Desechos radiactivos

Materiales radiactivos no deseados o inutilizables

Barriles de desechos radiactivos de baja actividad del Instituto de Tecnología Nuclear de Tailandia (TINT) .

Los residuos radiactivos son un tipo de residuo peligroso que contiene material radiactivo . Los desechos radiactivos son el resultado de muchas actividades, incluida la medicina nuclear , la investigación nuclear , la generación de energía nuclear , la minería de tierras raras y el reprocesamiento de armas nucleares . ^[1] El almacenamiento y la eliminación de desechos radiactivos está regulado por agencias gubernamentales con el fin de proteger la salud humana y el medio ambiente.

Se clasifica ampliamente en desechos de baja actividad (LLW), como papel, trapos, herramientas, ropa, que contienen pequeñas cantidades de radiactividad en su mayoría de corta duración, desechos de nivel intermedio (ILW), que contienen cantidades más altas de radiactividad y requieren algunos blindajes y desechos de alto nivel (HLW), que son altamente radiactivos y calientes debido al calor de desintegración, por lo que requieren enfriamiento y blindaje.

En las plantas de reprocesamiento nuclear , alrededor del 96% del combustible nuclear gastado se recicla de nuevo en combustibles a base de uranio y de óxidos mixtos (MOX) . El 4% residual son productos de fisión que son residuos de alta actividad altamente radiactivos. Esta radiactividad naturalmente disminuye con el tiempo, por lo que el material se almacena en instalaciones de eliminación adecuadas durante un período suficiente hasta que ya no representa una amenaza. ^[2] El tiempo que deben almacenarse los desechos radiactivos depende del tipo de desechos y de los isótopos radiactivos. 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. Enterramiento en un repositorio geológico profundoes 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.

Se presenta y examina periódicamente un resumen de las cantidades de desechos radiactivos y enfoques de gestión para la mayoría de los países desarrollados como parte de la Convención conjunta del Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) sobre seguridad en la gestión del combustible gastado y sobre seguridad en la gestión de desechos radiactivos. . ^[3]

Naturaleza y significado

Una cantidad de desechos radiactivos consiste típicamente en varios radionucleidos , que son isótopos inestables de elementos que se descomponen y, por lo tanto, emiten radiación ionizante , que es dañina para los seres humanos y el medio ambiente. Los diferentes isótopos emiten diferentes tipos y niveles de radiación, que duran diferentes períodos de tiempo.

Física

Artículo principal: Rendimiento del producto de fisión.

Ver también: Desintegración radiactiva

Productos de fisión de vida media

Objeto: Unidad:	t ½ ( a )	Rendimiento ( % )	Q * ( keV )	βγ *
155 Eu	4,76	0.0803	252	βγ
85 Kr	10,76	0.2180	687	βγ
113m Cd	14,1	0,0008	316	β
90 Sr	28,9	4.505	2826	β
137 C	30.23	6.337	1176	β γ
121m Sn	43,9	0,00005	390	βγ
151 Sm	88,8	0.5314	77	β

• v
• t
• mi

Productos de fisión de larga duración

Nucleido	t 1 / 2	Producir	Energía de descomposición [a 1]	Modo de decaimiento
	( Ma )	(%) [a 2]	( keV )
99 Tc	0,211	6.1385	294	β
126 Sn	0,230	0.1084	4050 [a 3]	β γ
79 Se	0.327	0.0447	151	β
93 Zr	1,53	5.4575	91	βγ
135 C	2.3	6,9110 [a 4]	269	β
107 Pd	6.5	1,2499	33	β
129 Yo	15,7	0.8410	194	βγ
energía de desintegración se divide entre β, neutrino y γ, si corresponde. Por 65 fisiones de neutrones térmicos de U-235 y 35 de Pu-239. Tiene una energía de desintegración de 380 keV, pero el producto de desintegración Sb-126 tiene una energía de desintegración de 3,67 MeV. bajo en reactor térmico porque el predecesor absorbe neutrones.

La radiactividad de todos los desechos 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 descomponerse en otro nucleido . Finalmente, 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 tasa de desintegración es inversamente proporcional a la duración de la desintegración. En otras palabras, la radiación de un isótopo de vida larga como el yodo-129 será mucho menos intensa que la de un isótopo de vida corta como el yodo-131 . ^[4] Las dos tablas muestran algunos de los principales radioisótopos, sus vidas medias y suRendimiento 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 seres humanos. ^[5] Las propiedades químicas del elemento radiactivo determinarán la movilidad de la sustancia y la probabilidad de que se propague al medio ambiente y contamine a los seres humanos. ^[6] Esto se complica aún más por el hecho de que muchos radioisótopos no se desintegran inmediatamente 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.

Farmacocinética

La exposición a desechos radiactivos puede causar impactos en la salud debido a la exposición a radiaciones ionizantes. En los seres humanos, una dosis de 1 sievert conlleva un riesgo del 5,5% de desarrollar cáncer, ^[7] y las agencias reguladoras asumen que el riesgo es linealmente proporcional a la dosis, incluso para dosis bajas. La radiación ionizante puede causar deleciones en los cromosomas. ^[8] Si se irradia un organismo en desarrollo, como un feto , es posible que se induzca un defecto congénito , pero es poco probable que este defecto se encuentre en un gameto o en una célula formadora de gametos.. La incidencia de mutaciones inducidas por radiación en los seres humanos es pequeña, como en la mayoría de los mamíferos, debido a los mecanismos naturales de reparación celular, muchos de los cuales acaban de salir a la luz. Estos mecanismos van desde la reparación de ADN, ARNm y proteínas, hasta la digestión lisosómica interna de proteínas defectuosas e incluso el suicidio celular inducido: apoptosis ^[9].

Dependiendo del modo de desintegración y la farmacocinética de un elemento (cómo el cuerpo lo procesa 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 de alfa y el radio se consideran muy dañinos ya que tienden a tener una vida media biológica prolongada.y su radiación tiene una alta efectividad biológica relativa , lo que la hace mucho más dañina para los tejidos por cantidad de energía depositada. Debido a tales diferencias, las reglas que determinan la lesión biológica difieren ampliamente según el radioisótopo, el tiempo de exposición y, a veces, también la naturaleza del compuesto químico que contiene el radioisótopo.

Fuentes

Actínidos y productos de fisión por vida media v t mi
Actínidos [10] por cadena de desintegración				Rango de vida media ( a )	Productos de fisión de 235 U por rendimiento [11]
4 n	4 n +1	4 n +2	4 n +3
						4,5–7%	0,04-1,25%	<0,001%
228 Ra№				4 a 6 a	†		155 Euþ
244 cmƒ	241 Puƒ	250 Cf	227 Ac№	10-29 a		90 Sr	85 Kr	113m Cdþ
232 Uƒ		238 Puƒ	243 cmƒ	29–97 a		137 C	151 Smþ	121m Sn
248 Bk [12]	249 Cfƒ	242 m amƒ		141–351 a	Ningún producto de fisión tiene una vida media en el rango de 100-210 ka ...
	241 amƒ		251 Cfƒ [13]	430–900 a
		226 Ra№	247 Bk	1,3–1,6 ka
240 Pu	229 mil	246 cmƒ	243 amƒ	4,7 a 7,4 ka
	245 cmƒ	250 cm		8,3–8,5 ka
			239 Puƒ	24,1 ka
		230 mil№	231 Pa№	32–76 ka
236 Npƒ	233 Uƒ	234 U№		150-250 ka	‡	99 Tc₡	126 Sn
248 cm		242 Pu		327–375 ka			79 Se₡
				1,53 Ma		93 Zr
	237 Npƒ			2,1–6,5 Ma		135 Cs₡	107 Pd
236 U			247 cmƒ	15-24 Ma			129 I₡
244 Pu				80 Ma	... ni más allá de 15,7 Ma [14]
232 mil№		238 U№	235 Uƒ№	0,7-14,1 Ga
Leyenda de los símbolos en superíndice ₡ tiene una sección transversal de captura de neutrones térmicos en el rango de 8 a 50 graneros ƒ  isómero fisible m  metaestable № principalmente un material radiactivo de origen natural (NORM) þ  veneno de neutrones (sección transversal de captura de neutrones térmicos superior a 3k graneros) † rango 4-97 a: producto de fisión de vida media ‡ más de 200 ka: producto de fisión de vida larga

Los desechos radiactivos provienen de varias fuentes. En países con plantas de energía nuclear, armamento nuclear o plantas de tratamiento de combustible nuclear, la mayoría de los desechos se originan en el ciclo del combustible nuclear y el 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.

Ciclo del combustible nuclear

Artículos principales: Ciclo del combustible nuclear y Combustible nuclear gastado

Ver también: Energía nuclear

Interfaz

Los residuos de la fase inicial del ciclo del combustible nuclear suelen ser residuos de emisión alfa procedentes de la extracción de uranio. A menudo contiene radio y sus productos de descomposición.

El concentrado de dióxido de uranio (UO ₂ ) 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 ), luego se convierte en gas hexafluoruro de uranio (UF ₆ ). Como gas, se enriquece para aumentar el contenido de U-235 de 0,7% a aproximadamente 4,4% (LEU). Luego se convierte en un óxido cerámico duro (UO ₂ ) para ensamblar como elementos combustibles del reactor. ^[15]

El principal subproducto del enriquecimiento es el uranio empobrecido (UD), principalmente el isótopo U-238 , con un contenido de U-235 de ~ 0,3%. Se almacena, ya sea como UF ₆ o como U ₃ O ₈ . Algunos se utilizan en aplicaciones donde su densidad extremadamente alta lo hace valioso, como los proyectiles antitanque y, al menos en una ocasión, incluso la quilla de un velero . ^[16] También se utiliza con plutonio para fabricar combustible de óxidos mixtos (MOX) y para diluir, o mezclar , uranio altamente enriquecido de las existencias de armas que ahora se está redirigiendo para convertirlo en combustible de reactores.

Back-end

Ver también: reprocesamiento nuclear

La parte final del ciclo del combustible nuclear, en su mayoría barras de combustible gastado , contiene productos de fisión que emiten radiación beta y gamma, y actínidos que emiten partículas alfa , como el uranio-234 (vida media 245 mil años), el neptunio-237 ( 2.144 millones de años), plutonio-238 (87,7 años) y americio-241 (432 años), e incluso a veces algunos emisores de neutrones como el californio (vida media de 898 años para el californio-251). Estos isótopos se forman en reactores nucleares .

Es importante distinguir el procesamiento de uranio para producir combustible del reprocesamiento de combustible usado. El combustible usado contiene los productos de fisión altamente radiactivos (ver desechos de alta actividad a continuación). Muchos de estos son absorbentes de neutrones, llamados venenos de neutrones en este contexto. 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 completamente eliminadas. En ese momento, el combustible debe reemplazarse en el reactor con combustible nuevo, aunque todavía hay una cantidad sustancial de uranio-235 y plutonio.regalo. En los 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 el combustible se puede volver a procesar. usado. ^[17] Los productos de fisión extraídos del combustible son una forma concentrada de desechos de alta actividad, al igual que los productos químicos utilizados en el proceso. Si bien estos países reprocesan el combustible mediante ciclos únicos de plutonio, la India es el único país que se sabe que está planificando múltiples programas de reciclaje de plutonio. ^[18]

Composición del combustible y radiactividad a largo plazo

Ver también: Combustible nuclear gastado y Residuos de alta actividad

Artículo principal: producto de fisión de larga duración

Actividad del U-233 para tres tipos de combustible. En el caso de MOX, el U-233 aumenta durante los primeros 650 mil años ya que es producido por la desintegración del Np-237 que fue creado en el reactor por absorción de neutrones por el U-235.

Actividad total para tres tipos de combustible. En la región 1, hay radiación de nucleidos de vida corta, en la región 2, de Sr-90 y Cs-137 , y en el extremo derecho, la desintegración de Np-237 y U-233.

El uso de diferentes combustibles en reactores nucleares da como resultado una composición de combustible nuclear gastado (SNF) diferente, con curvas de actividad variables.

Los residuos radiactivos de larga duración del final del ciclo del combustible son especialmente relevantes al diseñar un plan completo de gestión de residuos para SNF. Al observar la desintegración radiactiva a largo plazo , los actínidos en el SNF tienen una influencia significativa debido a sus semividas característicamente largas. Dependiendo de con qué se alimente un reactor nuclear , la composición de actínidos en el SNF será diferente.

Un ejemplo de este efecto es el uso de combustibles nucleares con torio . 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 de la parte superior derecha se puede ver una comparación de la actividad asociada al U-233 para tres tipos diferentes de SNF. Los combustibles quemados son torio con plutonio apto para reactores (RGPu), torio con plutonio apto para armas (WGPu) y combustible de óxido mixto.(MOX, sin torio). Para RGPu y WGPu, se puede ver la cantidad inicial de U-233 y su desintegración alrededor de un millón de años. Esto tiene un efecto en la curva de actividad total de los tres tipos de combustible. La ausencia inicial de U-233 y sus productos hijos en el combustible MOX da como resultado una menor actividad en la región 3 de la figura de la parte inferior derecha, mientras que para RGPu y WGPu la curva se mantiene más alta debido a la presencia de U-233 que no se ha descompuesto por completo. El reprocesamiento nuclear puede eliminar los actínidos del combustible gastado para que puedan ser usados ​​o destruidos (ver Producto de fisión de larga duración § Actínidos ).

Preocupaciones por la proliferación

Ver también: Proliferación nuclear y plutonio de grado reactor.

Dado que el uranio y el plutonio son materiales de armas nucleares , ha habido preocupaciones sobre la 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 fisible (por ejemplo, reactores de enriquecimiento de uranio o de producción de plutonio dedicados). ^[19]

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 una preocupación ya que si los desechos se almacenan, quizás en un almacenamiento geológico profundo.Durante muchos años, los productos de fisión se descomponen, disminuyendo la radiactividad de los desechos y facilitando el acceso al plutonio. El contaminante indeseable Pu-240 decae más rápido que el Pu-239 y, por lo 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, a medida que pasa el tiempo, estas áreas de almacenamiento profundo 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 selladas hace que otros métodos sean preferibles. Específicamente, la alta radiactividad y el calor (80 ° C en la roca circundante) aumentan en gran medida la dificultad de minar un área de almacenamiento,y los métodos de enriquecimiento requeridos tienen altos costos de capital.^[20]

Pu-239 se descompone en U-235, que es adecuado para armas y que tiene una vida media muy larga (aproximadamente 10 ⁹ años). Por lo tanto, el plutonio puede descomponerse y dejar uranio-235. Sin embargo, los reactores modernos solo están moderadamente enriquecidos con U-235 en relación con el U-238, por lo que el U-238 continúa sirviendo como agente de desnaturalización para cualquier U-235 producido por la desintegración del plutonio.

Una solución a este problema es reciclar el plutonio y utilizarlo como combustible, por ejemplo, en reactores rápidos . En los reactores pirometalúrgicos rápidos , el plutonio y el uranio separados están contaminados por actínidos y no pueden utilizarse para armas nucleares.

Desmantelamiento de armas nucleares

Es poco probable que los desechos del desmantelamiento de armas nucleares contengan mucha actividad beta o gamma además del tritio y el americio . Es más probable que contenga actínidos emisores de alfa, como Pu-239, que es un material fisible utilizado en bombas, además de algún material con actividades específicas mucho más elevadas, como 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 Pu-238 . Por razones de seguridad nacional, los detalles del diseño de las bombas modernas normalmente no se publican en la literatura pública.

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 vieja que debe ser reacondicionada contenga productos de desintegración de los isótopos de plutonio utilizados en ella, es probable que estos incluyan U-236 de impurezas de Pu-240, más algo de U-235 de la desintegración de el Pu-239; Debido a la vida media relativamente larga de estos isótopos de Pu, estos desechos 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 de Pu-241 forma Am-241 ; Es probable que el crecimiento de americio sea un problema mayor que la desintegración de Pu-239 y Pu-240, ya que el americio es un emisor gamma (aumenta 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 solventes orgánicos / acuosos . Un proceso de extracción de tipo PUREX truncado sería un método posible para realizar la separación. El uranio natural no es fisionable porque contiene el 99,3% de U-238 y solo el 0,7% de U-235.

Residuos heredados

Debido a las actividades históricas típicamente relacionadas con la industria del radio, la minería de uranio y los programas militares, numerosos sitios contienen o están contaminados con radiactividad. Solo en los Estados Unidos, el Departamento de Energía 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". ^[21] A pesar de las copiosas cantidades de desechos, el DOE ha establecido el objetivo de limpiar con éxito todos los sitios actualmente contaminados para 2025. ^[21] The Fernald , Ohiositio, por ejemplo, tenía "31 millones de libras de producto de uranio", "2,5 mil millones de libras de desechos", "2,75 millones de yardas cúbicas de tierra y escombros contaminados", y una "porción de 223 acres del acuífero Great Miami subyacente tenía niveles de uranio por encima de la bebida estándares ". ^[21] Estados Unidos tiene al menos 108 sitios designados como áreas contaminadas e inutilizables, a veces muchos miles de acres. ^{[21] [22] El} DOE desea limpiar o mitigar muchos o todos para 2025, utilizando el método recientemente desarrollado de geomelting , ^{[ cita requerida ]} sin embargo, la tarea puede ser difícil y reconoce que algunos tal vez nunca se remedien por completo. En solo una de estas 108 designaciones más grandes,Oak Ridge National Laboratory , por ejemplo, había al menos "167 sitios de liberación de contaminantes conocidos" en una de las tres subdivisiones del sitio de 37,000 acres (150 km ² ). ^[21] Algunos de los sitios de EE. UU. Eran de naturaleza más pequeña, sin embargo, los problemas de limpieza eran más fáciles de abordar y el DOE ha completado con éxito la limpieza, o al menos el cierre, de varios sitios. ^[21]

Medicina

Los desechos médicos radiactivos tienden a contener partículas beta y emisores de rayos gamma . Se puede dividir en dos clases principales. En la medicina nuclear de diagnóstico se utilizan varios emisores de rayos gamma de corta duración, como el tecnecio-99m . Muchos de estos pueden eliminarse dejándolos que se descompongan por un corto tiempo antes de eliminarlos como desechos normales. Otros isótopos utilizados en medicina, con semividas entre paréntesis, incluyen:

• Y-90 , utilizado para el tratamiento del linfoma (2,7 días)
• I-131 , utilizado para pruebas de función tiroidea y para el tratamiento del cáncer de tiroides (8,0 días)
• Sr-89 , utilizado para el tratamiento del cáncer de hueso , inyección intravenosa (52 días)
• Ir-192 , utilizado para braquiterapia (74 días)
• Co-60 , utilizado para braquiterapia y radioterapia externa (5,3 años)
• Cs-137 , utilizado para braquiterapia y radioterapia externa (30 años)

Industria

Los desechos de origen industrial pueden contener emisores alfa , beta , neutrones o gamma. Los emisores de rayos gamma se utilizan en radiografía, mientras que las fuentes emisoras de neutrones se utilizan en una variedad de aplicaciones, como el registro de pozos de petróleo . ^[23]

Material radiactivo natural

La liberación anual de radioisótopos de uranio y torio a partir de la combustión de carbón, pronosticada por ORNL, ascenderá acumulativamente a 2,9 Mt durante el período 1937-2040, a partir de la combustión de aproximadamente 637 Gt de carbón en todo el mundo. ^[24]

Las sustancias que contienen radiactividad natural se conocen como NORM (material radiactivo natural). Después del procesamiento humano que expone o concentra esta radiactividad natural (como la extracción de carbón para sacar el carbón a la superficie o quemarlo para producir cenizas concentradas), se convierte en material radiactivo natural tecnológicamente mejorado (TENORM). ^[25] Muchos de estos desechos son materia que emite partículas alfa de las cadenas de descomposición del uranio y el torio . La principal fuente de radiación en el cuerpo humano es el potasio -40 ( 40 K ), típicamente 17 miligramos en el cuerpo a la vez y una ingesta de 0,4 miligramos / día. ^[26]La mayoría de las rocas, especialmente el granito , tienen un bajo nivel de radiactividad debido al potasio-40, torio y uranio que contienen.

Por lo general, con un rango de 1 milisievert (mSv) a 13 mSv por año, según la ubicación, la exposición media a la radiación de radioisótopos naturales es de 2,0 mSv por persona al año en todo el mundo. ^[27] Esto constituye la mayor parte de la dosis total típica (con una exposición anual media de otras fuentes que asciende a 0,6 mSv de las pruebas médicas promediadas en toda la población, 0,4 mSv de los rayos cósmicos , 0,005 mSv del legado de las 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). ^[27]

TENORM no está regulado de forma tan restrictiva como los residuos de reactores nucleares, aunque no existen diferencias significativas en los riesgos radiológicos de estos materiales. ^[28]

Carbón

El carbón contiene una pequeña cantidad de uranio radiactivo, bario, torio y potasio, pero, en el caso del carbón puro, esto es significativamente menor que la concentración promedio de esos elementos en la corteza terrestre . Los estratos circundantes, ya sean lutitas o lutitas, a menudo contienen algo más que el promedio y esto también puede reflejarse en el contenido de cenizas de los carbones "sucios". ^{[24] [29]} Los minerales de ceniza más activos se concentran en las cenizas volantes precisamente porque no se queman bien. ^[24] La radiactividad de las cenizas volantes es aproximadamente la misma que la de la pizarra negra y es menor que la del fosfato.rocas, pero es más preocupante porque una pequeña cantidad de cenizas volantes termina en la atmósfera donde se puede inhalar. ^[30] Según los informes del Consejo Nacional de Protección y Medidas Radiológicas (NCRP) de EE. UU. , La exposición de la población de las centrales eléctricas de 1000 MWe asciende a 490 personas-rem / año para las centrales eléctricas de carbón, 100 veces más grande que las centrales nucleares (4,8 personas -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 del uso del carbón desde la minería hasta la eliminación de desechos es "probablemente desconocido". ^[24]

Petróleo y gas

Los residuos de la industria del petróleo y el gas a menudo contienen radio y sus productos de descomposición. La cascarilla de sulfato de un pozo de petróleo puede ser muy rica en radio, mientras que el agua, el petróleo y el gas de un pozo a menudo contienen radón . El radón se descompone para formar radioisótopos sólidos que forman revestimientos en el interior de las tuberías. En una planta de procesamiento de aceite, el área de la planta donde se procesa el propano es a menudo una de las áreas más contaminadas de la planta, ya que el radón tiene un punto de ebullición similar al del propano. ^[31]

Los elementos radiactivos son un problema industrial en algunos pozos de petróleo donde los trabajadores que operan en contacto directo con el petróleo crudo y la salmuera pueden estar expuestos a dosis que tienen efectos negativos para la salud. Debido a la concentración relativamente alta de estos elementos en la salmuera, su eliminación también es un desafío tecnológico. Sin embargo, en los EE. UU., La salmuera está exenta de las regulaciones sobre desechos peligrosos y puede eliminarse independientemente del contenido de sustancias radioactivas o tóxicas desde la década de 1980. ^[32]

Minería de tierras raras

Debido a la presencia natural de elementos radiactivos como el torio y el radio en el mineral de tierras raras , las operaciones mineras también dan como resultado la producción de desechos y depósitos minerales que son ligeramente radiactivos. ^[33]

Ver también: Elemento de tierras raras § Consideraciones_ambientales

Clasificación

La clasificación de los desechos radiactivos varía según el país. El OIEA, que publica las Normas de seguridad de desechos radiactivos (RADWASS), también desempeña un papel importante. ^[34] La proporción de diversos tipos de residuos generados en el Reino Unido: ^[35]

• 94% - residuos de baja actividad (LLW)
• ~ 6% - residuos de nivel intermedio (ILW)
• <1% - residuos de actividad alta (HLW)

Relaves de molino

Artículo principal: relaves de uranio

Ver también: Acción correctiva de relaves de molinos de uranio

Eliminación de residuos de muy baja actividad

Los relaves de uranio son subproductos de desecho que quedan del procesamiento en bruto del mineral que contiene uranio . No son significativamente radiactivos. Los relaves de los molinos 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 los molinos de uranio también suelen contener metales pesados químicamente peligrosos como el plomo y el arsénico . Grandes montículos de relaves de molinos de uranio quedan en muchos sitios mineros antiguos, especialmente en Colorado , Nuevo México y Utah .

Aunque los relaves de los molinos no son muy radiactivos, tienen una vida media prolongada. Los relaves de los molinos a menudo contienen radio, torio y trazas de uranio. ^[36]

Residuos de baja actividad

Artículo principal: Residuos de baja actividad

Los residuos de baja actividad (LLW) se generan en los hospitales y la industria, así como en el ciclo del combustible nuclear . Los desechos de baja actividad incluyen papel, trapos, herramientas, ropa, filtros y otros materiales que contienen pequeñas cantidades de radiactividad, en su mayoría de corta duración. Los materiales que se originan en cualquier región de un área activa se designan comúnmente como LLW como medida de precaución, incluso si solo existe una posibilidad remota de estar contaminados con materiales radiactivos. Tal LLW típicamente no exhibe una radiactividad más alta de la que cabría esperar del mismo material desechado en un área no activa, como un bloque de oficinas normal. El ejemplo LLW incluye trapos de limpieza, trapeadores, tubos médicos, cadáveres de animales de laboratorio y más. ^{[37] Los} residuos LLW constituyen el 94% de todo el volumen de residuos radiactivos en el Reino Unido.^[1]

Algunos LLW de alta actividad requieren protección durante la manipulación y el transporte, pero la mayoría de los LLW son adecuados para enterramientos en tierras poco profundas. 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 mayor que la clase C ( GTCC ).

Residuos de nivel intermedio

Los frascos de combustible gastados se transportan por ferrocarril en el Reino Unido. Cada matraz está construido de acero sólido de 14 pulgadas (360 mm) de espesor y pesa más de 50 t

Los desechos de actividad intermedia (ILW) contienen mayores cantidades de radiactividad en comparación con los desechos de actividad baja. Generalmente requiere protección, pero no enfriamiento. ^[38] Los desechos de nivel intermedio incluyen resinas , lodos químicos y revestimientos metálicos de combustible nuclear , así como materiales contaminados por la clausura 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 de los reactores) se entierran en depósitos poco profundos, mientras que los desechos de vida prolongada (del combustible y el reprocesamiento de combustibles ) se depositan enrepositorio geológico . Las regulaciones en los Estados Unidos no definen esta categoría de desperdicio; el término se usa en Europa y en otros lugares. ILW produce aproximadamente el 6% de todo el volumen de desechos radiactivos en el Reino Unido. ^[1]

Residuos de alto nivel

Artículo principal: Residuos de actividad alta

Los residuos de alta actividad (HLW) son producidos por reactores nucleares. La definición exacta de HLW difiere internacionalmente. Después de que una barra de combustible nuclear cumple un ciclo de combustible y se retira del núcleo, se considera HLW. ^[39] Las barras de combustible contienen productos de fisión y elementos transuránicos generados en el núcleo del reactor . El combustible gastado es altamente radiactivo y, a menudo, está caliente. Los HLW representan más del 95% de la radiactividad total producida en el proceso de generación de electricidad nuclear, pero contribuyen a menos del 1% del volumen de todos los residuos radiactivos producidos en el Reino Unido. En general, el programa nuclear de 60 años en el Reino Unido hasta 2019 produjo 2150 m ³ de HLW. ^[1]

Los desechos radiactivos de las barras de combustible gastado consisten principalmente en cesio 137 y estroncio 90, pero también pueden incluir plutonio, que puede considerarse un desecho transuránico. ^[36] Las vidas medias de estos elementos radiactivos pueden diferir bastante. Algunos elementos, como el cesio-137 y el estroncio-90, tienen una vida media de aproximadamente 30 años. Mientras tanto, el plutonio tiene una vida media que puede extenderse hasta 24.000 años. ^[36]

La cantidad de HLW en todo el mundo está aumentando actualmente en unas 12.000 toneladas cada año. ^[40] Una planta de energía nuclear de 1000 megavatios produce alrededor de 27 toneladas de combustible nuclear gastado (sin reprocesar) cada año. ^[41] A modo de comparación, la cantidad de ceniza producida por las centrales eléctricas de carbón en los Estados Unidos solo se estima en 130.000.000 t por año ^[42] y se estima que las cenizas volantes liberan 100 veces más radiación que una central nuclear equivalente. ^[43]

Las ubicaciones actuales en los Estados Unidos donde se almacenan los desechos nucleares.

En 2010, se estimó que alrededor de 250.000 t de HLW nucleares se almacenaban en todo el mundo. ^[44] Esto no incluye las cantidades que se han escapado al medio ambiente por accidentes o pruebas. Se estima que Japón almacenará 17.000 toneladas de HLW en 2015. ^[45] En 2019, Estados Unidos tiene más de 90.000 toneladas de HLW. ^{[46] Los} HLW se han enviado a otros países para ser almacenados o reprocesados ​​y, en algunos casos, devueltos como combustible activo.

La controversia en curso sobre la eliminación de desechos radiactivos de alto nivel es una limitación importante para la expansión global de la energía nuclear. ^[47] La mayoría de los científicos están de acuerdo en que la principal solución propuesta a largo plazo es un entierro geológico profundo, ya sea en una mina o en un pozo profundo. ^{[48] [49]} A partir de 2019, no está en funcionamiento ningún residuo nuclear civil de alto nivel específico ^[47], ya que pequeñas cantidades de HLW no justificaban la inversión antes. Finlandia se encuentra en la etapa avanzada de la construcción del depósito de combustible nuclear gastado de Onkalo , que se prevé abrir en 2025 a una profundidad de 400 a 450 m. 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 Forsmaek. Canadá planea una instalación de 680 m de profundidad cerca del lago Huron en Ontario. La República de Corea planea abrir un sitio alrededor de 2028. ^[1] El sitio en Suecia cuenta con un 80% de apoyo de los residentes locales a partir de 2020. ^[50]

La Operación Morris es actualmente el único sitio de facto de almacenamiento de desechos radiactivos de alto nivel en los Estados Unidos.

Residuos transuránicos

Artículo principal: Residuos transuránicos

Los ejemplos y la perspectiva de este artículo se refieren principalmente a los Estados Unidos y no representan una visión mundial del tema . Puede mejorar este artículo , discutir el tema en la página de discusión o crear un artículo nuevo , según corresponda. ( Noviembre de 2013 ) ( Obtenga información sobre cómo y cuándo eliminar este mensaje de plantilla )

Los desechos transuránicos (TRUW), según la definición de las regulaciones de EE. UU., Son, independientemente de 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 actividad alta. Los elementos que tienen un número atómico mayor que el uranio se denominan transuránicos ("más allá del uranio"). Debido a su larga vida media, TRUW se desecha con más precaución que los desechos de nivel bajo o intermedio. En Estados Unidos, surge principalmente de armas nucleares.producción, 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 superficial no mayor de 200 mrem por hora (2 mSv / h), mientras que RH TRUW tiene una tasa de dosis superficial de 200 mrem / h (2 mSv / h) o mayor. CH TRUW no tiene la radiactividad muy alta de los desechos de alta actividad, 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 dispone de TRUW generado a partir de instalaciones militares en la Planta Piloto de Aislamiento de Desechos (WIPP) en una formación de sal profunda en Nuevo México . ^[51]

Prevención

Una forma futura de reducir la acumulación de desechos es eliminar gradualmente los reactores actuales en favor de los reactores de IV Generación , que generan menos desechos por energía generada. Los reactores rápidos como BN-800 en Rusia también pueden consumir combustible MOX que se fabrica a partir de combustible gastado reciclado de reactores tradicionales. ^[52]

Artículo principal: reactor BN-800

La Autoridad de Desmantelamiento Nuclear del Reino Unido publicó un documento de posición en 2014 sobre el progreso 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. ^[53]

Gestión

Contenedor de transporte moderno de nivel medio a alto para desechos nucleares

Ver también: Gestión de desechos radiactivos de alto nivel , Lista de tecnologías de tratamiento de desechos nucleares y Efectos ambientales de la energía nuclear

En la gestión de desechos nucleares son especialmente preocupantes dos productos de fisión de larga duración, Tc-99 (vida media 220.000 años) e I-129 (vida media 15,7 millones de años), que dominan la radiactividad del combustible gastado después de unos pocos miles de años. Los elementos transuránicos más problemáticos en el combustible gastado son Np-237 (vida media dos millones de años) y Pu-239 (vida media 24.000 años). ^[54] Los desechos nucleares requieren un tratamiento y una gestión sofisticados para aislarlos con éxito de interactuar con la biosfera . Por lo general, esto requiere un tratamiento, seguido de una estrategia de gestión a largo plazo que implica el almacenamiento, la eliminación o la transformación de los desechos en una forma no tóxica. ^[55]Los gobiernos de todo el mundo están considerando una variedad de opciones de gestión y eliminación de desechos, aunque ha habido un progreso limitado hacia soluciones de gestión de desechos a largo plazo. ^[56]

El Onkalo es un depósito geológico profundo planificado para la eliminación final del combustible nuclear gastado ^{[57] [58]} cerca de la central nuclear de Olkiluoto en Eurajoki , en la costa occidental de Finlandia . Imagen de una cueva piloto a la profundidad final en Onkalo.

En la segunda mitad del siglo XX, las naciones nucleares investigaron varios métodos de eliminación de desechos radiactivos, ^[59] que son:

• "Almacenamiento sobre el suelo a largo plazo", no implementado.
• "Eliminación en el espacio exterior" (por ejemplo, dentro del Sol), no implementado, ya que actualmente sería demasiado costoso.
• " Eliminación de pozo profundo ", no implementado.
• "Derretimiento de rocas", no implementado.
• "Eliminación en zonas de subducción", no implementado.
• Eliminación oceánica , por parte de la URSS, el Reino Unido, ^[60] Suiza, los Estados Unidos, Bélgica, Francia, los Países Bajos, Japón, Suecia, Rusia, Alemania, Italia y Corea del Sur (1954-1993). Esto ya no está permitido por acuerdos internacionales.
• " Eliminación submarina ", no implementada, no permitida por acuerdos internacionales.
• "Eliminación en capas de hielo", rechazada en el Tratado Antártico
• "Inyección directa", por URSS y EE. UU.
• Transmutación nuclear , usando láseres para causar desintegración beta para convertir los átomos inestables en aquellos con vidas medias más cortas.

En los Estados Unidos, la política de gestión de residuos se rompió por completo con el fin del trabajo en el depósito incompleto de Yucca Mountain . ^[61] En la actualidad, hay 70 plantas de energía nuclear donde se almacena el combustible gastado . El presidente Obama nombró una Comisión del Listón Azul para analizar las opciones futuras para este y el futuro desperdicio. Un depósito geológico profundo parece ser favorecido. ^[61] 2018 Premio Nobel de Física -Ganadora Gérard Mourou ha propuesto el uso de amplificación de pulso gorjeadogenerar pulsos de láser de alta energía y baja duración para transmutar material altamente radiactivo (contenido en un objetivo) para reducir significativamente su vida media, de miles de años a solo unos pocos minutos. ^{[62] [63]}

Tratamiento inicial

Vitrificación

La planta de vitrificación de residuos en Sellafield

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 hacer esto podría ser mediante la vitrificación . ^[64] Actualmente en Sellafield los residuos de alto nivel ( PUREX primer ciclo de refinado ) se mezcla con azúcar y luego se calcinó. 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 desnitrificar los productos de fisión para ayudar a la estabilidad del vidrio producido. ^{[sesenta y cinco]}

La "calcina" generada se alimenta continuamente a un horno calentado por inducción con vidrio fragmentado . ^[66] El vidrio resultante es una sustancia nueva en la que los productos de desecho se adhieren a la matriz de vidrio cuando se solidifica. Como fundido, 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. ^[67]

Después de llenar un cilindro, se suelda un sello a la culata. A continuación, se lava el cilindro. Después de ser inspeccionado por contaminación externa, el cilindro de acero se almacena, generalmente en un depósito subterráneo. De esta forma, se espera que los productos de desecho permanezcan inmovilizados durante miles de años. ^[68]

El vidrio dentro de un cilindro suele ser una sustancia negra brillante. Todo este trabajo (en el Reino Unido) se realiza mediante sistemas de células calientes . Se agrega azúcar para controlar la química del rutenio y para detener la formación del RuO 4 volátil que contiene isótopos radiactivos de rutenio . En Occidente, el vidrio es normalmente un vidrio de borosilicato (similar al Pyrex ), mientras que en la ex Unión Soviética es normal usar un vidrio de fosfato . ^[69] La cantidad de productos de fisión en el vidrio debe ser limitada porque algunos ( paladio , los otros metales del grupo Pt y telurio) tienden a formar fases metálicas que se separan del vidrio. La vitrificación a granel utiliza electrodos para derretir el suelo y los desechos, que luego se entierran bajo tierra. ^[70] 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. ^{[65] [71]}

Cerámica de fosfato

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. ^[72] La diversa química de las cerámicas de fosfato en diversas condiciones demuestra un material versátil que puede resistir la degradación química, térmica y radiactiva a lo largo del tiempo. Las propiedades de los fosfatos, particularmente los fosfatos cerámicos, de estabilidad en un amplio rango de pH, baja porosidad y minimización de residuos secundarios abren posibilidades para nuevas técnicas de inmovilización de residuos.

Intercambio de iones

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) a menudo se descarga. Por ejemplo, es posible utilizar un flóculo de hidróxido férrico para eliminar metales radiactivos de mezclas acuosas. ^[73] Después de que los radioisótopos se absorben en el hidróxido férrico, el lodo resultante puede colocarse en un tambor de metal antes de mezclarse con cemento para formar un residuo sólido. ^[74] Con el fin de obtener un mejor rendimiento a largo plazo (estabilidad mecánica) de tales formas, se pueden fabricar a partir de una mezcla de cenizas volantes o de alto horno. escoria y cemento Portland , en lugar del hormigón normal (hecho con cemento Portland, grava y arena).

Synroc

El Synroc australiano (roca sintética) es una forma más sofisticada de inmovilizar dichos desechos, y este proceso puede eventualmente convertirse en un uso comercial para desechos civiles (actualmente se está desarrollando para desechos militares de EE. UU.). Synroc fue inventado por el profesor Ted Ringwood (un geoquímico ) en la Universidad Nacional de Australia . ^[75] El Synroc contiene minerales de tipo pirocloro y criptomelano. La forma original de Synroc (Synroc C) fue diseñada para los desechos líquidos de alto nivel (refinado PUREX) de un reactor de agua ligera . Los principales minerales de este Synroc son hollandita (BaAl ₂ Ti ₆ O ₁₆ ), zirconolita(CaZrTi ₂ O ₇ ) y perovskita (CaTiO ₃ ). La zirconolita y la perovskita son huéspedes de los actínidos . El estroncio y el bario se fijarán en la perovskita. El cesio se fijará en la hollandita. Una instalación de tratamiento de residuos Synroc comenzó a construirse en 2018 en ANSTO ^[76]

Gestión a largo plazo

Ver también: Economía de las plantas de energía nuclear § Costos de eliminación de desechos

El período de tiempo en cuestión cuando se trata de desechos radiactivos oscila entre 10.000 y 1.000.000 de años, ^[77] según estudios basados ​​en el efecto de dosis estimadas de radiación. ^{[78] Los} investigadores sugieren que los pronósticos de detrimento de la salud para tales períodos deben examinarse críticamente. ^{[79] [80]} Los estudios prácticos solo consideran hasta 100 años en lo que respecta a la planificación eficaz ^[81] y las evaluaciones de costos ^[82] . El comportamiento a largo plazo de los desechos radiactivos sigue siendo un tema de proyectos de investigación en curso sobre predicción geográfica . ^[83]

Remediación

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 se saturan con calcio, que está presente en mayores cantidades en los desechos nucleares. El estroncio-90, con una vida media de alrededor de 30 años, se clasifica como residuo de actividad alta. ^[84]

Los investigadores han analizado la bioacumulación de estroncio por Scenedesmus spinosus ( algas ) en aguas residuales simuladas. El estudio afirma una capacidad de biosorción altamente selectiva para el estroncio de S. spinosus, lo que sugiere que puede ser apropiado para el uso de aguas residuales nucleares. ^[85] Un estudio del alga de estanque Closterium moniliferum utilizando estroncio no radiactivo encontró que al variar la proporción de bario a estroncio en el agua se mejora la selectividad del estroncio. ^[84]

Eliminación sobre el suelo

El almacenamiento en barrica seca generalmente implica tomar los desechos de una piscina de combustible gastado y sellarlos (junto con un gas inerte ) en un cilindro de acero , que se coloca en un cilindro de hormigón que actúa como escudo de radiación. Es un método relativamente económico que se puede realizar en una instalación central o adyacente al reactor fuente. Los desechos se pueden recuperar fácilmente para su reprocesamiento. ^[86]

Disposición geológica

Diagrama de un vertedero subterráneo de desechos radiactivos de baja actividad

El 14 de febrero de 2014, los materiales radiactivos de la Planta Piloto de Aislamiento de Desechos se filtraron de un tambor de almacenamiento dañado debido al uso de material de empaque incorrecto. El análisis mostró la falta de una "cultura de seguridad" en la planta, ya que su exitosa operación durante 15 años había generado complacencia. ^[87]

El proceso de selección de repositorios finales profundos apropiados para desechos de alta actividad y combustible gastado está ahora en marcha en varios países y se espera que el primero se ponga en servicio en algún momento después de 2010. ^{[ cita requerida ]} El concepto básico es ubicar un conjunto geológico grande y estable formación y uso de tecnología de minería para excavar un túnel, o máquinas de perforación de túneles de gran calibre (similares a las utilizadas para perforar el túnel del canaldesde Inglaterra a Francia) para perforar un pozo de 500 metros (1.600 pies) a 1.000 metros (3.300 pies) por debajo de la superficie donde se pueden excavar salas o bóvedas para la eliminación de desechos radiactivos de alta actividad. El objetivo es aislar permanentemente los desechos nucleares del entorno humano. Muchas personas se sienten incómodas con el cese inmediato de la administración de este sistema de eliminación, lo que sugiere que la administración y el monitoreo perpetuos serían más prudentes. ^{[ cita requerida ]}

Dado que algunas especies radiactivas tienen una vida media superior a un millón de años, deben tenerse en cuenta incluso tasas muy bajas de fuga de contenedores y migración de radionucleidos. ^[88] Además, puede requerir más de una vida media hasta que algunos materiales nucleares pierdan suficiente radiactividad como para dejar de ser letales para los seres vivos. Una revisión de 1983 del programa sueco de eliminación de desechos radiactivos realizada por la Academia Nacional de Ciencias encontró que la estimación de ese país de varios cientos de miles de años, tal vez hasta un millón de años, era necesaria para el aislamiento de desechos "plenamente justificada". ^[89]

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 las aguas poco profundas durante aproximadamente 140 años, según los datos de contenido de oxígeno registrados durante un período de 25 años. ^[90] Incluyen el entierro debajo de una llanura abisal estable , el entierro en una zona de subducción que llevaría lentamente los desechos hacia el manto de la Tierra , ^{[91] [92]} y el entierro debajo de una remota isla natural o artificial. Si bien estos enfoques tienen todos los méritos y facilitaría una solución internacional al problema de la eliminación de los residuos radiactivos, que requerirían una modificación del derecho del mar .^[93]

El artículo 1 (Definiciones), 7., del Protocolo de 1996 del Convenio para la prevención de la contaminación del mar por vertimiento de desechos y otras materias (el Convenio de Londres sobre vertidos) establece:

"Por" mar "se entienden todas las aguas marinas distintas de las aguas interiores de los Estados, así como el lecho marino y su subsuelo; no incluye los repositorios del subsuelo marino a los que se accede únicamente desde tierra."

El método de eliminación de desechos subductivos en tierra propuesto elimina los desechos nucleares en una zona de subducción a la que se accede desde tierra y, por lo tanto, no está prohibido por acuerdos internacionales. Este método ha sido descrito como el medio más viable de eliminación de desechos radiactivos, ^[94] y como el más moderno a partir de 2001 en tecnología de eliminación de desechos nucleares. ^[95] Otro enfoque denominado Remix & Return ^[96] mezclaría los desechos de alta actividad con los relaves de minas y molinos de uranio hasta el nivel de la radiactividad original del mineral de uranio., luego reemplácelo en minas de uranio inactivas. Este enfoque tiene la ventaja de proporcionar puestos de trabajo a los mineros que se convertirían en personal de eliminación y de facilitar un ciclo de la cuna a la tumba para los materiales radiactivos, pero sería inadecuado para el combustible de reactor gastado en ausencia de reprocesamiento, debido a la presencia de elementos radiactivos altamente tóxicos como el plutonio en su interior.

La eliminación en pozos profundos es el concepto de eliminación de desechos radiactivos de alta actividad 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 pequeñas de partes por millón, cada una sumando la masa de 3 × 10 ¹⁹ toneladas de la corteza ), entre otros radioisótopos naturales. ^{[97] [98] [99]}Dado que la fracción de nucleidos que se desintegran por unidad de tiempo es inversamente proporcional a la vida media de un isótopo, la radioactividad relativa de la menor cantidad de radioisótopos producidos por humanos (miles de toneladas en lugar de billones de toneladas) disminuiría una vez que los isótopos con un tamaño mucho más corto vidas medias que la mayor parte de los radioisótopos naturales decaídos.

En enero de 2013, el consejo del condado de Cumbria rechazó las propuestas del gobierno central del Reino Unido para comenzar a trabajar en un vertedero de almacenamiento subterráneo de desechos nucleares cerca del Parque Nacional del Distrito de los Lagos . "Para cualquier comunidad de acogida, habrá un paquete sustancial de beneficios para la comunidad por valor de cientos de millones de libras", dijo Ed Davey, Secretario de Energía, pero no obstante, el organismo local electo votó 7-3 en contra de la continuación de la investigación, después de escuchar la evidencia de geólogos independientes. que "era imposible confiar en los estratos fracturados del condado con un material tan peligroso y un peligro que duraría milenios". ^{[100] [101]}

La disposición horizontal de sondajes 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 alta actividad como el combustible nuclear gastado , el cesio-137 o el estroncio-90 . Después del emplazamiento y el período de recuperación, ^{[se necesita aclaración ] los} pozos de perforación se rellenarían y sellarían. Una serie de pruebas de la tecnología se llevaron a cabo en noviembre de 2018 y luego nuevamente públicamente en enero de 2019 por una empresa privada con sede en EE. UU. ^[102]La prueba demostró la colocación de un recipiente de prueba en un pozo de perforación horizontal y la recuperación del mismo recipiente. En esta prueba no se utilizaron residuos de alta actividad. ^{[103] [104]}

Transmutación

Artículo principal: transmutación nuclear

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. Continuó hasta las pruebas a gran escala, pero luego fue cancelado por el gobierno de los Estados Unidos. Otro enfoque, considerado más seguro pero que requiere más desarrollo, es dedicar reactores subcríticos a la transmutación de los elementos transuránicos sobrantes.

Un isótopo que se encuentra en los residuos nucleares y que representa una preocupación en términos de proliferación es el Pu-239. La gran cantidad de plutonio es el 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 combustibles 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, ^[105] pero el presidente Reagan anuló la prohibición en 1981. ^[106] Debido a las pérdidas económicas y los riesgos, 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 lugar a un reactor de investigación nuclear práctico llamado Myrrha en el que es posible la transmutación. Además, se ha iniciado un nuevo programa de investigación llamado ACTINET en la UE.para hacer posible la transmutación a 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. ^[107]

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. (que significa fisionada en el caso de los actínidos) a elementos más ligeros en su sucesivo bombardeo por los neutrones de muy alta energía producidos por la fusión de deuterio y tritio en el reactor. Un estudio en el MIT encontró que solo 2 o 3 reactores de fusión con parámetros similares a los del Reactor Experimental Termonuclear Internacional (ITER) podían transmutar todo el actínido menor anualproducción de todos los reactores de agua ligera que operan actualmente en la flota de los Estados Unidos mientras que simultáneamente genera aproximadamente 1 gigavatio de energía de cada reactor. ^[108]

Reutilizar

Artículo principal: reprocesamiento nuclear

Otra opción es buscar aplicaciones para los isótopos en los residuos nucleares para reutilizarlos . ^[109] 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 manejar radioisótopos, puede reducir la cantidad de desechos producidos.

El método de producción de hidrocarburos asistido por energía nuclear , ^[110] solicitud de patente canadiense 2.659.302, es un método para el almacenamiento temporal o permanente de materiales de desecho nuclear que comprende la colocación de materiales de desecho en uno o más depósitos o pozos construidos en un aceite no convencional.formación. 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 alta actividad 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 tiempo de 1.000 a 100.000 años.

Eliminación de espacio

La eliminación espacial es atractiva porque elimina los desechos nucleares del planeta. Tiene desventajas significativas, como el potencial de falla catastrófica de un vehículo de lanzamiento , que podría esparcir material radioactivo a la atmósfera y alrededor del mundo. Se necesitaría un gran número de lanzamientos porque ningún cohete individual podría transportar una gran parte del material en relación con la cantidad total que debe eliminarse. Esto hace que la propuesta sea poco práctica económicamente y aumenta el riesgo de al menos uno o más fallos de lanzamiento. ^[111] Para complicar aún más las cosas, sería necesario establecer acuerdos internacionales sobre la reglamentación de dicho programa. ^[112]Los costos y la confiabilidad inadecuada de los sistemas modernos de lanzamiento de cohetes para la eliminación espacial ha sido uno de los motivos de interés en los sistemas de lanzamiento espacial que no son de cohetes , como impulsores de masas , elevadores espaciales y otras propuestas. ^[113]

Planes de gestión nacionales

Ver también: Gestión de residuos radiactivos de alto nivel

Protesta antinuclear cerca del centro de eliminación de desechos nucleares en Gorleben, en el norte de Alemania

Suecia y Finlandia están más adelantados en el compromiso 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 alta actividad. "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". ^[114]

En muchos países europeos (por ejemplo, Gran Bretaña, Finlandia, Países Bajos, Suecia y Suiza), el riesgo o el límite de dosis para un miembro del público expuesto a la radiación de una futura instalación de desechos nucleares de alto nivel es considerablemente más estricto que el sugerido por el Comisión Internacional de Protección Radiológica o propuesto en los Estados Unidos. Los límites europeos son a menudo más estrictos que el estándar sugerido en 1990 por la Comisión Internacional de Protección Radiológica en un factor de 20, y más estrictos en un factor de diez que el estándar propuesto por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) para la energía nuclear de Yucca Mountain. depósito de residuos durante los primeros 10.000 años después del cierre. ^[115]

El estándar propuesto por la EPA de EE.UU. para más de 10,000 años es 250 veces más permisivo que el límite europeo. ^[115] La EPA de EE. UU. Propuso un límite legal de un máximo de 3,5 milisieverts (350 milirem ) cada uno por año para las personas locales después de 10.000 años, lo que sería hasta varios por ciento de la exposición ^{[ vaga ]} actualmente recibida por algunas poblaciones en el más alto regiones de fondo natural en la Tierra, aunque el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) de EE. UU . predijo que la dosis recibida estaría muy por debajo de ese límite . ^[116]En un período de tiempo de miles de años, después de que los radioisótopos de vida media corta más activos se descompusieran, el enterramiento de desechos nucleares estadounidenses aumentaría la radioactividad en los 2000 pies superiores de roca y suelo en 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 la vecindad del sitio tendría una concentración mucho mayor de radioisótopos artificiales bajo tierra que tal promedio. ^[117]

Mongolia

Después de una seria oposición sobre los planes y negociaciones entre Mongolia con 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 habían comenzado después de que el subsecretario de Energía de los Estados Unidos, Daniel Poneman, visitara Mongolia en septiembre. , 2010. Las conversaciones tuvieron lugar en Washington, DC entre funcionarios de Japón, Estados Unidos y Mongolia en febrero de 2011. Después de esto, los Emiratos Árabes Unidos (EAU), que querían comprar combustible nuclear de Mongolia, se unieron a las negociaciones. Las conversaciones se mantuvieron en secreto y, aunque el Mainichi Daily Newsinformó sobre ellos 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 retirar los planes y revelar información. El presidente de Mongolia, 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. ^[118] El gobierno de Mongolia ha acusado al periódico de distribuir afirmaciones falsas en todo el mundo. Luego de la orden presidencial, el presidente mongol despidió al individuo que supuestamente estuvo involucrado en estas conversaciones.

Vertido ilegal

Artículo principal: Vertido de desechos tóxicos por parte de la 'Ndrangheta

Las autoridades de Italia están investigando a un clan de la mafia 'Ndrangheta acusado de tráfico y vertido ilegal de desechos nucleares. Según un denunciante , un gerente de la agencia estatal de investigación energética de Italia, Enea, pagó al clan para que se deshaga de 600 bidones de desechos tóxicos y radiactivos de Italia, Suiza, Francia, Alemania y Estados Unidos, con Somalia como destino, donde los desechos fueron enterrados después de comprar a los políticos locales. Se sospecha que los ex empleados de Enea pagaron a los delincuentes para que les quitaran los desechos de las manos en las décadas de 1980 y 1990. Los envíos a Somalia continuaron en la década de 1990, mientras que el clan 'Ndrangheta también hizo estallar cargamentos de desechos, incluidos desechos hospitalarios radiactivos, enviándolos al lecho marino frente al mar.Costa de Calabria . ^[119] Según el grupo ambientalista Legambiente , ex miembros de la 'Ndrangheta han dicho que se les pagó para hundir barcos con material radiactivo durante los últimos 20 años. ^[120]

Accidentes

Artículo principal: Accidentes e incidentes nucleares y radiológicos

Se han producido algunos incidentes cuando el material radiactivo se desechó de manera inadecuada, el blindaje durante el transporte estaba defectuoso o cuando simplemente se abandonó o incluso se lo robaron de un depósito de desechos. ^[121] En la Unión Soviética, los desechos almacenados en el lago Karachay volaron sobre el área durante una tormenta de polvo después de que el lago se hubiera secado parcialmente. ^[122] En Maxey Flat , una instalación de desechos radiactivos de baja actividad ubicada en Kentucky, trincheras de contención cubiertas con tierra, en lugar de acero o cemento, colapsaron bajo las fuertes lluvias en las trincheras y se llenaron de agua. El agua que invadió las trincheras se volvió radiactiva y tuvo que ser eliminada en la propia instalación de Maxey Flat. En otros casos de accidentes con desechos radiactivos, los lagos o estanques con desechos radiactivos se desbordaron accidentalmente en los ríos durante tormentas excepcionales. ^{[ cita requerida ]} En Italia, varios depósitos de desechos radiactivos permiten que el material fluya hacia el agua del río, contaminando así el agua para uso doméstico. ^[123] En Francia, en el verano de 2008, ocurrieron numerosos incidentes: ^[124] 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 unos 75 kg del material radiactivo se filtraron al suelo y, desde allí, a dos ríos cercanos; ^[125] en otro caso, más de 100 empleados se contaminaron con dosis bajas de radiación. ^[126] Existe una preocupación constante por el deterioro del sitio de desechos nucleares en el atolón Enewetak de las Islas Marshall y un posible derrame radiactivo. ^[127]

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 radioactividad y sus peligros) y un mercado para artículos recolectados y chatarra. metal. Los carroñeros y los que compran el material casi siempre desconocen que el material es radiactivo y se selecciona por su estética o valor de desecho. ^[128]La irresponsabilidad por parte de los propietarios del material radiactivo, generalmente un hospital, una universidad o un ejército, y la ausencia de una reglamentación relativa a los desechos radiactivos, o la falta de aplicación de dicha reglamentación, han sido factores importantes en la exposición a las radiaciones. Para ver un ejemplo de un accidente con chatarra radiactiva procedente de un hospital, consulte el accidente de Goiânia . ^[128]

Es poco probable que los accidentes de transporte que involucren combustible nuclear gastado de centrales eléctricas tengan consecuencias graves debido a la resistencia de los contenedores de transporte de combustible nuclear gastado . ^[129]

El 15 de diciembre de 2011, el principal portavoz del gobierno, Osamu Fujimura, del gobierno japonés 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 el OIEA, los informes se mantuvieron en secreto para los inspectores del Organismo Internacional de Energía Atómica . ^{[ cita requerida ]} Japón inició discusiones con el OIEA sobre las grandes cantidades de uranio enriquecido y plutonio que se descubrieron en desechos nucleares eliminados por operadores nucleares japoneses. ^{[ cita requerida ]}En la rueda de prensa, Fujimura dijo: "Con base en las investigaciones realizadas hasta el momento, la mayoría de las sustancias nucleares se han gestionado adecuadamente como residuo, y desde esa perspectiva, no hay problema en la gestión de la seguridad", pero según él, el asunto en ese momento seguía siendo siendo investigado. ^[130]

Señales de advertencia de peligro asociadas

• El símbolo del trébol utilizado para indicar radiación ionizante.

• 2007 Símbolo ISO de peligro de radiactividad destinado a las fuentes de las categorías 1, 2 y 3 del OIEA definidas como fuentes peligrosas que pueden causar la muerte o lesiones graves. ^[131]

• El signo de clasificación de transporte de mercancías peligrosas para materiales radiactivos

Ver también

• Dosis equivalente de plátano
• Eliminación de sondajes horizontales
• Depósito geológico profundo
• Eliminación de pozos profundos
• Uranio empobrecido
• Ducrete
• Remediación ambiental
• Geomelting
• Celda caliente
• Grupo de trabajo sobre interferencia humana
• Into Eternity (película)
• Listas de desastres nucleares e incidentes radiactivos
• Residuos mixtos (radiactivos / peligrosos)
• Corrosión microbiana
• Desmantelamiento nuclear
• Equipo de protección personal
• Protección de radiación
• Contaminación radioactiva
• Chatarra radiactiva
• Radioecología
• Pequeño reactor de residuos nucleares de Taylor Wilson
• Residuos tóxicos
• Gestión de residuos
• Material no contabilizado

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Fuentes citadas

• Vandenbosch, Robert y Vandenbosch, Susanne E. (2007). Punto muerto de residuos nucleares . Salt Lake City: Prensa de la Universidad de Utah. ISBN 978-0874809039.

Enlaces externos

• Biblioteca digital Alsos - Residuos radiactivos (bibliografía comentada)
• Euridice European Interest Group a cargo de la operación de la URL de Hades (enlace)
• Ondraf / Niras, la autoridad de gestión de residuos en Bélgica (enlace)
• Hora crítica: Three Mile Island, el legado nuclear y la seguridad nacional (PDF)
• Agencia de Protección Ambiental - Yucca Mountain (documentos)
• Grist.org - Cómo informar a las generaciones futuras sobre los desechos nucleares (artículo)
• Organismo Internacional de Energía Atómica - Directorio de recursos nucleares en Internet (enlaces)
• Nuclear Files.org - Yucca Mountain (documentos)
• Comisión Reguladora Nuclear - Desechos Radiactivos (documentos)
• Comisión Reguladora Nuclear - Cálculo de generación de calor por combustible gastado (guía)
• Soluciones Radwaste (revista)
• UNEP Earthwatch - Residuos radiactivos (documentos y enlaces)
• Asociación Nuclear Mundial - Desechos radiactivos (documentos informativos)
• Las preocupaciones no pueden ser enterradas mientras se acumulan los desechos nucleares, Los Angeles Times, 21 de enero de 2008