuclear gastado (sin reprocesar) cada año. [44] A modo de comparación, la cantidad de ceniza producida por las plantas de energía a carbón en los Estados Unidos se estima en 130.000.000 t por año [45] y se estima que las cenizas volantes liberan 100 veces más radiación que una planta de energía nuclear equivalente. [46]
En 2010, se estimó que alrededor de 250.000 t de HLW nucleares estaban almacenadas en todo el mundo. [47] Esto no incluye las cantidades que se han escapado al medio ambiente debido a accidentes o pruebas. Se estima que Japón tenía 17.000 t de HLW almacenadas en 2015. [48] En 2019, Estados Unidos tenía más de 90.000 t de HLW. [49] Los HLW se han enviado a otros países para ser almacenados o reprocesados y, en algunos casos, se han enviado de vuelta como combustible activo.
La controversia actual sobre la eliminación de desechos radiactivos de alto nivel es una limitación importante para la expansión global de la energía nuclear. [50] La mayoría de los científicos coinciden en que la principal solución propuesta a largo plazo es el entierro geológico profundo, ya sea en una mina o en un pozo profundo. [51] [52] A partir de 2019, no hay ningún sitio de desechos nucleares de alto nivel civil dedicado en funcionamiento [50] ya que pequeñas cantidades de HLW no justificaron la inversión en el pasado. Finlandia se encuentra en la etapa avanzada de la construcción del repositorio de combustible nuclear gastado de Onkalo , cuya apertura está prevista para 2025 a una profundidad de 400 a 450 m. Francia está en la fase de planificación de una instalación Cigeo de 500 m de profundidad en Bure. Suecia está planeando un sitio en Forsmark . Canadá planea una instalación de 680 m de profundidad cerca del lago Huron en Ontario. La República de Corea planea abrir un sitio alrededor de 2028. [1] El sitio en Suecia disfruta del 80% de apoyo de los residentes locales a partir de 2020. [53]
La Operación Morris , en el condado de Grundy (Illinois) , es actualmente el único lugar de facto de almacenamiento de residuos radiactivos de alto nivel en Estados Unidos.
Los residuos transuránicos (TRUW, por sus siglas en inglés) según la definición de la normativa estadounidense son, sin importar su forma u origen, residuos contaminados con radionucleidos transuránicos emisores de radiaciones alfa con vidas medias superiores a 20 años y concentraciones superiores a 100 nCi /g (3,7 MBq /kg), excluidos los residuos de actividad alta. Los elementos que tienen un número atómico mayor que el uranio se denominan transuránicos ("más allá del uranio"). Debido a sus largas vidas medias, los TRUW se eliminan con más cuidado que los residuos de actividad baja o intermedia. En los Estados Unidos, surgen principalmente de la producción de armas nucleares y consisten en ropa, herramientas, trapos, residuos, escombros y otros artículos contaminados con pequeñas cantidades de elementos radiactivos (principalmente plutonio ).
Según la legislación estadounidense, los residuos transuránicos se clasifican en "manipulados por contacto" (CH) y "manipulados a distancia" (RH) en función de la tasa de dosis de radiación medida en la superficie del contenedor de residuos. Los TRUW CH tienen una tasa de dosis superficial no superior a 200 mrem por hora (2 mSv/h), mientras que los TRUW RH tienen una tasa de dosis superficial de 200 mrem/h (2 mSv/h) o superior. Los TRUW CH no tienen la altísima radiactividad de los residuos de alto nivel, ni su elevada generación de calor, pero los TRUW RH pueden ser altamente radiactivos, con tasas de dosis superficiales de hasta 1.000.000 mrem/h (10.000 mSv/h). En la actualidad, Estados Unidos elimina los TRUW generados en instalaciones militares en la Planta Piloto de Aislamiento de Residuos (WIPP) en una formación salina profunda en Nuevo México . [54]
Una forma futura de reducir la acumulación de desechos es eliminar gradualmente los reactores actuales en favor de los reactores de Generación IV , que generan menos desechos por cada energía generada. Los reactores rápidos como el BN-800 en Rusia también pueden consumir combustible MOX que se fabrica a partir de combustible gastado reciclado de reactores tradicionales. [55]
En 2014, la Autoridad de Desmantelamiento Nuclear del Reino Unido publicó un documento de posición sobre el progreso de los enfoques para la gestión del plutonio separado, que resume las conclusiones del trabajo que la NDA compartió con el gobierno del Reino Unido. [56]
De particular preocupación en la gestión de residuos nucleares son dos productos de fisión de larga duración, el Tc-99 (vida media de 220.000 años) y el I-129 (vida media de 15,7 millones de años), que dominan la radiactividad del combustible gastado después de unos pocos miles de años. Los elementos transuránicos más problemáticos en el combustible gastado son el Np-237 (vida media de dos millones de años) y el Pu-239 (vida media de 24.000 años). [57] Los residuos nucleares requieren un tratamiento y una gestión sofisticados para aislarlos con éxito de la interacción con la biosfera . Esto generalmente requiere un tratamiento, seguido de una estrategia de gestión a largo plazo que implica el almacenamiento, la eliminación o la transformación de los residuos en una forma no tóxica. [58] Los gobiernos de todo el mundo están considerando una gama de opciones de gestión y eliminación de residuos, aunque ha habido un progreso limitado hacia soluciones de gestión de residuos a largo plazo. [59]
Se han investigado varios métodos de eliminación de residuos radiactivos: [62]
En Estados Unidos, la política de gestión de residuos fracasó con la finalización de las obras del incompleto depósito de Yucca Mountain . [64] En la actualidad, hay 70 emplazamientos de centrales nucleares en los que se almacena combustible gastado . El presidente Obama nombró una Comisión de la Cinta Azul para estudiar las opciones futuras para este y otros residuos futuros. Parece que se prefiere un depósito geológico profundo. [64]
Ducrete , Saltcrete y Synroc son métodos para inmovilizar residuos nucleares.
El almacenamiento a largo plazo de residuos radiactivos requiere la estabilización de los residuos en una forma que no reaccione ni se degrade durante períodos prolongados. Se cree que una forma de hacerlo podría ser mediante la vitrificación . [65] Actualmente, en Sellafield , los residuos de alto nivel ( refinado de primer ciclo PUREX ) se mezclan con azúcar y luego se calcinan. La calcinación implica pasar los residuos a través de un tubo giratorio calentado. Los objetivos de la calcinación son evaporar el agua de los residuos y desnitrificar los productos de fisión para ayudar a la estabilidad del vidrio producido. [66]
El "calcinado" generado se introduce de forma continua en un horno calentado por inducción con vidrio fragmentado . [67] El vidrio resultante es una nueva sustancia en la que los productos de desecho se unen a la matriz de vidrio cuando se solidifica. Como material fundido, este producto se vierte en recipientes cilíndricos de acero inoxidable ("cilindros") en un proceso por lotes. Cuando se enfría, el fluido se solidifica ("vitrifica") en el vidrio. Después de formarse, el vidrio es muy resistente al agua. [68]
Después de llenar un cilindro, se suelda un sello a la cabeza del cilindro. Luego se lava el cilindro. Después de inspeccionarlo para detectar contaminación externa, el cilindro de acero se almacena, generalmente en un depósito subterráneo. De esta forma, se espera que los productos de desecho queden inmovilizados durante miles de años. [69]
El vidrio dentro de un cilindro es generalmente una sustancia negra brillante. Todo este trabajo (en el Reino Unido) se realiza utilizando sistemas de celdas calientes . Se agrega azúcar para controlar la química del rutenio y detener la formación de los volátiles isótopos radiactivos de rutenio que contienen RuO 4 . En Occidente, el vidrio normalmente es un vidrio de borosilicato (similar al Pyrex ), mientras que en la ex Unión Soviética es normal utilizar un vidrio de fosfato . [70] La cantidad de productos de fisión en el vidrio debe limitarse porque algunos ( paladio , los otros metales del grupo Pt y telurio ) tienden a formar fases metálicas que se separan del vidrio. La vitrificación a granel utiliza electrodos para fundir el suelo y los desechos, que luego se entierran bajo tierra. [71] En Alemania, una planta de vitrificación está tratando los desechos de una pequeña planta de reprocesamiento de demostración que desde entonces ha sido cerrada. [66] [72]
La vitrificación no es la única forma de estabilizar los residuos en una forma que no reaccione ni se degrade durante períodos prolongados. También se utiliza la inmovilización mediante la incorporación directa en un material cerámico cristalino a base de fosfato. [73] La diversa química de las cerámicas de fosfato en diversas condiciones demuestra que se trata de un material versátil que puede soportar la degradación química, térmica y radiactiva a lo largo del tiempo. Las propiedades de los fosfatos, en particular los fosfatos cerámicos, de estabilidad en un amplio rango de pH, baja porosidad y minimización de los residuos secundarios introducen posibilidades para nuevas técnicas de inmovilización de residuos.
Es común que los desechos de actividad media en la industria nuclear se traten con intercambio iónico u otros medios para concentrar la radiactividad en un volumen pequeño. El volumen mucho menos radiactivo (después del tratamiento) a menudo se descarga luego. Por ejemplo, es posible utilizar un flóculo de hidróxido férrico para eliminar metales radiactivos de mezclas acuosas. [74] Después de que los radioisótopos se absorben en el hidróxido férrico, el lodo resultante se puede colocar en un tambor de metal antes de mezclarlo con cemento para formar desechos sólidos. [75] Para obtener un mejor rendimiento a largo plazo (estabilidad mecánica) de tales formas, se pueden hacer a partir de una mezcla de cenizas volantes o escoria de alto horno y cemento Portland , en lugar de hormigón normal (hecho con cemento Portland, grava y arena).
El Synroc australiano (roca sintética) es una forma más sofisticada de inmovilizar dichos desechos, y este proceso puede eventualmente llegar a usarse comercialmente para desechos civiles (actualmente se está desarrollando para desechos militares de EE. UU.). Synroc fue inventado por Ted Ringwood, un geoquímico de la Universidad Nacional Australiana . [76] El Synroc contiene minerales de tipo pirocloro y criptomelano. La forma original de Synroc (Synroc C) fue diseñada para los desechos líquidos de alto nivel (refinado PUREX) de un reactor de agua ligera . Los principales minerales en este Synroc son hollandita (BaAl2Ti6O16 ) , zirconolita (CaZrTi2O7 ) y perovskita (CaTiO3 ) . La zirconolita y la perovskita son anfitriones de los actínidos . El estroncio y el bario se fijarán en la perovskita. El cesio se fijará en la hollandita. En 2018 se inició la construcción de una planta de tratamiento de residuos de Synroc en ANSTO . [77]
El marco temporal en cuestión cuando se trata de residuos radiactivos varía de 10.000 a 1.000.000 de años, [78] según estudios basados en el efecto de las dosis de radiación estimadas. [79] Los investigadores sugieren que las previsiones de perjuicios para la salud para tales períodos deberían examinarse críticamente. [80] [81] Los estudios prácticos solo consideran hasta 100 años en lo que respecta a la planificación efectiva [82] y las evaluaciones de costos [83] . El comportamiento a largo plazo de los residuos radiactivos sigue siendo un tema de proyectos de investigación en curso en geoprevisión . [84]
Las algas han demostrado selectividad por el estroncio en estudios, mientras que la mayoría de las plantas utilizadas en biorremediación no han mostrado selectividad entre el calcio y el estroncio, y a menudo se saturan con calcio, que está presente en mayores cantidades en los desechos nucleares. El estroncio-90 , con una vida media de alrededor de 30 años, se clasifica como residuo de alto nivel. [85]
Los investigadores han estudiado la bioacumulación de estroncio por parte de Scenedesmus spinosus ( alga ) en aguas residuales simuladas. El estudio afirma que S. spinosus posee una capacidad de biosorción altamente selectiva para el estroncio, lo que sugiere que puede ser adecuado para su uso en aguas residuales nucleares. [86] Un estudio del alga de estanque Closterium moniliferum utilizando estroncio no radiactivo descubrió que al variar la proporción de bario y estroncio en el agua se mejoraba la selectividad del estroncio. [85]
El almacenamiento en contenedores secos generalmente implica tomar los desechos de una piscina de combustible gastado y sellarlos (junto con un gas inerte ) en un cilindro de acero , que se coloca en un cilindro de hormigón que actúa como escudo contra la radiación. Es un método relativamente económico que se puede realizar en una instalación central o adyacente al reactor fuente. Los desechos se pueden recuperar fácilmente para su reprocesamiento. [87]
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El proceso de selección de depósitos finales profundos adecuados para los desechos de alto nivel y el combustible gastado ya está en marcha en varios países y se espera que el primero entre en funcionamiento en algún momento después de 2010. [ cita requerida ] El concepto básico es localizar una formación geológica grande y estable y utilizar tecnología minera para excavar un túnel, o utilizar máquinas perforadoras de túneles de gran diámetro (similares a las utilizadas para perforar el Túnel del Canal de la Mancha desde Inglaterra hasta Francia) para perforar un pozo de 500 a 1.000 metros (1.600 a 3.300 pies) por debajo de la superficie donde se puedan excavar salas o bóvedas para la eliminación de desechos de alto nivel radiactivo. El objetivo es aislar permanentemente los desechos nucleares del entorno humano. Muchas personas siguen sintiéndose incómodas con el cese inmediato de la administración de este sistema de eliminación, lo que sugiere que sería más prudente una gestión y un control permanentes. [ cita requerida ]
Como algunas especies radiactivas tienen vidas medias superiores a un millón de años, incluso tasas muy bajas de fugas de contenedores y de migración de radionucleidos deben tenerse en cuenta. [89] Además, puede requerirse más de una vida media hasta que algunos materiales nucleares pierdan suficiente radiactividad para dejar de ser letales para los seres vivos. Una revisión realizada en 1983 por la Academia Nacional de Ciencias del programa sueco de eliminación de desechos radiactivos concluyó que la estimación de ese país de que se necesitan varios cientos de miles de años (quizás hasta un millón de años) para aislar los desechos estaba "plenamente justificada". [90]
El método propuesto de eliminación de desechos por subducción en tierra elimina los desechos nucleares en una zona de subducción a la que se accede desde tierra y, por lo tanto, no está prohibido por ningún acuerdo internacional. Este método ha sido descrito como el medio más viable para eliminar desechos radiactivos [91] y como el más avanzado en tecnología de eliminación de desechos nucleares a partir de 2001 [ 92] .
Otro enfoque, denominado Remix & Return [93], mezclaría los desechos de alto nivel con los desechos de minas y plantas de uranio hasta el nivel de radiactividad original del mineral de uranio , para luego reemplazarlos en minas de uranio inactivas. Este enfoque tiene la ventaja de proporcionar empleo a los mineros que también trabajarían como personal de eliminación y de facilitar un ciclo de la cuna a la tumba para los materiales radiactivos, pero sería inadecuado para el combustible de reactores gastados en ausencia de reprocesamiento, debido a la presencia de elementos radiactivos altamente tóxicos, como el plutonio, en su interior.
La disposición en pozos profundos es el concepto de disposición de desechos radiactivos de alto nivel provenientes de reactores nucleares en pozos extremadamente profundos. La disposición en pozos profundos busca colocar los desechos hasta 5 kilómetros (3,1 millas) debajo de la superficie de la Tierra y se basa principalmente en la inmensa barrera geológica natural para confinar los desechos de manera segura y permanente, de modo que nunca representen una amenaza para el medio ambiente. La corteza terrestre contiene 120 billones de toneladas de torio y 40 billones de toneladas de uranio (principalmente en concentraciones relativamente traza de partes por millón cada una, que suman más de 3 × 10 19 toneladas de masa de la corteza), entre otros radioisótopos naturales. [94] [95] [96] Dado que la fracción de nucleidos que se desintegran por unidad de tiempo es inversamente proporcional a la vida media de un isótopo, la radiactividad relativa de la menor cantidad de radioisótopos producidos por el hombre (miles de toneladas en lugar de billones de toneladas) disminuiría una vez que se desintegraran los isótopos con vidas medias mucho más cortas que la mayor parte de los radioisótopos naturales.
En enero de 2013, el consejo del condado de Cumbria rechazó las propuestas del gobierno central del Reino Unido para iniciar las obras de un vertedero subterráneo de residuos nucleares cerca del Parque Nacional del Distrito de los Lagos . "Para cualquier comunidad anfitriona, habrá un paquete de beneficios comunitarios sustanciales y por valor de cientos de millones de libras", dijo Ed Davey, Secretario de Energía, pero, no obstante, el organismo electo local votó 7 a 3 en contra de continuar con la investigación, después de escuchar pruebas de geólogos independientes de que "era imposible confiar a los estratos fracturados del condado un material tan peligroso y un peligro que duraría milenios". [97] [98]
La eliminación de pozos de perforación horizontales describe propuestas para perforar más de un km verticalmente y dos km horizontalmente en la corteza terrestre, con el propósito de eliminar formas de desechos de alto nivel, como combustible nuclear gastado, cesio-137 o estroncio-90. Después del emplazamiento y el período de recuperación, [ aclaración necesaria ] los pozos de perforación se rellenarían y sellarían. Una serie de pruebas de la tecnología se llevaron a cabo en noviembre de 2018 y luego nuevamente de manera pública en enero de 2019 por una empresa privada con sede en los EE. UU. [99] La prueba demostró la colocación de un recipiente de prueba en un pozo de perforación horizontal y la recuperación del mismo recipiente. No se utilizaron desechos de alto nivel reales en la prueba. [100] [101]
El informe del Centro Común de Investigación de la Comisión Europea de 2021 (véase más arriba) concluyó: [102]
La gestión de los residuos radiactivos y su eliminación segura es un paso necesario en el ciclo de vida de todas las aplicaciones de la ciencia y la tecnología nucleares (energía nuclear, investigación, industria, educación, medicina y otras). Por lo tanto, se generan residuos radiactivos en prácticamente todos los países, y la mayor contribución proviene del ciclo de vida de la energía nuclear en los países que operan centrales nucleares. En la actualidad, existe un amplio consenso científico y técnico en el sentido de que la eliminación de residuos radiactivos de alto nivel y larga vida en formaciones geológicas profundas se considera, en el estado actual de los conocimientos, un medio adecuado y seguro de aislarlos de la biosfera durante escalas de tiempo muy largas.
Entre 1946 y 1993, trece países utilizaron la eliminación o vertido en los océanos como método para desechar desechos nucleares y radiactivos, con unas 200.000 toneladas aproximadamente, provenientes principalmente de la industria médica, de investigación y nuclear. [103]
La eliminación de desechos radiactivos en el fondo del océano ha sido sugerida por el hallazgo de que las aguas profundas del Océano Atlántico Norte no presentan un intercambio con aguas poco profundas durante unos 140 años, según los datos de contenido de oxígeno registrados durante un período de 25 años. [104] Estas incluyen el enterramiento debajo de una llanura abisal estable , el enterramiento en una zona de subducción que llevaría lentamente los desechos hacia abajo, al manto de la Tierra , [105] [106] y el enterramiento debajo de una isla remota natural o artificial. Si bien todos estos enfoques tienen mérito y facilitarían una solución internacional al problema de la eliminación de desechos radiactivos, requerirían una enmienda del Derecho del Mar. [ 107]
Se han perdido submarinos nucleares y los reactores de estos buques también deben contabilizarse entre los residuos radiactivos depositados en el mar.
El artículo 1 (Definiciones), 7., del Protocolo de 1996 del Convenio sobre la prevención de la contaminación del mar por vertimiento de desechos y otras materias (Convenio de Londres sobre vertimiento) establece:
Se han hecho propuestas para reactores que consumen desechos nucleares y los transmutan en otros desechos nucleares menos dañinos o de vida más corta. En particular, el reactor rápido integral fue un reactor nuclear propuesto con un ciclo de combustible nuclear que no producía desechos transuránicos y, de hecho, podía consumir desechos transuránicos. Se llegó a realizar pruebas a gran escala, pero finalmente fue cancelado por el gobierno de los Estados Unidos. Otro enfoque, considerado más seguro pero que requiere más desarrollo, es dedicar reactores subcríticos a la transmutación de los elementos transuránicos sobrantes.
Un isótopo presente en los residuos nucleares y que representa un problema de proliferación es el Pu-239. La gran cantidad de plutonio que se encuentra en existencia es resultado de su producción en reactores alimentados con uranio y del reprocesamiento de plutonio apto para armas durante el programa de armas. Una opción para deshacerse de este plutonio es utilizarlo como combustible en reactores de agua ligera (LWR) tradicionales. Se están estudiando varios tipos de combustible con diferentes eficiencias de destrucción del plutonio.
En abril de 1977, el presidente Carter prohibió la transmutación en Estados Unidos debido al peligro de proliferación del plutonio, [108] pero el presidente Reagan anuló la prohibición en 1981. [109] Debido a las pérdidas económicas y los riesgos, la construcción de plantas de reprocesamiento durante este tiempo no se reanudó. Debido a la alta demanda de energía, el trabajo sobre el método ha continuado en la Unión Europea (UE). Esto ha dado como resultado un reactor de investigación nuclear práctico llamado Myrrha en el que es posible la transmutación. Además, se ha iniciado un nuevo programa de investigación llamado ACTINET en la UE para hacer posible la transmutación a escala industrial. Según la Asociación Mundial de Energía Nuclear (GNEP) del presidente estadounidense Bush de 2007, Estados Unidos está promoviendo activamente la investigación sobre tecnologías de transmutación necesarias para reducir notablemente el problema del tratamiento de residuos nucleares. [110]
También se han realizado estudios teóricos que implican el uso de reactores de fusión como los llamados "quemadores de actínidos", donde un plasma de reactor de fusión como en un tokamak , podría ser "dopado" con una pequeña cantidad de átomos transuránicos "menores" que se transmutarían (es decir, se fisionarían en el caso de los actínidos) en elementos más ligeros tras su bombardeo sucesivo por los neutrones de muy alta energía producidos por la fusión de deuterio y tritio en el reactor. Un estudio del MIT encontró que sólo 2 o 3 reactores de fusión con parámetros similares a los del Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER) podrían transmutar toda la producción anual de actínidos menores de todos los reactores de agua ligera que operan actualmente en la flota de Estados Unidos y, al mismo tiempo, generar aproximadamente 1 gigavatio de energía de cada reactor. [111]
El ganador del Premio Nobel de Física 2018, Gérard Mourou, ha propuesto utilizar la amplificación de pulsos chirped para generar pulsos láser de alta energía y baja duración, ya sea para acelerar deuterones en un blanco de tritio, causando eventos de fusión que produzcan neutrones rápidos, o para acelerar protones para la espalación de neutrones , con cualquiera de los métodos destinados a la transmutación de desechos nucleares. [112] [113] [114]
El combustible nuclear gastado contiene abundante uranio fértil y trazas de materiales fisionables. [20] Se pueden utilizar métodos como el proceso PUREX para eliminar actínidos útiles para la producción de combustible nuclear activo.
Otra opción es encontrar aplicaciones para los isótopos presentes en los residuos nucleares, de modo de reutilizarlos . [115] Ya se extraen el cesio-137, el estroncio-90 y algunos otros isótopos para ciertas aplicaciones industriales, como la irradiación de alimentos y los generadores termoeléctricos de radioisótopos . Si bien la reutilización no elimina la necesidad de gestionar los radioisótopos, puede reducir la cantidad de residuos producidos.
El método de producción de hidrocarburos con asistencia nuclear, [116] solicitud de patente canadiense 2.659.302, es un método para el almacenamiento temporal o permanente de materiales de desechos nucleares que comprende la colocación de los materiales de desecho en uno o más depósitos o pozos construidos en una formación petrolífera no convencional . El flujo térmico de los materiales de desecho fractura la formación y altera las propiedades químicas y/o físicas del material de hidrocarburos dentro de la formación subterránea para permitir la eliminación del material alterado. Se produce una mezcla de hidrocarburos, hidrógeno y/u otros fluidos de formación a partir de la formación. La radiactividad de los desechos radiactivos de alto nivel proporciona resistencia a la proliferación del plutonio colocado en la periferia del depósito o en la parte más profunda de un pozo.
Los reactores reproductores pueden funcionar con U-238 y elementos transuránicos, que constituyen la mayor parte de la radiactividad del combustible gastado en el lapso de tiempo de 1.000 a 100.000 años.
La eliminación espacial es atractiva porque elimina los desechos nucleares del planeta. Tiene desventajas significativas, como el potencial de una falla catastrófica de un vehículo de lanzamiento , que podría esparcir material radiactivo a la atmósfera y alrededor del mundo. Se requeriría un gran número de lanzamientos porque ningún cohete individual podría transportar gran parte del material en relación con la cantidad total que necesita ser eliminada. Esto hace que la propuesta sea económicamente impráctica y aumenta el riesgo de uno o más fracasos de lanzamiento. [117] Para complicar aún más las cosas, se necesitarían establecer acuerdos internacionales sobre la regulación de un programa de este tipo. [118] Los costos y la confiabilidad inadecuada de los sistemas de lanzamiento de cohetes modernos para la eliminación espacial han sido uno de los motivos del interés en sistemas de lanzamiento espacial no cohetes , como los impulsores de masa , los ascensores espaciales y otras propuestas. [119]
Suecia y Finlandia son los países que más han avanzado en el compromiso con una determinada tecnología de eliminación, mientras que muchos otros reprocesan el combustible gastado o contratan a Francia o Gran Bretaña para que lo hagan, recuperando el plutonio y los desechos de alto nivel resultantes. "En muchos países se está produciendo una acumulación cada vez mayor de plutonio procedente del reprocesamiento... Es dudoso que el reprocesamiento tenga sentido económico en el actual entorno de uranio barato". [120]
En muchos países europeos (por ejemplo, Gran Bretaña, Finlandia, Países Bajos, Suecia y Suiza) el riesgo o límite de dosis para un miembro del público expuesto a la radiación de una futura instalación de desechos nucleares de alto nivel es considerablemente más estricto que el sugerido por la Comisión Internacional de Protección Radiológica o propuesto en los Estados Unidos. Los límites europeos son a menudo más estrictos que el estándar sugerido en 1990 por la Comisión Internacional de Protección Radiológica por un factor de 20, y más estrictos por un factor de diez que el estándar propuesto por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) para el depósito de desechos nucleares de Yucca Mountain durante los primeros 10.000 años después del cierre. [121]
El estándar propuesto por la EPA de los EE. UU. para más de 10 000 años es 250 veces más permisivo que el límite europeo. [121] La EPA de los EE. UU. propuso un límite legal de un máximo de 3,5 milisieverts (350 milirem ) anualmente para cada individuo local después de 10 000 años, lo que sería hasta varios por ciento de [ vago ] la exposición que actualmente reciben algunas poblaciones en las regiones de fondo natural más altas de la Tierra, aunque el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) predijo que la dosis recibida sería muy inferior a ese límite . [122] En un período de miles de años, después de que los radioisótopos de vida media corta más activos se desintegraran, enterrar los desechos nucleares estadounidenses aumentaría la radiactividad en los primeros 2000 pies de roca y suelo de los Estados Unidos (10 millones de km2 ) en aproximadamente 1 parte en 10 millones sobre la cantidad acumulada de radioisótopos naturales en tal volumen, pero la vecindad del sitio tendría una concentración mucho mayor de radioisótopos artificiales bajo tierra que ese promedio. [123]
Después de una seria oposición a los planes y negociaciones entre Mongolia con Japón y los Estados Unidos para construir instalaciones de residuos nucleares en Mongolia, Mongolia detuvo todas las negociaciones en septiembre de 2011. Estas negociaciones habían comenzado después de que el subsecretario de Energía de los EE. UU., Daniel Poneman, visitara Mongolia en septiembre de 2010. Las conversaciones tuvieron lugar en Washington, DC entre funcionarios de Japón, Estados Unidos y Mongolia en febrero de 2011. Después de esto, los Emiratos Árabes Unidos (EAU), que querían comprar combustible nuclear de Mongolia, se unieron a las negociaciones. Las conversaciones se mantuvieron en secreto y, aunque el Mainichi Daily News informó sobre ellas en mayo, Mongolia negó oficialmente la existencia de estas negociaciones. Alarmados por esta noticia, los ciudadanos mongoles protestaron contra los planes y exigieron al gobierno que los retirara y revelara información. El presidente mongol Tsakhiagiin Elbegdorj emitió una orden presidencial el 13 de septiembre prohibiendo todas las negociaciones con gobiernos extranjeros u organizaciones internacionales sobre planes de almacenamiento de residuos nucleares en Mongolia. [124] El gobierno mongol ha acusado al periódico de distribuir afirmaciones falsas por todo el mundo. Tras la orden presidencial, el presidente mongol despidió al individuo que supuestamente estuvo involucrado en estas conversaciones.
Las autoridades italianas están investigando a un clan mafioso de la 'Ndrangheta acusado de traficar y verter ilegalmente residuos nucleares. Según un denunciante , un director de la agencia estatal de investigación energética italiana Enea pagó al clan para deshacerse de 600 bidones de residuos tóxicos y radiactivos procedentes de Italia, Suiza, Francia, Alemania y Estados Unidos, con destino a Somalia , donde los residuos fueron enterrados tras sobornar a políticos locales. Se sospecha que antiguos empleados de Enea pagaron a los criminales para que se quitaran los residuos de encima en los años 1980 y 1990. Los envíos a Somalia continuaron en los años 1990, mientras que el clan 'Ndrangheta también hizo estallar barcos cargados de residuos, incluidos residuos hospitalarios radiactivos, enviándolos al lecho marino frente a la costa de Calabria . [125] Según el grupo ecologista Legambiente , antiguos miembros de la 'Ndrangheta han dicho que les pagaron para hundir barcos con material radiactivo durante los últimos 20 años. [126]
En 2008, las autoridades afganas acusaron a Pakistán de verter ilegalmente residuos nucleares en las zonas meridionales de Afganistán cuando los talibanes estaban en el poder entre 1996 y 2001. [127] El gobierno paquistaní negó la acusación .
Se han producido algunos incidentes cuando el material radiactivo se eliminó de forma inadecuada, el blindaje durante el transporte fue defectuoso o simplemente se abandonó o incluso se lo robó de un almacén de residuos. [128] En la Unión Soviética, los residuos almacenados en el lago Karachay fueron arrastrados por el viento durante una tormenta de polvo después de que el lago se hubiera secado parcialmente. [129] En Italia, varios depósitos de residuos radiactivos dejaron que el material fluyera hacia el agua del río, contaminando así el agua para uso doméstico. [130] En Francia, en el verano de 2008, ocurrieron numerosos incidentes: [131] en uno, en la planta de Areva en Tricastin , se informó de que, durante una operación de drenaje, un líquido que contenía uranio sin tratar se desbordó de un tanque defectuoso y unos 75 kg de material radiactivo se filtraron al suelo y, desde allí, a dos ríos cercanos; [132] en otro caso, más de 100 empleados fueron contaminados con bajas dosis de radiación. [133] Existen preocupaciones persistentes en torno al deterioro del sitio de desechos nucleares en el atolón Enewetak de las Islas Marshall y un posible derrame radiactivo. [134]
La recuperación de material radiactivo abandonado ha sido la causa de varios otros casos de exposición a la radiación , principalmente en países en desarrollo , que pueden tener menos regulación de sustancias peligrosas (y a veces menos educación general sobre la radiactividad y sus peligros) y un mercado para los bienes recuperados y la chatarra. Los recolectores y quienes compran el material casi siempre desconocen que el material es radiactivo y se lo selecciona por su estética o valor como chatarra. [135] La irresponsabilidad por parte de los propietarios del material radiactivo, generalmente un hospital, una universidad o el ejército, y la ausencia de regulación sobre los desechos radiactivos, o la falta de aplicación de dichas regulaciones, han sido factores significativos en las exposiciones a la radiación. Para un ejemplo de un accidente que involucró chatarra radiactiva procedente de un hospital, véase el accidente de Goiânia . [135]
Es poco probable que los accidentes de transporte que involucran combustible nuclear gastado proveniente de plantas de energía tengan consecuencias graves debido a la resistencia de los contenedores de transporte de combustible nuclear gastado . [136]
El 15 de diciembre de 2011, el portavoz principal del gobierno japonés, Osamu Fujimura, admitió que se habían encontrado sustancias nucleares en los desechos de las instalaciones nucleares japonesas. Aunque Japón se comprometió en 1977 a realizar inspecciones en el acuerdo de salvaguardia con el OIEA, los informes se mantuvieron en secreto para los inspectores del Organismo Internacional de Energía Atómica. [ cita requerida ] Japón inició conversaciones con el OIEA sobre las grandes cantidades de uranio enriquecido y plutonio que se descubrieron en los desechos nucleares retirados por los operadores nucleares japoneses. [ cita requerida ] En la conferencia de prensa, Fujimura dijo: "Basándonos en las investigaciones realizadas hasta ahora, la mayoría de las sustancias nucleares se han gestionado adecuadamente como desechos y, desde esa perspectiva, no hay ningún problema en la gestión de la seguridad", pero según él, el asunto todavía estaba siendo investigado en ese momento. [ 137 ]
![Símbolo de peligro de radiactividad ISO 2007 destinado a fuentes de categorías 1, 2 y 3 del OIEA definidas como fuentes peligrosas capaces de causar la muerte o lesiones graves[138]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/35/Logo_iso_radiation.svg/1280px-Logo_iso_radiation.svg.png){kind=logo}
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