Los desechos radiactivos son un tipo de desechos peligrosos que contienen material radiactivo . Los desechos radiactivos son el resultado de muchas actividades, incluida 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 eliminación de desechos radiactivos está regulado por agencias gubernamentales con el fin de proteger la salud humana y el medio ambiente.
Los desechos radiactivos se clasifican en términos generales en desechos de baja actividad (LLW), como papel, trapos, herramientas y ropa, que contienen pequeñas cantidades de radiactividad, en su mayoría de corta duración, desechos de actividad intermedia (ILW), que contienen mayores cantidades de radiactividad y requiere cierto blindaje, y los residuos de alta actividad (HLW), que son altamente radiactivos y calientes debido al calor de desintegración, por lo que requieren refrigeración y blindaje.
En las plantas de reprocesamiento nuclear, alrededor del 96% del combustible nuclear gastado se recicla nuevamente para convertirlo en combustibles a base de uranio y de óxidos mixtos (MOX) . El 4% residual son actínidos menores y productos de fisión , los últimos de los cuales son una mezcla de elementos estables y de rápida descomposición (probablemente ya se hayan descompuesto en la piscina de combustible gastado ), productos de fisión de vida media como estroncio-90 y cesio-137 y finalmente siete productos de fisión de larga vida con vidas medias de cientos de miles a millones de años. Los actínidos menores, por su parte, son elementos pesados distintos del uranio y el plutonio, que se crean mediante captura de neutrones . Su vida media oscila entre años y millones de años y, como emisores alfa , son especialmente radiotóxicos. Si bien existen usos propuestos (y en mucho menor medida actuales) para todos esos elementos, el reprocesamiento a escala comercial mediante el proceso PUREX los elimina como desechos junto con los productos de fisión. Posteriormente, los residuos se convierten en una cerámica similar al vidrio para su almacenamiento en un depósito geológico profundo .
El tiempo de almacenamiento de los residuos radiactivos depende del tipo de residuos y de los isótopos radiactivos que contienen. Los enfoques a corto plazo para el almacenamiento de desechos radiactivos han sido la segregación y el almacenamiento en la superficie o cerca de la superficie. El entierro en un depósito geológico profundo es una solución preferida para el almacenamiento a largo plazo de desechos de alta actividad, mientras que la reutilización y la transmutación son soluciones preferidas para reducir el inventario de HLW. Los límites al reciclaje del combustible nuclear gastado son regulatorios y económicos, así como la cuestión de la contaminación radiactiva si los procesos de separación química no pueden alcanzar una pureza muy alta. Además, pueden estar presentes elementos tanto en isótopos útiles como problemáticos, lo que requeriría una separación de isótopos costosa y que consumiría mucha energía para su uso, una perspectiva actualmente antieconómica.
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 como parte de una convención conjunta de la Agencia Internacional de Energía Atómica (OIEA). [2]
Una cantidad de residuos radiactivos suele estar formada por una serie de radionucleidos , que son isótopos inestables de elementos que se desintegran y, por tanto, emiten radiación ionizante , que es perjudicial para los seres humanos y el medio ambiente. Los diferentes isótopos emiten diferentes tipos y niveles de radiación, que duran diferentes períodos de tiempo.
La radiactividad de todos los residuos radiactivos se debilita con el tiempo. Todos los radionucleidos contenidos en los desechos tienen una vida media : el tiempo que tarda la mitad de los átomos en desintegrarse en otro nucleido . Con el tiempo, todos los desechos 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 . [3] Las dos tablas muestran algunos de los principales radioisótopos, sus vidas medias y su rendimiento de radiación como proporción del rendimiento de 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 humanos. [4] Las propiedades químicas del elemento radiactivo determinarán qué tan móvil es la sustancia y qué probabilidad hay de que se propague al medio ambiente y contamine a los humanos. [5] Esto se complica aún más por el hecho de que muchos radioisótopos no se desintegran inmediatamente a un estado estable, sino más bien a 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 radiaciones ionizantes. En humanos, una dosis de 1 sievert conlleva un riesgo del 5,5 % de desarrollar cáncer, [6] y las agencias reguladoras asumen que el riesgo es linealmente proporcional a la dosis, incluso para dosis bajas. La radiación ionizante puede provocar deleciones en los cromosomas. [7] Si se irradia un organismo en desarrollo, como un feto , es posible que se induzca un defecto de nacimiento , pero es poco probable que este defecto se produzca en un gameto o en una célula formadora de gametos . La incidencia de mutaciones inducidas por la radiación en humanos es pequeña, como en la mayoría de los mamíferos, debido a mecanismos naturales de reparación celular, muchos de los cuales acaban de salir a la luz. Estos mecanismos van desde la reparación del ADN, el ARNm y las proteínas, hasta la digestión lisosómica interna de proteínas defectuosas e incluso el suicidio celular inducido: la apoptosis [8].
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 determinada actividad 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 efectividad biológica relativa alta , lo que la hace mucho más dañina para los tejidos por cantidad de energía depositada. Debido a estas diferencias, las reglas que determinan el daño biológico 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 países con plantas de energía nuclear, 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 residuos del extremo inicial del ciclo del combustible nuclear suelen ser residuos emisores alfa procedentes de la extracción de uranio. A menudo contiene radio y sus productos de descomposición.
El concentrado de dióxido de uranio (UO 2 ) procedente de la minería es 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 ensamblaje como elemento combustible del reactor. [14]
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 como UF 6 o como U 3 O 8 . Algunos se utilizan en aplicaciones donde su densidad extremadamente alta los hace valiosos, como proyectiles antitanque y, al menos en una ocasión , incluso en la quilla de un velero . [15] También se utiliza con plutonio para producir combustible de óxidos mixtos (MOX) y para diluir o mezclar uranio altamente enriquecido procedente de arsenales de armas que ahora se está redirigiendo para convertirse en combustible para reactores.
La parte final del ciclo del combustible nuclear, en su mayoría barras de combustible gastadas , 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), plutonio-238 (87,7 años) y americio-241 (432 años), e incluso en ocasiones 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 producir combustible del reprocesamiento de combustible usado. El combustible usado contiene productos de fisión altamente radiactivos (ver desechos de alta actividad a continuación). Muchos de ellos son absorbentes de neutrones, denominados en este contexto venenos de neutrones . Estos eventualmente se acumulan hasta un nivel en el que absorben tantos neutrones que la reacción en cadena se detiene, incluso con las barras de control retiradas por completo. En ese momento, el combustible del reactor debe sustituirse por combustible nuevo, aunque todavía quede una cantidad sustancial de uranio-235 y plutonio . En Estados Unidos, este combustible usado generalmente se "almacena", mientras que en otros países como Rusia, el Reino Unido, Francia, Japón e India, el combustible se reprocesa para eliminar los productos de fisión y luego se puede volver a procesar. -usado. [16] Los productos de fisión extraídos del combustible son una forma concentrada de desechos de alto nivel, al igual que los productos químicos utilizados en el proceso. Mientras que la mayoría de los países reprocesan el combustible mediante ciclos únicos de plutonio, la India está planificando múltiples planes de reciclaje de plutonio [17] y Rusia aplica ciclos cerrados. [18]
El uso de diferentes combustibles en los reactores nucleares da como resultado una composición diferente del combustible nuclear gastado (SNF), con curvas de actividad variables. El material más abundante es el U-238 con otros isótopos de uranio, otros actínidos, productos de fisión y productos de activación. [19]
Los desechos radiactivos de larga vida provenientes de la parte final del ciclo del combustible son especialmente relevantes al diseñar un plan completo de gestión de desechos para SNF. Cuando se analiza la desintegración radiactiva a largo plazo, los actínidos del SNF tienen una influencia significativa debido a su característica vida media larga. 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 . Th-232 es un material fértil que puede sufrir una reacción de captura de neutrones y dos desintegraciones beta menos, lo que resulta en la producción de U-233 fisionable . 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, alrededor de un millón de años. En la figura 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 apto para reactores (RGPu), torio con plutonio apto para armas (WGPu) y combustible de óxidos mixtos (MOX, sin torio). Para RGPu y WGPu, se puede ver la cantidad inicial de U-233 y su desintegración hace aproximadamente 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 hijos en el combustible MOX da como resultado una menor actividad en la región 3 de la figura de abajo a la derecha, mientras que para RGPu y WGPu la curva se mantiene más alta debido a la presencia de U-233 que no se ha deteriorado del todo. El reprocesamiento nuclear puede eliminar los actínidos del combustible gastado para que puedan usarse o destruirse (ver Producto de fisión de larga duración § Actínidos ).
Dado que el uranio y el plutonio son materiales para armas nucleares , ha habido preocupaciones sobre su proliferación. Normalmente (en el combustible nuclear gastado), el plutonio es plutonio apto para reactores . Además del plutonio-239 , que es muy adecuado para la construcción de 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 fisionable (por ejemplo, enriquecimiento de uranio o reactores dedicados a la producción de plutonio). [20]
Los desechos de alta actividad están llenos de productos de fisión altamente radiactivos , la mayoría de los cuales tienen una vida relativamente corta. Esto es preocupante, ya que si los desechos se almacenan, tal vez en un almacenamiento geológico profundo, con el paso de muchos años los productos de fisión se desintegran, lo que disminuye la radiactividad de los desechos y facilita el acceso al plutonio. El contaminante indeseable Pu-240 se desintegra más rápido que el Pu-239 y, por tanto, la calidad del material de la bomba aumenta con el tiempo (aunque su cantidad también disminuye durante ese tiempo). Por lo tanto, algunos han argumentado que, con el paso del tiempo, estas áreas de almacenamiento profundas tienen el potencial de convertirse en "minas de plutonio", de las cuales 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 profundas y selladas hace que sean preferibles otros métodos. Específicamente, 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 requeridos tienen altos costos de capital. [21]
El Pu-239 se desintegra en U-235, que es apto para armas y tiene una vida media muy larga (aproximadamente 10,9 años ). Por tanto, el plutonio puede desintegrarse y dejar 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 continúa 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 rápidos pirometalúrgicos , el plutonio y el uranio separados están contaminados por actínidos y no pueden utilizarse para armas nucleares.
Es poco probable que los residuos del desmantelamiento de armas nucleares contengan mucha actividad beta o gamma aparte del tritio y el americio . Es más probable que contenga actínidos emisores de alfa, como el Pu-239, que es un material fisible utilizado en bombas, además de algún material con actividades específicas mucho mayores, como el Pu-238 o Po.
En el pasado, el disparador 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 modernas normalmente no se hacen públicos.
Algunos diseños pueden 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 fisionable de una bomba antigua que debe ser reacondicionada contenga productos de desintegración de los isótopos de plutonio utilizados en ella; es probable que estos incluyan U-236 procedente de impurezas de Pu-240, además de algo de U-235 procedente de la desintegración de el Pu-239; Debido a la vida media relativamente larga de estos isótopos de Pu, estos desechos procedentes 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 radiactividad simple) que el propio Pu-239.
La desintegración beta del Pu-241 forma Am-241 ; Es probable que el crecimiento interno de americio sea un problema mayor que la desintegración de Pu-239 y Pu-240, ya que el americio es un emisor gamma (aumentando la exposición externa de los trabajadores) y es un emisor alfa que puede causar la generación de calor . El plutonio podría separarse del americio mediante varios procesos diferentes; estos incluirían procesos piroquímicos y extracción con disolventes acuosos/orgánicos . Un proceso de extracción truncado tipo PUREX sería un posible método para realizar la separación. El uranio natural no es fisible porque contiene 99,3% de U-238 y sólo 0,7% de U-235.
Debido a 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. Sólo en Estados Unidos, el Departamento de Energía afirma que hay "millones de galones de desechos radiactivos", así como "miles de toneladas de combustible y material nuclear gastado" y también "enormes cantidades de suelo y agua contaminados". [22] A pesar de las copiosas cantidades de residuos, el DOE ha fijado el objetivo de limpiar con éxito todos los sitios actualmente contaminados para 2025. [22] El sitio de Fernald , Ohio , por ejemplo, tenía "31 millones de libras de productos de uranio", "2,5 mil millones de libras de desechos", "2,75 millones de yardas cúbicas de suelo y escombros contaminados" y una "parte de 223 acres del Gran Acuífero de Miami subyacente tenía niveles de uranio superiores a los estándares para beber". [22] Estados Unidos tiene al menos 108 sitios designados como áreas contaminadas e inutilizables, a veces de muchos miles de acres. [22] [23] El DOE desea limpiar o mitigar muchos o todos para 2025, utilizando el método recientemente desarrollado de geofusión , [ cita necesaria ] sin embargo, la tarea puede ser difícil y reconoce que es posible que algunos nunca se remedien por completo. En sólo una de estas 108 designaciones más grandes, el Laboratorio Nacional Oak Ridge , había, 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 ). [22] Algunos de los sitios de EE. UU. eran de naturaleza más pequeña; sin embargo, los problemas de limpieza fueron más sencillos de abordar y el DOE completó con éxito la limpieza, o al menos el cierre, de varios sitios. [22]
Los desechos médicos radiactivos tienden a contener partículas beta y emisores de rayos gamma . Se puede dividir en dos clases principales. En medicina nuclear de diagnóstico se utilizan varios emisores gamma de vida corta, como el tecnecio-99m . Muchos de ellos pueden eliminarse dejándolos descomponerse durante un breve periodo de tiempo antes de eliminarlos como residuos normales. Otros isótopos utilizados en medicina, con vidas medias entre paréntesis, incluyen:
Los residuos de origen industrial pueden contener emisores alfa, beta , 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 petroleros . [24]
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 quema para producir cenizas concentradas), se convierte en material radiactivo natural tecnológicamente mejorado (TENORM). [26] Muchos de estos desechos son materia que emite partículas alfa provenientes 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 ), normalmente 17 miligramos en el cuerpo a la vez y una ingesta de 0,4 miligramos/día. [27] 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.
Por lo general, oscila entre 1 milisievert (mSv) y 13 mSv al año, según la ubicación, la exposición promedio a la radiación de los radioisótopos naturales es de 2,0 mSv por persona al año en todo el mundo. [28] Esto constituye la mayor parte de la dosis total típica (con una exposición media anual de otras fuentes que 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 Chernobyl y 0,0002 mSv del ciclo del combustible nuclear). [28]
TENORM no está regulado tan restrictivamente como los residuos de reactores nucleares, aunque no existen diferencias significativas en los riesgos radiológicos de estos materiales. [29]
El carbón contiene una pequeña cantidad de uranio, bario, torio y potasio radiactivos, pero, en el caso del carbón puro, esta es significativamente menor que la concentración promedio de esos elementos en la corteza terrestre . Los estratos circundantes, ya sean de esquisto o lutita, a menudo contienen un poco más que el promedio y esto también puede reflejarse en el contenido de cenizas de los carbones "sucios". [25] [30] Los minerales de ceniza más activos se concentran en las cenizas volantes precisamente porque no se queman bien. [25] 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. [31] Según informes del Consejo Nacional de Mediciones y Protección Radiológica (NCRP) de EE. UU., la exposición de la población a las centrales eléctricas de 1.000 MWe asciende a 490 personas-rem/año en el caso de las centrales de carbón, 100 veces mayor que la de las centrales nucleares (4,8 personas-rem/año). -rem/año). La exposición del ciclo completo del combustible nuclear, desde la minería hasta la eliminación de desechos, es de 136 personas-rem/año; el valor correspondiente al uso del carbón desde la minería hasta la eliminación de residuos es "probablemente desconocido". [25]
Los residuos de la industria del petróleo y el gas contienen a menudo radio y sus productos de descomposición. Las incrustaciones de sulfato de un pozo de petróleo pueden ser muy ricas en radio, mientras que el agua, el petróleo y el gas de un pozo a menudo contienen radón . El radón se desintegra formando 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 suele ser una de las áreas más contaminadas de la planta, ya que el radón tiene un punto de ebullición similar al del propano. [32]
Los elementos radiactivos son un problema industrial en algunos pozos petroleros 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 supone un desafío tecnológico. En Estados Unidos, sin embargo, la salmuera está exenta de las normas sobre residuos peligrosos y puede eliminarse independientemente del contenido de sustancias radiactivas o tóxicas desde los años 1980. [33]
Debido a la aparición natural de elementos radiactivos como el torio y el radio en los minerales de tierras raras , las operaciones mineras también dan lugar a la producción de residuos y depósitos minerales que son ligeramente radiactivos. [34]
La clasificación de los residuos radiactivos varía según el país. La OIEA, que publica las Normas de seguridad para residuos radiactivos (RADWASS), también desempeña un papel importante. [35] Proporción de diversos tipos de residuos generados en el Reino Unido: [36]
Los relaves de uranio son subproductos de desecho que quedan del procesamiento aproximado del mineral que contiene uranio . No son significativamente radiactivos. Los relaves de las fábricas a veces se denominan desechos 11(e)2 , de la sección de la Ley de Energía Atómica de 1946 que los define. Los relaves de las fábricas de uranio también suelen contener 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 molinos de uranio .
Aunque los relaves de las fábricas no son muy radiactivos, tienen vidas medias largas. Los relaves de las fábricas suelen contener radio, torio y trazas de uranio. [37]
Los residuos de baja actividad (LLW) se generan en hospitales e industrias, así como en el ciclo del combustible nuclear . Los desechos 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 comúnmente se designan como LLW como medida de precaución, incluso si existe sólo una posibilidad remota de estar contaminados con materiales radiactivos. Estos LLW normalmente no presentan una radiactividad mayor a la que cabría esperar del mismo material desechado en un área no activa, como un bloque de oficinas normal. Los ejemplos de LLW incluyen trapos de limpieza, trapeadores, tubos médicos, cadáveres de animales de laboratorio y más. [38] Los residuos de LLW representan el 94% de todo el volumen de residuos radiactivos en el Reino Unido, la mayoría de ellos eliminados en Cumbria , primero en zanjas tipo vertedero y ahora utilizando contenedores metálicos inyectados que se apilan en bóvedas de hormigón. Un nuevo emplazamiento en el norte de Escocia es el de Dounreay , que está preparado para resistir un tsunami de 4 m. [1] [1]
Algunos LLW de alta actividad requieren protección durante su manipulación y transporte, pero la mayoría de los LLW son adecuados para entierros en terrenos poco profundos. Para reducir su volumen, a menudo se compacta o incinera antes de su eliminación. Los residuos de baja actividad se dividen en cuatro clases: clase A , clase B , clase C y mayores que la clase C ( GTCC ).
Los residuos de actividad intermedia (ILW) contienen mayores cantidades de radiactividad en comparación con los residuos de actividad baja. Generalmente requiere protección, pero no refrigeración. [39] Los desechos de actividad intermedia incluyen resinas , lodos químicos y revestimientos metálicos de combustible nuclear , así como materiales contaminados procedentes del desmantelamiento de reactores. Puede solidificarse en hormigón o betún o mezclarse con arena de sílice y vitrificarse para su eliminación. Como regla general, los desechos de vida corta (principalmente materiales no combustibles provenientes de reactores) se entierran en depósitos poco profundos, mientras que los desechos de vida larga (procedentes del combustible y su reprocesamiento) se depositan en depósitos geológicos. Las regulaciones en los Estados Unidos no definen esta categoría de desechos; el término se utiliza en Europa y en otros lugares. ILW genera el 6% de todo el volumen de residuos radiactivos en el Reino Unido. [1]
Los residuos de alta actividad (HLW) se producen en los reactores nucleares y en el reprocesamiento del combustible nuclear. [40] La definición exacta de HLW difiere a nivel internacional. Después de que una barra de combustible nuclear cumple un ciclo de combustible y se retira del núcleo, se considera HLW. [41] Las barras de combustible gastadas 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 desechos radiactivos producidos en el Reino Unido. En total, el programa nuclear del Reino Unido, que duró 60 años y hasta 2019, produjo 2.150 m 3 de HLW. [1]
Los desechos radiactivos de las barras de combustible gastadas consisten principalmente en cesio-137 y estroncio-90, pero también pueden incluir plutonio, que puede considerarse desechos transuránicos. [37] Las vidas medias de estos elementos radiactivos pueden diferir extremadamente. 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. [37]
La cantidad de HLW en todo el mundo está aumentando actualmente en unas 12.000 toneladas cada año. [42] Una central nuclear de 1.000 megavatios produce alrededor de 27 toneladas de combustible nuclear gastado (sin reprocesar) cada año. [43] A modo de comparación, la cantidad de cenizas producidas por las centrales eléctricas de carbón sólo en los Estados Unidos se estima en 130.000.000 t por año [44] y se estima que las cenizas volantes liberan 100 veces más radiación que una central nuclear equivalente. [45]
En 2010, se estimó que en todo el mundo se almacenaban unas 250.000 toneladas de HLW nucleares. [46] Esto no incluye las cantidades que se han escapado al medio ambiente debido a accidentes o pruebas. Se estima que Japón tenía almacenadas 17.000 toneladas de HLW en 2015. [47] En 2019, Estados Unidos tenía más de 90.000 t de HLW. [48] Los HLW han sido enviados a otros países para ser almacenados o reprocesados y, en algunos casos, devueltos 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. [49] La mayoría de los científicos coinciden en que la principal solución propuesta a largo plazo es el enterramiento geológico profundo, ya sea en una mina o en un pozo profundo. [50] [51] A partir de 2019, no hay ningún sitio civil dedicado a desechos nucleares de alta actividad en funcionamiento [49] ya que pequeñas cantidades de HLW no justificaban la inversión antes. Finlandia se encuentra en una etapa avanzada de la construcción del depósito de combustible nuclear gastado de Onkalo , cuya inauguración está prevista para 2025 a 400-450 m de profundidad. Francia se encuentra 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 construir una instalación de 680 m de profundidad cerca del lago Hurón en Ontario. La República de Corea planea abrir un sitio alrededor de 2028. [1] El sitio en Suecia cuenta con un 80% de apoyo de los residentes locales a partir de 2020. [52]
La Operación Morris en el condado de Grundy, Illinois , es actualmente el único sitio de almacenamiento de desechos radiactivos de alto nivel de facto en los Estados Unidos.
Los desechos transuránicos (TRUW), según lo definen las regulaciones estadounidenses, son, sin importar su forma u origen, desechos contaminados con radionucleidos transuránicos emisores alfa con vidas medias superiores a 20 años y concentraciones superiores a 100 nCi /g (3,7 MBq /kg). ), excluidos los residuos de alta actividad. Los elementos que tienen un número atómico mayor que el uranio se llaman transuránicos ("más allá del uranio"). Debido a su larga vida media, los TRUW se eliminan con más precaución que los desechos de nivel bajo o intermedio. En Estados Unidos surge principalmente de la producción de armas nucleares, y consiste en ropa, herramientas, trapos, residuos, escombros y otros artículos contaminados con pequeñas cantidades de elementos radiactivos (principalmente plutonio ).
Según la legislación estadounidense, los desechos transuránicos se clasifican además en "manipulados por contacto" (CH) y "manipulados a distancia" (RH) sobre la base de la tasa de dosis de radiación medida en la superficie del contenedor de desechos. CH TRUW tiene una tasa de dosis en superficie no superior a 200 mrem /h (2 mSv/h), mientras que RH TRUW tiene una tasa de dosis en superficie de 200 mrem/h (2 mSv/h) o mayor. CH TRUW no tiene la muy alta radiactividad de los desechos de alto nivel, ni su alta generación de calor, pero RH TRUW puede ser altamente radiactivo, con tasas de dosis en superficie de hasta 1.000.000 mrem/h (10.000 mSv/h). Actualmente, Estados Unidos elimina las TRUW generadas en instalaciones militares en la Planta Piloto de Aislamiento de Residuos (WIPP) en una formación salina profunda en Nuevo México . [53]
Una forma futura de reducir la acumulación de desechos es eliminar gradualmente los reactores actuales en favor de reactores de Generación IV , que producen menos desechos por 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. [54]
La Autoridad de Desmantelamiento Nuclear del Reino Unido publicó un documento de posición en 2014 sobre los avances en los enfoques para la gestión del plutonio separado, que resume las conclusiones del trabajo que la NDA compartió con el gobierno del Reino Unido. [55]
De particular preocupación en la gestión de desechos nucleares son dos productos de fisión de larga vida, 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 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). [56] Los desechos nucleares requieren un tratamiento y una gestión sofisticados para aislarlos con éxito de la interacción con la biosfera . Esto suele requerir un tratamiento, seguido de una estrategia de gestión a largo plazo que incluya el almacenamiento, la eliminación o la transformación de los residuos en una forma no tóxica. [57] Los gobiernos de todo el mundo están considerando una variedad de opciones de gestión y eliminación de residuos, aunque ha habido avances limitados hacia soluciones de gestión de residuos a largo plazo. [58]
En la segunda mitad del siglo XX, las naciones nucleares investigaron varios métodos de eliminación de desechos radiactivos, [61] que son:
En Estados Unidos, la política de gestión de residuos fracasó por completo con el fin de las obras del incompleto depósito de Yucca Mountain . [63] En la actualidad hay 70 emplazamientos de centrales nucleares donde se almacena el combustible gastado . El presidente Obama nombró una Comisión del Listón Azul para estudiar opciones futuras para este y futuros residuos. Parece preferirse un depósito geológico profundo. [63] El ganador del Premio Nobel de Física de 2018 , Gérard Mourou, propuso utilizar la amplificación de pulso Chirped para generar pulsos láser de alta energía y baja duración para transmutar material altamente radiactivo (contenido en un objetivo) y reducir significativamente su vida media, de miles. de años a sólo unos pocos minutos. [64] [65]
El almacenamiento a largo plazo de desechos radiactivos requiere la estabilización de los desechos en una forma que no reaccione ni se degrade durante períodos prolongados. Se teoriza que una forma de hacerlo podría ser mediante la vitrificación. [66] Actualmente en Sellafield los residuos de alta actividad ( refinado de primer ciclo PUREX ) se mezclan con azúcar y luego se calcinan. La calcinación implica pasar los desechos a través de un tubo giratorio calentado. Los propósitos de la calcinación son evaporar el agua de los desechos y desnitrar los productos de fisión para ayudar a la estabilidad del vidrio producido. [67]
La "calcina" generada se introduce continuamente en un horno calentado por inducción con vidrio fragmentado . [68] El vidrio resultante es una sustancia nueva en la que los productos de desecho se unen a la matriz de vidrio cuando se solidifica. Como masa fundida, este producto se vierte en recipientes cilíndricos de acero inoxidable ("cilindros") en un proceso por lotes. Cuando se enfría, el líquido se solidifica ("vitrifica") en el vidrio. Una vez formado, el vidrio es muy resistente al agua. [69]
Después de llenar un cilindro, se suelda una junta a la culata. 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. [70]
El vidrio dentro de un cilindro suele ser una sustancia negra brillante. Todo este trabajo (en el Reino Unido) se realiza mediante sistemas de celdas calientes . Se añade azúcar para controlar la química del rutenio y detener la formación del volátil RuO 4 que contiene isótopos radiactivos de rutenio . En Occidente, el vidrio es normalmente un vidrio de borosilicato (similar al Pyrex ), mientras que en la antigua Unión Soviética es normal utilizar un vidrio de fosfato . [71] La cantidad de productos de fisión en el vidrio debe limitarse porque algunos ( paladio , otros metales del grupo Pt y telurio ) tienden a formar fases metálicas que se separan del vidrio. La vitrificación masiva utiliza electrodos para derretir la tierra y los desechos, que luego se entierran bajo tierra. [72] En Alemania se utiliza una planta de vitrificación; Se trata de tratar los residuos de una pequeña planta de reprocesamiento de demostración que desde entonces ha sido cerrada. [67] [73]
La vitrificación no es la única forma de estabilizar los desechos en una forma que no reaccione ni se degrade durante períodos prolongados. También se utiliza la inmovilización mediante incorporación directa en un huésped cerámico cristalino a base de fosfato. [74] La química diversa de las cerámicas de fosfato en diversas condiciones demuestra que se trata de un material versátil que puede resistir la degradación química, térmica y radiactiva con el tiempo. Las propiedades de los fosfatos, particularmente los fosfatos cerámicos, de estabilidad en un amplio rango de pH, baja porosidad y minimización de desechos secundarios introducen posibilidades para nuevas técnicas de inmovilización de desechos.
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. La masa mucho menos radiactiva (después del tratamiento) suele ser descargada. Por ejemplo, es posible utilizar un flóculo de hidróxido férrico para eliminar metales radiactivos de mezclas acuosas. [75] 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 un residuo sólido. [76] Para obtener un mejor rendimiento a largo plazo (estabilidad mecánica) de estos encofrados, se pueden fabricar 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 (roca sintética) australiano es una forma más sofisticada de inmovilizar dichos desechos, y este proceso puede llegar a tener un uso comercial para desechos civiles (actualmente se está desarrollando para desechos militares de Estados Unidos). Synroc fue inventado por Ted Ringwood, un geoquímico de la Universidad Nacional de Australia . [77] El Synroc contiene minerales de tipo pirocloro y criptomelano. La forma original de Synroc (Synroc C) fue diseñada para los residuos líquidos de alta actividad (refinado PUREX) de un reactor de agua ligera . Los principales minerales de este Synroc son la hollandita (BaAl 2 Ti 6 O 16 ), la circonolita (CaZrTi 2 O 7 ) y la perovskita (CaTiO 3 ). La circonolita y la perovskita son huéspedes de los actínidos . El estroncio y el bario se fijarán en la perovskita. El cesio quedará fijado en la hollandita. En 2018 se inició la construcción de una instalación de tratamiento de residuos Synroc en ANSTO . [78]
El periodo de tiempo en cuestión cuando se trata de residuos radiactivos oscila entre 10.000 y 1.000.000 de años, [79] según estudios basados en el efecto de las dosis de radiación estimadas. [80] Los investigadores sugieren que las previsiones de deterioro de la salud para esos períodos deberían examinarse críticamente. [81] [82] Los estudios prácticos sólo consideran hasta 100 años en lo que respecta a la planificación efectiva [83] y las evaluaciones de costos [84] . El comportamiento a largo plazo de los desechos radiactivos sigue siendo objeto de proyectos de investigación en curso en materia de predicción geográfica . [85]
Las algas han mostrado selectividad por el estroncio en estudios, donde la mayoría de las plantas utilizadas en biorremediación no han mostrado selectividad entre calcio y estroncio, a menudo saturándose con calcio, que está presente en mayores cantidades en los desechos nucleares. El estroncio-90, con una vida media de unos 30 años, está clasificado como residuo de alta actividad. [86]
Los investigadores han observado la bioacumulación de estroncio por el alga Scenedesmus spinosus en aguas residuales simuladas. El estudio afirma una capacidad de biosorción altamente selectiva del estroncio de S. spinosus, lo que sugiere que puede ser apropiado para el uso de aguas residuales nucleares. [87] Un estudio del alga de estanque Closterium moniliferum utilizando estroncio no radiactivo encontró que variar la proporción de bario a estroncio en el agua mejoraba la selectividad del estroncio. [86]
El almacenamiento en contenedores secos normalmente implica tomar 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 residuos se pueden recuperar fácilmente para su reprocesamiento. [88]
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El proceso de selección de depósitos finales profundos apropiados para desechos de alta actividad y combustible gastado está actualmente en marcha en varios países y se espera que el primero entre en servicio en algún momento después de 2010. [ cita necesaria ] El concepto básico es ubicar una formación geológica grande y estable y utilizar tecnología minera para excavar un túnel, o máquinas perforadoras de túneles de gran diámetro (similares a las utilizadas para perforar el Túnel del Canal de Inglaterra a Francia) para perforar un pozo de 500 metros (1600 pies) a 1000 metros (3300 pies) por debajo de la superficie. donde se puedan excavar salas o bóvedas para la eliminación de desechos de alta actividad radiactiva. El objetivo es aislar permanentemente los residuos nucleares del entorno humano. Muchas personas siguen incómodas con el cese inmediato de la gestión de este sistema de eliminación, lo que sugiere que sería más prudente una gestión y un seguimiento perpetuos. [ cita necesaria ]
Debido a que algunas especies radiactivas tienen vidas medias superiores a un millón de años, se deben tener en cuenta incluso tasas muy bajas de fuga de contenedores y de migración de radionúclidos. [90] Además, puede requerir 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 encontró que la estimación del país de varios cientos de miles de años (tal vez hasta un millón de años) necesarios para el aislamiento de desechos estaba "plenamente justificada". [91]
El método propuesto de eliminación de desechos subductivos 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 de eliminación de desechos radiactivos [92] y, en 2001, como lo último en tecnología de eliminación de desechos nucleares. [93]
Otro enfoque denominado Remix & Return [94] combinaría desechos de alta actividad con relaves de minas y molinos de uranio hasta el nivel de radioactividad original del mineral de uranio y luego los reemplazaría en minas de uranio inactivas. Este enfoque tiene la ventaja de proporcionar puestos de trabajo a los mineros que también harían las veces de personal de eliminación y de facilitar un ciclo desde la cuna hasta la tumba para los materiales radiactivos, pero sería inadecuado para el combustible gastado de los reactores en ausencia de reprocesamiento, debido a la presencia de elementos radiactivos altamente tóxicos como el plutonio en su interior.
La eliminación de pozos profundos es el concepto de eliminación de desechos radiactivos de alto nivel de reactores nucleares en pozos extremadamente profundos. La eliminación 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 para 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 trazas de partes por millón, cada una sumando las 3 × 10 19 toneladas de masa de la corteza), entre otros radioisótopos naturales. [95] [96] [97] 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 los isótopos con vidas medias mucho más cortas que la mayor parte de los radioisótopos naturales se desintegraran.
En enero de 2013, el consejo del condado de Cumbria rechazó las propuestas del gobierno central del Reino Unido de comenzar a trabajar en un vertedero subterráneo de almacenamiento de residuos nucleares cerca del Parque Nacional Lake District . "Para cualquier comunidad anfitriona, habrá un paquete sustancial de beneficios comunitarios valorado en cientos de millones de libras", dijo Ed Davey, Secretario de Energía, pero aun así, el organismo electo local votó 7 a 3 en contra de continuar con la investigación, después de escuchar evidencia de geólogos independientes. que "era imposible confiar a los estratos fracturados del condado un material tan peligroso y un peligro que duraría milenios". [98] [99]
La eliminación de perforaciones horizontales describe propuestas para perforar más de un km verticalmente y dos km horizontalmente en la corteza terrestre, con el fin de eliminar formas de desechos de alto nivel, como el combustible nuclear gastado, el cesio-137 o el estroncio-90. Después del emplazamiento y del período de recuperación, [ se necesita aclaración ] los pozos de perforación se rellenarían y sellarían. Una empresa privada con sede en EE. UU. llevó a cabo una serie de pruebas de la tecnología en noviembre de 2018 y luego nuevamente de manera pública en enero de 2019. [100] 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 residuos reales de alto nivel en esta prueba. [101] [102]
El informe del Centro Común de Investigación de la Comisión Europea de 2021 (ver arriba) concluyó: [103]
La gestión de desechos 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, los residuos radiactivos se generan 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. Actualmente, existe un amplio consenso científico y técnico en el sentido de que, según los conocimientos actuales, la eliminación de residuos radiactivos de alta actividad y larga vida en formaciones geológicas profundas se considera un medio apropiado y seguro para aislarlos de la biosfera durante mucho tiempo. escalas de tiempo.
Desde 1946 hasta 1993, trece países utilizaron la eliminación o el vertimiento en los océanos como método para eliminar desechos nucleares/radiactivos con una aproximación de 200.000 toneladas provenientes principalmente de la industria médica, de investigación y nuclear. [104]
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 aproximadamente 140 años, según los datos del contenido de oxígeno registrados durante un período de 25 años. [105] Incluyen el entierro debajo de una llanura abisal estable , el entierro en una zona de subducción que lentamente llevaría los desechos hacia el manto de la Tierra , [106] [107] y el entierro debajo de una isla remota natural o creada por el hombre. 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. [108]
Se han perdido submarinos nucleares y estos buques reactores también deben contabilizarse en la cantidad de 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 (el Convenio de Londres sobre Vertimiento) establece:
Ha habido propuestas de 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 era un reactor nuclear propuesto con un ciclo de combustible nuclear que no producía desechos transuránicos y, de hecho, podía consumir desechos transuránicos. Llegó a realizar pruebas a gran escala, pero finalmente fue cancelado por el gobierno de 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 que se encuentra en los residuos nucleares y que representa una preocupación en términos de proliferación es el Pu-239. Las grandes reservas de plutonio son resultado de su producción dentro de 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 un reactor tradicional de agua ligera (LWR). Se están estudiando varios tipos de combustible con diferentes eficiencias de destrucción del plutonio.
La transmutación fue prohibida en los Estados Unidos en abril de 1977 por el presidente Carter debido al peligro de proliferación del plutonio, [109] pero el presidente Reagan anuló la prohibición en 1981. [110] Debido a las pérdidas y riesgos económicos, la construcción de plantas de reprocesamiento durante este el tiempo no se reanudó. Debido a la alta demanda de energía, el trabajo sobre el método ha continuado en la UE . Esto ha dado como resultado un práctico reactor de investigación nuclear llamado Myrrha en el que la transmutación es posible. Además, en la UE se ha iniciado un nuevo programa de investigación llamado ACTINET para hacer posible la transmutación a gran escala industrial. Según la Asociación Global de Energía Nuclear (GNEP) del presidente Bush de 2007, Estados Unidos está promoviendo activamente la investigación sobre tecnologías de transmutación necesarias para reducir notablemente el problema del tratamiento de desechos nucleares. [111]
También se han realizado estudios teóricos que involucran el uso de reactores de fusión como los llamados "quemadores de actínidos", donde el plasma de un reactor de fusión , como en un tokamak , podría ser "dopado" con una pequeña cantidad de átomos transuránicos "menores" que serían transmutados (es decir, fisionados 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 menor de actínidos de todos los reactores de agua ligera que actualmente funcionan en la flota de los Estados Unidos, mientras que generando simultáneamente aproximadamente 1 gigavatio de energía desde cada reactor. [112]
El combustible nuclear gastado contiene abundante uranio fértil y trazas de materiales fisionables. [19] 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 contenidos en los residuos nucleares para poder reutilizarlos . [113] Ya se extraen cesio-137, estroncio-90 y algunos otros isótopos para determinadas 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 desechos producidos.
El método de producción de hidrocarburos con asistencia nuclear, [114] solicitud de patente canadiense 2.659.302, es un método para el almacenamiento temporal o permanente de materiales de desecho nucleares que comprende la colocación de materiales de desecho en uno o más depósitos o pozos construidos en una formación petrolera no convencional . El flujo térmico de los materiales de desecho fractura la formación y altera las propiedades químicas y/o físicas del material de hidrocarburo dentro de la formación subterránea para permitir la eliminación del material alterado. A partir de la formación se produce una mezcla de hidrocarburos, hidrógeno y/u otros fluidos de formación. La radiactividad de los desechos radiactivos de alto nivel confiere 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 comprenden la mayor parte de la radiactividad del combustible gastado en el lapso de 1.000 a 100.000 años.
La eliminación del espacio es atractiva porque elimina los desechos nucleares del planeta. Tiene importantes desventajas, como la posibilidad de que un vehículo de lanzamiento falle catastróficamente , lo que podría esparcir material radiactivo a la atmósfera y a todo el mundo. Se necesitaría un gran número de lanzamientos porque ningún cohete individual podría transportar una gran cantidad de material en relación con la cantidad total que debe eliminarse. Esto hace que la propuesta sea poco práctica desde el punto de vista económico y aumenta el riesgo de que se produzcan uno o más fallos en el lanzamiento. [115] Para complicar aún más las cosas, sería necesario establecer acuerdos internacionales sobre la regulación de dicho programa. [116] Los costos y la confiabilidad inadecuada de los sistemas modernos de lanzamiento de cohetes para su eliminación en el espacio han sido uno de los motivos del interés en sistemas de lanzamiento espacial que no sean cohetes , como controladores de masa , ascensores espaciales y otras propuestas. [117]
Suecia y Finlandia son los más avanzados en comprometerse con una tecnología de eliminación particular, mientras que muchos otros reprocesan el combustible gastado o contratan a Francia o Gran Bretaña para hacerlo, recuperando el plutonio resultante y los desechos de alto nivel. "En muchos países se está desarrollando una creciente acumulación de plutonio procedente del reprocesamiento... Es dudoso que el reprocesamiento tenga sentido económico en el entorno actual de uranio barato". [118]
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 residuos nucleares de alta actividad es considerablemente más estricto que el sugerido por la Comisión Internacional de Protección Radiológica o propuesto en los Estados Unidos. Los límites europeos suelen ser más estrictos que la norma sugerida en 1990 por la Comisión Internacional de Protección Radiológica en un factor de 20, y más estrictos en un factor de diez que la norma propuesta por la Agencia de Protección Ambiental (EPA) de Estados Unidos para las centrales nucleares de Yucca Mountain. depósito de residuos durante los primeros 10.000 años después del cierre. [119]
El estándar propuesto por la EPA de EE.UU. para más de 10.000 años es 250 veces más permisivo que el límite europeo. [119] La EPA de EE.UU. propuso un límite legal de un máximo de 3,5 milisieverts (350 milirem ) cada año para los individuos locales después de 10.000 años, lo que representaría hasta varios por ciento de [ vaga ] la exposición que actualmente reciben algunas poblaciones en las zonas más altas. regiones de fondo natural en la Tierra, aunque el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) predijo que la dosis recibida estaría muy por debajo de ese límite . [120] Durante 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 2000 pies superiores de roca y suelo de los Estados Unidos (10 millones de km 2 ) en aproximadamente 1 parte en 10 millones sobre la cantidad acumulada de radioisótopos naturales en tal volumen, pero las proximidades del sitio tendrían una concentración mucho mayor de radioisótopos artificiales bajo tierra que ese promedio. [121]
Después de una seria oposición a los planes y negociaciones entre Mongolia , el Japón y los Estados Unidos de América para construir instalaciones de desechos nucleares en Mongolia, Mongolia detuvo todas las negociaciones en septiembre de 2011. Estas negociaciones comenzaron después de que el subsecretario de Energía de los Estados Unidos, Daniel Poneman, visitara Mongolia en septiembre. 2010. En febrero de 2011 se llevaron a cabo conversaciones en Washington, DC entre funcionarios de Japón, Estados Unidos y Mongolia. 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. Sin embargo, alarmados por esta noticia, los ciudadanos mongoles protestaron contra los planes y exigieron al gobierno que los retire y divulgue 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 desechos nucleares en Mongolia. [122] El gobierno de Mongolia ha acusado al periódico de distribuir afirmaciones falsas en todo el mundo. Tras la orden presidencial, el presidente mongol despidió al individuo que supuestamente estaba involucrado en estas conversaciones.
Las autoridades italianas están investigando a un clan mafioso de la 'Ndrangheta acusado de traficar y verter ilegalmente desechos nucleares. Según un denunciante , un director de la agencia estatal italiana de investigación energética, Enea , pagó al clan para que se deshiciera 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 después de comprar a los políticos locales. Se sospecha que antiguos empleados de Enea pagaron a los delincuentes para que les quitaran los residuos de encima en los años 1980 y 1990. Los envíos a Somalia continuaron durante la década de 1990, mientras que el clan 'Ndrangheta también hacía estallar barcos cargados de desechos, incluidos desechos hospitalarios radiactivos, enviándolos al fondo del mar frente a la costa de Calabria . [123] Según el grupo ambientalista Legambiente , ex miembros de la 'Ndrangheta han dicho que les pagaron para hundir barcos con material radiactivo durante los últimos 20 años. [124]
En 2008, las autoridades afganas acusaron a Pakistán de verter ilegalmente residuos nucleares en el sur de Afganistán cuando los talibanes estaban en el poder entre 1996 y 2001 . [125] El gobierno paquistaní negó la acusación.
Se han producido algunos incidentes en los que el material radiactivo se eliminó de forma inadecuada, el blindaje durante el transporte fue defectuoso o simplemente fue abandonado o incluso robado de un depósito de residuos. [126] En la Unión Soviética, los desechos almacenados en el lago Karachay fueron arrastrados sobre el área durante una tormenta de polvo después de que el lago se había secado parcialmente. [127] En Maxey Flat , una instalación de desechos radiactivos de bajo nivel ubicada en Kentucky , las zanjas de contención cubiertas con tierra, en lugar de acero o cemento, colapsaron bajo fuertes lluvias en las zanjas y se llenaron de agua. El agua que invadió las trincheras se volvió radiactiva y tuvo que ser eliminada en las propias instalaciones de Maxey Flat. En otros casos de accidentes con desechos radiactivos, lagos o estanques con desechos radiactivos se desbordaron accidentalmente hacia los ríos durante tormentas excepcionales. [ cita necesaria ] En Italia, varios depósitos de desechos radiactivos dejan que el material fluya hacia el agua de los ríos, contaminando así el agua para uso doméstico. [128] En Francia, en el verano de 2008, se produjeron numerosos incidentes: [129] en uno, en la planta de Areva en Tricastin , se informó que, durante una operación de drenaje, un líquido que contenía uranio sin tratar se desbordó de un tanque defectuoso y aproximadamente 75 kg de material radiactivo se filtraron al suelo y, de allí, a dos ríos cercanos; [130] en otro caso, más de 100 miembros del personal resultaron contaminados con bajas dosis de radiación. [131] Existen preocupaciones constantes en torno al deterioro del sitio de desechos nucleares en el atolón Enewetak de las Islas Marshall y un posible derrame radiactivo. [132]
La recolección 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 bienes y chatarra recolectados. metal. Los recolectores y quienes compran el material casi siempre desconocen que el material es radiactivo y se selecciona por su estética o valor de desecho. [133] La irresponsabilidad por parte de los propietarios del material radiactivo, generalmente un hospital, una universidad o un ejército, y la ausencia de reglamentación relativa a los desechos radiactivos, o la falta de aplicación de dicha reglamentación, han sido factores importantes en la exposición a la radiación. Para ver un ejemplo de accidente que involucra chatarra radiactiva proveniente de un hospital, consulte el accidente de Goiânia . [133]
Es poco probable que los accidentes de transporte relacionados con combustible nuclear gastado procedente de centrales eléctricas tengan consecuencias graves debido a la resistencia de los contenedores de transporte de combustible nuclear gastado . [134]
El 15 de diciembre de 2011, el máximo portavoz del gobierno japonés, Osamu Fujimura, admitió que se encontraron sustancias nucleares en los desechos de las instalaciones nucleares japonesas. Aunque Japón se comprometió en 1977 a realizar estas inspecciones en el acuerdo de salvaguardia con la OIEA, los informes se mantuvieron en secreto para los inspectores de la Agencia Internacional de Energía Atómica. [ cita necesaria ] Japón inició conversaciones con la OIEA sobre las grandes cantidades de uranio enriquecido y plutonio que se descubrieron en los desechos nucleares eliminados por los operadores nucleares japoneses. [ cita necesaria ] En la conferencia de prensa, Fujimura dijo: "Según las investigaciones realizadas hasta el momento, la mayoría de las sustancias nucleares se han gestionado adecuadamente como residuos y, desde esa perspectiva, no hay ningún problema en la gestión de la seguridad", pero según él, el asunto era en ese momento todavía estaba siendo investigado. [135]
![Símbolo de peligro de radiactividad ISO de 2007 destinado a fuentes de Categoría 1, 2 y 3 del OIEA definidas como fuentes peligrosas capaces de provocar la muerte o lesiones graves.[136]](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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