Residuos radiactivos

Residuos radiactivos
Elementos radiactivos de distinto tipo se emplean en muy variadas actividades. Las
centrales de energía nuclear son las que mayor cantidad de estos productos emplean,
pero también muchas aplicaciones de la medicina, la industria, la investigación, etc.
emplean isótopos radiactivos y, en algunos países, las armas nucleares son una de las
principales fuentes de residuos de este tipo.
Reacciones nucleares
Cuando se fisiona el núcleo del átomo se generan principalmente tres productos
radiactivos: partículas alfa (núcleos de helio compuestos de dos protones y dos
neutrones), beta (electrones producto de la descomposición de un neutrón), y
radiaciones gamma.
Las radiaciones gamma y los neutrones son las partículas más peligrosas, pues son
capaces de traspasar la mayoría de los materiales, ya que sus radiaciones
electromagnéticas son de frecuencia superior a los rayos X. Para bloquear estas
radiaciones es preciso emplear paredes de hormigón de notable grosor.
Hay dos tipos principales de reacciones nucleares: fusión y fisión.
Fusión nuclear
Son reacciones entre partículas o núcleos muy livianos, tales como [1H (hidrógeno), 2H
(deuterio),3H (tritio),...], con producción de núcleos más pesados. En esta fusión de
partículas hay siempre disminución de la masa total y la reacción libera energía. Como
los números másicos (suma de protones y neutrones en el núcleo) son bajos, la reacción
puede ocurrir aun para energías cinéticas pequeñas. Por ello hay gran interés en realizar
este tipo de reacciones en condiciones tales que sean capaces de automantenerse, es
decir, en condiciones en que la misma energía liberada pueda "calentar" las partículas lo
suficiente para que la reacción continúe. Los cálculos demuestran que para que esto sea
posible hay que calentar inicialmente el gas reaccionante a por ejemplo 20 millones de
grados. Esto es difícil de lograr pero se trabaja activamente para este fin.
Fisión nuclear
El descubrimiento de la fisión nuclear se debe al radioquímico Otto Hahn y
colaboradores quienes en 1838-39 demostraron que los núcleos de uranio como
consecuencia de su interacción con neutrones eran capaces de dividirse en dos
fragmentos de masa comparables.
•
La gran importancia que se asigna a la reacción de fisión se debe en particular a
los siguientes factores:
•
La gran cantidad de energía liberada en el proceso.
•
La producción de dos o más neutrones que acompañan a la fragmentación del
núcleo.
•
La posibilidad que tienen estos neutrones para causar nuevas reacciones
similares, permitiendo que el proceso pueda automantenerse ("reacción en cadena").
•
La posibilidad de regular la reacción en cadena a voluntad.
Reactores nucleares
Son sistemas físicos construidos para la producción autosostenida de una reacción
nuclear con liberación de energía. Las reacciones capaces de mantenerse por sí mismas
son la fisión y la fusión. Los reactores de fusión no existen aun, en cambio los de fisión
existen desde hace más de tres décadas y ya se han ensayado varias "generaciones"de
reactores. Éstos pueden ser de investigación o de potencia. La utilización de reactores
nucleares de fisión como generadores de energía se realiza según un esquema similar al
de las centrales térmicas de electricidad, en que la fuente de calor, la caldera, se
reemplaza por el reactor nuclear. La energía de fisión se convierte en calórica y ésta es
empleada en forma directa o indirecta para producir vapor, el cual a su vez impulsa el
grupo turboalternador.
Origen y características de los residuos nucleares
Los residuos nucleares están constituidos por los subproductos no utilizables y
contaminados radiactivamente, que provienen de los siguientes orígenes:
•
Procesamiento del mineral (colas de la minería).
•
Enriquecimiento del uranio natural (99.3% de uranio-238 y 0.7% de uranio-235),
para aumentar su contenido de uranio-235 (hasta el 3% para reactores de potencia; hasta
el 20% para reactores de investigación y hasta el 90% o más para usos bélicos).
•
Fabricación de elementos combustibles.
•
Residuos de la operación de reactores.
•
Elementos combustibles agotados (sin reprocesamiento)
•
Reprocesamiento de elementos combustibles agotados, para extraerle material
utilizable (uranio-235 residual y plutonio; usos pacífico y bélico)
•
"Chatarra caliente" de instalaciones nucleares que cumplieron su vida útil y
cuyos elementos estructurales se han activado.
•
Material descartado por laboratorios, hospitales, universidades, etc.
Dos características hacen especiales a los residuos radiactivos:
•
Su gran peligrosidad. Cantidades muy pequeñas pueden originar dosis de
radiación peligrosas para la salud humana
•
Su duración. Algunos de estos isótopos permanecerán emitiendo radiaciones
miles y decenas de miles de años. El riesgo de contaminación radiactiva no finaliza una
vez que se ha fisionado todo el uranio. Los productos resultantes de la fisión siguen
manteniendo su capacidad radiactiva en alguna medida, y pueden mantenerse durante
varios cientos de años, e incluso puede llegar a superar los mil años.
Así se entiende que aunque la cantidad de este tipo de residuos que se producen en un
país sea comparativamente mucho menor que la de otros tipos, sus tecnologías y
métodos de tratamiento sean mucho más complicados y difíciles.
Tipos de residuos radiactivos
Hay dos grandes grupos de residuos radiactivos:
a) Residuos de alta actividad.Son los que emiten altas dosis de radiación. Están formados, fundamentalmente, por los
restos que quedan de las varillas del uranio que se usa como combustible en las
centrales nucleares y otras sustancias que están en el reactor y por residuos de la
fabricación de armas atómicas. También algunas sustancias que quedan en el proceso
minero de purificación del uranio son incluidas en este grupo. En las varillas de
combustible gastado de los reactores se encuentran sustancias como el plutonio 239
(vida media de 24 400 años), el neptuno 237 (vida media de 2 130 000 años) y el
plutonio 240 (vida media de 6 600 años). Se entiende que el almacenamiento de este
tipo de residuos debe ser garantizado por decenas de miles de años hasta que la
radiactividad baje lo suficiente como para que dejen de ser peligrosos.
b) Residuos de media o baja actividad.-
Emiten cantidades pequeñas de radiación. Están formados por herramientas, ropas,
piezas de repuesto, lodos, etc. de las centrales nucleares y de la Universidad, hospitales,
organismos de investigación, industrias, etc.
Almacenamiento y reprocesamiento de residuos radioactivos
Algunos materiales radiactivos ya procesados pueden volver a ser reprocesados, pero la
mayoría tienen que ser transportados en contenedores especiales hasta un lugar de
almacenaje seguro y bajo control estricto, para que no supongan un peligro de
contaminación de la atmósfera. El sistema de almacenamiento consiste en introducirlos
en bidones de hormigón de gran grosor, que impiden las radiación de neutrones y rayos
gamma, posteriormente son enterrados o introducidos en el interior de minas; en algún
caso han sido arrojados al fondo del mar.
Cambiar el combustible agotado en una central nuclear implica normalmente el pararla
completamente. Este suele ser uno de los momentos más delicados, pues para proceder
al intercambio del combustible es necesario abrir el núcleo, con el consiguiente peligro
de fuga de sustancias radiactivas.
Algunos residuos pueden volver a ser utilizados como combustible una vez
reprocesados, como es el caso del plutonio 239. La labor de reprocesado es llevada a
cabo por los llamados reactores de enriquecimiento.
Los residuos nucleares son introducidos en bidones de hormigón de gran grosor, para
posteriormente ser enterrados.
El almacenamiento es el último paso en el ciclo del combustible nuclear, y el que más
problemas suscita. Aunque las técnicas para almacenar residuos nucleares son fáciles de
llevar a cabo, presentan no obstante dificultades de orden político, como es la elección
de un lugar adecuado de almacenamiento, y de mantenimiento en el tiempo. Hay que
recordar que muchos residuos nucleares mantienen su actividad durante miles de años;
en este sentido, ningún proyecto humano que tenga por meta más allá de dos o tres
generaciones tendría visos de ser controlable, sin poner en riesgo a su vez otras
generaciones futuras. No se trata pues de un problema menor, cuya solución no debería
ser tomada únicamente por un gobierno en particular, al encontrarse en juego no sólo el
medio ambiente y calidad de vida actual, sino también la de generaciones por venir.
Desmantelamiento de las centrales nucleares
El desmantelamiento de las centrales nucleares produce grandes cantidades de residuos
radiactivos de los dos tipos. Las centrales envejecen en 30 o 40 años y deben ser
desmontadas. Los materiales de la zona del reactor son residuos de alta actividad en
gran parte y otros muchos son de media o baja actividad.
Una central nuclear suele estar en funcionamiento de 25 a 40 años, momento en el que
van surgiendo graves problemas de corrosión de la vasija del reactor. Cuando terminan
su vida útil estas instalaciones no pueden ser desmanteladas o demolidas sin más, ya
que muchas partes son altamente radiactivas.
Cuando una central ha sido cerrada hay varias posibilidades.
1.
Una primera es dejarla custodiada por la compañía que la ha explotado durante
un largo periodo de hasta 100 años, esperando a que disminuya la radiación y sea más
seguro su desmantelamiento.
2.
Otra opción es cubrirla totalmente de hormigón, como se ha hecho con
Chernobyl, aunque esta técnica es muy poco segura porque esta "tumba" tendría que
permanecer sin fisuras durante cientos de años, cosa que es imposible de garantizar.
3.
Una tercera opción es la más adecuada y ha sido ya utilizada en varias plantas
pequeñas. Consiste en desmantelar la planta, llevando los materiales contaminados a
almacenes de residuos radiactivos. Para hacer esta operación son fundamentales equipos
de protección para los trabajadores y uso de robots especialmente diseñados.
Producción de residuos radiactivos en España
En España funcionan 9 reactores nucleares y casi 2000 instalaciones nucleares o
radiactivas.
En total se habían acumulado unas 1500 toneladas de residuos de alta actividad que se
guardan en las piscinas de las centrales nucleares. Ahí permanecen refrigerados en agua
que retiene su radiación. Con las centrales actuales funcionando el tiempo que tienen
previsto se llegarían a producir unas 6700 toneladas de residuos de alta actividad.
Entre residuos de media y baja actividad se habían acumulado hasta finales de 1996
algo más de 20 000 m3.
Gestión de los residuos radiactivos
Algunos residuos de baja actividad se eliminan muy diluidos echándolos a la atmósfera
o las aguas en concentraciones tan pequeñas que no son dañinas y la ley permite. Los
índices de radiación que dan estos vertidos son menores que los que suelen dar muchas
sustancias naturales o algunos objetos de uso cotidiano como la televisión.
Los residuos de media o baja actividad se introducen en contenedores especiales que se
almacenan durante un tiempo en superficie hasta que se llevan a vertederos de seguridad.
Hasta el año 1992 algunos países vertían estos barriles al mar, pero ese año se prohibió
esta práctica.
Los almacenes definitivos para estos residuos son, en general, subterráneos, asegurando
que no sufrirán filtraciones de agua que pudieran arrastrar isótopos radiactivos fuera del
vertedero. En España la instalación preparada para esto es la de El Cabril (Córdoba) en
la que se podrán llegar a almacenar hasta 50 000 m3 de residuos de media y baja
actividad.
Los residuos de alta actividad son los más difíciles de tratar. El volumen de combustible
gastado que queda en las centrales de energía nuclear normales se puede reducir mucho
si se vuelve a utilizar en plantas especiales. Esto se hace en algunos casos, pero presenta
la dificultad de que hay que transportar una sustancia muy peligrosa desde las centrales
normales a las especiales.
Los residuos que quedan se suelen vitrificar (fundir junto a una masa vítrea) e introducir
en contenedores muy especiales capaces de resistir agentes muy corrosivos, el fuego,
terremotos, grandes colisiones, etc. Estos contenedores se almacenarían en vertederos
definitivos que deben estar construidos a gran profundidad, en lugares muy estables
geológicamente (depósitos de arcilla , sales o macizos graníticos) y bien refrigerados
porque los isótopos radiactivos emiten calor.
Se están estudiando varios emplazamientos para este tipo de almacenes, pero en el
mundo todavía no existe ninguno, por lo que por ahora, la mayoría de los residuos de
alta actividad se almacenan en lugares provisionales o en las piscinas de la misma
central.