DESECHOS NUCLEARES Fis. Natividad Hernández

DESECHOS NUCLEARES
Fis. Natividad Hernández MirandaDepartamento de Ingeniería Nuclear, Escuela
Superior de Física y Matemáticas, Instituto Politécnico Nacional
Av. IPN s/n, Col. Lindavista, 07738, México D. F.
[email protected]
Actualmente el ser humano se beneficia del uso de la radioactividad para su
aplicación en la energía eléctrica, la industria, la medicina o la investigación. El
empleo de ésta, genera elementos de desechos o residuos que se caracterizan por
ser radiactivos y que es necesario controlar. Los riesgos radiológicos y de seguridad
varían desde muy bajos en los desechos con bajo nivel de radiactividad hasta muy
altos en los desechos con alto nivel de radiactividad. Los desechos de alto nivel de
radiactividad contienen alrededor del 99% de los radionúclidos, y son en
consecuencia los de mayor riesgo radiológico.
La energía nuclear es caracterizada por la gran cantidad de energía disponible de
una cantidad de combustible muy pequeña; donde la cantidad de desechos es
también relativamente pequeña; sin embargo, muchos de los desechos son
radiactivos y por lo tanto se debe manejar cuidadosamente como desechos
peligrosos.
Los volúmenes de desechos de las aplicaciones nucleares son generalmente mucho
menores; sin embargo, la concentración de la actividad, especialmente en las fuentes
de radiación selladas, puede ser alta, lo que justifica la adopción de medidas de
protección radiológica muy estrictas.
Desechos nucleares
Los desechos nucleares o residuos radiactivos son materiales u objetos que están
contaminados con radionúclidos en concentraciones o niveles de actividad superiores
a las establecidas por las autoridades competentes, y para los cuales no está
previsto ningún uso.
Los desechos radiactivos se pueden clasificar según su estado físico (sólidos,
líquidos o gaseosos), por el tipo de radiación que emiten (alfa, beta y gamma), por su
período de decaimiento (vida media corta o vida media larga) o por su actividad
específica (actividad alta, mediana o baja).
Sin embargo, la clasificación mas utilizada está relacionada con la actividad:
Desechos de bajo nivel.- Son aquellos residuos que tienen una baja actividad
específica, radionúclidos emisores beta-gamma con períodos de decaimiento
inferiores a 30 años y un limitado contenido en emisores alfa de vida media larga,
comúnmente este tipo de desechos son generados por la industria, hospitales y
laboratorios así como del ciclo de combustible nuclear de una central nuclear, los
cuales pueden ser: papel contaminado, herramientas y materiales de mantenimiento
utilizados en determinadas zonas, ropa, filtros, etc. Este tipo de desechos no son
peligrosos durante su manejo, pero si deben ser tratados de una forma más
cuidadosa que la basura normal. A nivel mundial, este tipo de desechos representa el
90% del volumen, pero solamente el 1% de la radioactividad del total de los desechos
nucleares.
a) Desechos de mediano nivel.- contienen concentraciones de radioactividad más
altas y pueden requerir de un blindaje especial, este tipo de desechos
normalmente son resinas, componentes del reactor, material contaminado de un
reactor en desmantelamiento, etc. A nivel mundial, este tipo de desechos
representa el 7% del volumen, pero solo el 4% de la radioactividad de todos los
desechos nucleares.
Figura 1. Alberca de Almacenamiento
de Combustible Gastado
Las principales características que presentan los desechos radiactivos de bajo y
mediano nivel son:
•
•
•
•
Actividad específica baja por elemento radiactivo.
No generan calor.
Contienen radionúclidos emisores beta-gamma.
Su contenido en emisores alfa debe ser inferior a 0.37 Gbq/t.
b) Desechos de alto nivel.- Están formados principalmente por el combustible nuclear
gastado, si éste no se reprocesa, o por los subproductos que aparecen si se
reprocesa; éstos tienen una elevada actividad específica en emisores de vida
media corta, contienen radionúclidos emisores alfa de vida media larga en
concentraciones apreciables, y pueden ser grandes productores de calor; además
contienen productos de fisión altamente radiactivos, lo cual hace que se genere
una gran cantidad de calor para lo cual se requiere estar constante enfriamiento,
así como hacer uso de blindajes especiales durante su manejo y transporte. En
este caso, a nivel mundial los desechos de alta intensidad representan apenas el
3% del volumen pero el 95% de la reactividad de todos los desechos nucleares.
Sus principales características son:
• Contienen emisores de vida larga con actividad específica elevada.
• Su contenido en emisores alfa es mayor de 0.37 GBeq/t.
• Desprenden calor.
Origen de los desechos nucleares
La mayor cantidad de los desechos radiactivos se produce como consecuencia de las
actividades relacionadas con la industria nucleoeléctrica, desde la extracción de los
minerales de uranio hasta su empleo como combustible en las centrales nucleares.
También se generan desechos radiactivos en otras actividades, tales como:
industriales, médicas y de investigación.
Es muy frecuente y generalizada la utilización de isótopos radiactivos en procesos
industriales, generalmente son fuentes encapsuladas de baja actividad; como
ejemplos típicos de estas aplicaciones industriales son las medidas de nivel,
humedad, densidad o espesor en procesos continuos o de difícil acceso, la utilización
de gammagrafías para la realización de ensayos no destructivos, su aplicación en
instalaciones de esterilización, etc.
En las instalaciones médicas y hospitalarias, el uso de isótopos radiactivos para el
diagnóstico y tratamiento de enfermedades ha ido creciendo progresivamente en los
últimos años. Es común la utilización de elementos radiactivos no encapsulados,
normalmente en estado líquido, como trazadores para el estudio del corazón, hígado,
glándula tiroides, etc.
En estas actividades se generan materiales de desecho contaminados con los
elementos radiactivos empleados como son las jeringas, agujas, contenedores de
líquidos radiactivos, guantes, papel, tejidos y material médico diverso. En el
tratamiento de tumores se emplean fuentes encapsuladas que deben ser sustituidas
regularmente debido al decaimiento natural de su actividad.
También se producen residuos radiactivos en actividades de investigación que
emplean fuentes encapsuladas o isótopos radiactivos como elementos trazadores.
En los centros de investigación nuclear (laboratorios, universidades, reactores de
enseñanza e investigación, etc.) se producen a su vez residuos radiactivos de
naturaleza física y química muy variable, que requieren también un manejo seguro y
eficaz.
En la fabricación de combustible nuclear y partiendo de los concentrados de uranio,
la serie de procesos de purificación, enriquecimiento isotópico y transformación en
óxido metálico lleva consigo la producción de residuos radiactivos de muy variada
naturaleza, aunque tanto su volumen como su actividad son relativamente bajos.
Estos residuos son generalmente sólidos y corresponden a subproductos de las
diferentes partes del proceso y materiales que intervienen en el medio activo o en el
control y mantenimiento de la instalación.
La producción de residuos radiactivos en una central nuclear tiene su origen en el
proceso de fisión del combustible que se produce en el reactor. La experiencia de
funcionamiento de los reactores de agua ligera ha mostrado que una pequeña
fracción de los productos de fisión producidos, pasa al agua del circuito de
refrigeración.
También aparecen productos de activación originados por el bombardeo neutrónico
de los materiales estructurales de los elementos combustibles y de las impurezas del
refrigerante primario del reactor, así como transuránicos de vida larga por procesos
de captura neutrónica.
Tratamiento de los desechos nucleares
La gestión apropiada y ecológicamente racional de los desechos radiactivos,
incluidos los aspectos de minimización, transporte y eliminación, es importante,
dadas las características de esos desechos. Los desechos de baja intensidad
generalmente se entierra en sitios subterráneos para reducir su volumen, a menudo
se condensan o se incineran (en un envase cerrado) antes de la disposición.
Los desechos de mediana intensidad pueden ser solidificados en concreto o betumen
para su disposición, generalmente son desechos de vida media corta (provenientes
de reactores principalmente) y que son quemados, no así con los desechos de vida
media mas larga (desechos de combustible provenientes del reprocesamiento), los
cuales son depositados en lugares subterráneos.
En el caso de los desechos de alta intensidad, los elementos combustibles una vez
que son almacenados después de haber terminado su etapa de producción de
energía en el reactor y alcanzados los grados de quemado establecidos, se
almacenan en las albercas construidas para tal efecto dentro de las propias
centrales, (ver Figura 1) para remover el calor residual que poseen y para que los
isótopos de vida media más corta decaigan parcialmente su radioactividad.
A partir de este momento aparecen dos posibilidades para el manejo de los desechos
nucleares:
Figura 2. Contenedor para Almacenar y
Transportar Combustible Nuclear
Gastado.
1. Una de ellas es el llamado ciclo abierto de combustible, el cual se define como
aquel en el que después de un período de almacenamiento temporal, ya sea en
las albercas de combustible gastado o en otros sistemas de almacenamiento en
seco o húmedo (ver Figura 2), el combustible gastado se acondiciona y encapsula
para su disposición final; en este caso, el combustible gastado deberá manejarse
como un residuo sólido de alta intensidad vitrificándose al incorporar vidrio de
borosilicato (pirex), el cual es colocado dentro de un contenedor de acero
inoxidable para su almacenamiento provisional o definitivo en un lugar
subterráneo, llamado repositorio geológico.
2. La otra posibilidad es el llamado ciclo cerrado, que se define como aquel ciclo
donde después de un período de almacenamiento temporal, el combustible
gastado se envía a reprocesar, con el fin de separar el uranio y el plutonio del
resto de los componentes para su posterior utilización en un nuevo proceso de
fisión nuclear.
En las instalaciones de reproceso se generan residuos sólidos, líquidos y
gaseosos con características radiactivas muy diferentes. Los principales, aparte
del uranio y plutonio recuperados, son los siguientes:
• Residuos
sólidos de alta intensidad constituidos por los componentes
estructurales de los elementos combustibles (cabezales, encamisados, rejillas,
etc.) que contienen principalmente productos de activación y una pequeña porción
de productos de fisión y transuránicos.
• Residuos líquidos de alta intensidad procedentes de la extracción por disolución
del uranio y del plutonio, que contienen aproximadamente el 99,5% de los
productos de fisión, casi todos los actínicos, el uranio y plutonio que no se han
podido recuperar, y que tras un proceso de concentración por evaporación se
inmovilizan dando origen a los vidrios del reproceso.
• Residuos sólidos de baja y mediana intensidad, procedentes del tratamiento de las
corrientes líquidas y gaseosas contaminadas (concentrados de evaporador,
resinas de intercambio iónico, filtros, equipo contaminado, etc.)
• Residuos gaseosos, constituidos fundamentalmente por los gases nobles de
fisión, xenón y kriptón, que se desprenden junto con el tritio, yodo, carbono, etc. al
cortar y disolver los elementos combustibles.
Si el combustible gastado es reprocesado, los desechos que se originan son
vitrificados al incorporar vidrio de borosilicato (pirex), el cual es colocado dentro de un
contenedor de acero inoxidable para su almacenamiento provisional o definitivo en un
lugar subterráneo, llamado repositorio geológico. (ver Figura 3)
Figura3.
Repositorio
geológico
para
Almacenamiento
definitivo
de
desechos
nucleares.
Conclusiones
Una actividad inmediata que debería implementarse es el crear un programa de
información hacia el público en general sobre los usos pacíficos de la energía
nuclear, para que de alguna manera se vayan despejando dudas que pudieran existir
en relación a la energía nuclear y por consiguiente sobre los desechos nucleares que
estos generan; resultando más fácil la aceptación de un análisis sobre el tratamiento
de desechos nucleares.
Se debe enfatizar que resulta de mucha importancia que los países que están
llevando a cabo un programa nuclear, consideren el análisis sobre que tratamiento se
le dará a los desechos nucleares que se generen durante la vigencia de dicho
programa.
Fuentes consultadas
[1] The Economics of the Nuclear Fuel Cycle, OECD/NEA, 1985.
[2] Natividad Hernández Miranda, “Evaluación Económica del Reciclado de
Combustible Nuclear Gastado en la Generación de Energía Eléctrica”, Tesis de
Licenciatura, Instituto Politécnico Nacional, México (2001).
[3] Comisión Chilena de Energía Nuclear, “Desechos radiactivos”, 2000.
PREGUNTAS
1. ¿Qué son los desechos radiactivos?
2. ¿De que actividades pueden originarse los desechos?
3. ¿Menciona las categorías en que se clasifican los desechos nucleares y por qué?