Desechos radiactivos

Los desechos radiactivos son un tipo de desechos peligrosos que contienen material radiactivo. Los desechos radiactivos son el resultado de muchas actividades, incluida la medicina nuclear, la investigación nuclear, la generación de energía nuclear, la minería de tierras raras y el reprocesamiento de armas nucleares. El almacenamiento y la eliminación de desechos radiactivos están regulados por agencias gubernamentales para proteger la salud humana y el medio ambiente.

Los desechos radiactivos se clasifican en términos generales en desechos de actividad baja (LLW), como papel, trapos, herramientas, ropa, que contienen pequeñas cantidades de radiactividad, en su mayoría de corta duración, desechos de actividad intermedia (ILW), que contienen cantidades más altas de radiactividad y requiere algo de blindaje y desechos de alto nivel (HLW), que son altamente radiactivos y calientes debido al calor de desintegración, por lo que requieren refrigeración y blindaje.

En las plantas de reprocesamiento nuclear, alrededor del 96% del combustible nuclear gastado se recicla nuevamente en combustibles basados ​​en uranio y de óxido mixto (MOX). El 4% residual son productos de fisión que son desechos de alto nivel altamente radiactivos. Esta radiactividad disminuye naturalmente 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.

El tiempo de almacenamiento de los residuos radiactivos depende del tipo de residuos 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. El entierro en un repositorio geológico profundo es una solución preferida para el almacenamiento a largo plazo de desechos de actividad alta, mientras que la reutilización y la transmutación son soluciones preferidas para reducir el inventario de HLW.

Se presenta y revisa periódicamente un resumen de las cantidades de desechos radiactivos y los enfoques de gestión para la mayoría de los países desarrollados como parte de la Convención Conjunta sobre Seguridad en la Gestión del Combustible Gastado y sobre Seguridad en la Gestión de Desechos Radiactivos del Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA)..

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 humanos y el medio ambiente. Diferentes isótopos emiten diferentes tipos y niveles de radiación, que duran diferentes períodos de tiempo.

Física

	t ½(año)	Rendimiento(%)	Q(keV)	antes de Cristo
UE	4.76	0.0803	252	antes de Cristo
kr	10.76	0.2180	687	antes de Cristo
Discos compactos	14.1	0.0008	316	b
señor	28,9	4.505	2826	b
cs	30.23	6.337	1176	β c
sn	43,9	0.00005	390	antes de Cristo
pequeño	88.8	0.5314	77	b

nucleido	t 1 ⁄ 2	Producir	q	antes de Cristo
	(Mamá)	(%)	(keV)
tc	0.211	6.1385	294	b
sn	0.230	0.1084	4050	β c
Ver	0.327	0.0447	151	b
Zr	1.53	5.4575	91	antes de Cristo
cs	2.3	6.9110	269	b
PD	6.5	1.2499	33	b
yo	15.7	0.8410	194	antes de Cristo
^ La energía de desintegración se divide entre β, neutrino y γ, si corresponde.^ Por 65 fisiones de neutrones térmicos de U y 35 de Pu.^ Tiene una energía de desintegración de 380 keV, pero su producto de desintegración Sb tiene una energía de desintegración de 3,67 MeV.^ Más bajo en reactores térmicos porque Xe, su predecesor, absorbe fácilmente los 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 desintegrarse en otro nucleido. Finalmente, todos los desechos radiactivos se descomponen 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. Las dos tablas muestran algunos de los principales radioisótopos, sus vidas medias y su producción de radiación como proporción de la producción de fisión de uranio-235.

La energía y el tipo de radiación ionizante emitida por una sustancia radiactiva también son factores importantes para determinar su amenaza para los humanos. 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 humanos. Esto se complica aún más por el hecho de que muchos radioisótopos no se desintegran inmediatamente a un estado estable, sino 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 la radiación ionizante. En los seres humanos, una dosis de 1 sievert conlleva un riesgo del 5,5 % de desarrollar cáncer, 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. 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 esté en un gameto o en una célula formadora de gametos. La incidencia de mutaciones inducidas por radiación en humanos es pequeña, como en la mayoría de los mamíferos, debido a los mecanismos naturales de reparación celular, muchos de los cuales acaban de salir a la luz. Estos mecanismos van desde la reparación del ADN, el ARNm y las proteínas hasta la digestión lisosómica interna de proteínas defectuosas e incluso el suicidio celular inducido: la apoptosis.

Según el modo de desintegración y la farmacocinética de un elemento (cómo lo procesa el cuerpo y con qué rapidez), la amenaza debida a la exposición a una determinada actividad de un radioisótopo diferirá. Por ejemplo, el yodo-131 es un emisor beta y gamma de vida corta, pero debido a que se concentra en la glándula tiroides, es más capaz de causar lesiones que el cesio-137 que, al ser soluble en agua, se excreta rápidamente a través de la orina. De manera similar, los actínidos emisores alfa y el radio se consideran muy dañinos ya que tienden a tener vidas medias biológicas largas y su radiación tiene una efectividad biológica relativa alta, lo que la hace mucho más dañina para los tejidos por cantidad de energía depositada. Debido a tales diferencias, las reglas que determinan la lesión biológica difieren ampliamente según el radioisótopo, el tiempo de exposición,

Fuentes

Actínidos y productos de fisión por vida mediavtmi
Actínidos por cadena de descomposición	Rango de vidamedia (a)	Productos de fisión de U por rendimiento
4 norte	4 n + 1	4 n + 2	4 norte + 3	4.5–7%	0.04–1.25%	<0.001%
Real academia de bellas artes				4–6 un		UE
Cm	PU	Cf.	C.A	10–29 un	señor	kr	Discos compactos
tu		PU	Cm	29–97 a	cs	pequeño	sn
negro	Cf.	Soy		141–351a	Ningún producto de fisión tiene una vida media en el rango de 100 a–210 ka...
	Soy		Cf.	430–900 un
		Real academia de bellas artes	negro	1,3–1,6 ka
PU	el	Cm	Soy	4,7–7,4 ka
	Cm	Cm		8,3–8,5 ka
			PU	24,1 ka
		el	Pensilvania	32–76 ka
Notario público	tu	tu		150–250 ka	tc	sn
Cm		PU		327–375 ka		Ver
				1,53 Ma	Zr
	Notario público			2,1–6,5 Ma	cs	PD
tu			Cm	15–24 Ma		yo
PU				80 Ma	... ni más allá de 15,7 Ma
el		tu	tu	0,7–14,1 Ga
₡, tiene una sección transversal de captura de neutrones térmicos en el rango de 8 a 50 granerosƒ, fisionable№, principalmente un material radiactivo natural (NORM)þ, veneno de neutrones (sección transversal de captura de neutrones térmicos mayor que 3k graneros)

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

Interfaz

Los desechos de la etapa inicial del ciclo del combustible nuclear suelen ser desechos emisores alfa de la extracción de uranio. A menudo contiene radio y sus productos de descomposición.

El dióxido de uranio (UO ₂) concentrado de la minería es unas mil veces más radiactivo que el granito utilizado en los edificios. Se refina a partir de torta amarilla (U ₃ O ₈), luego se convierte en gas hexafluoruro de uranio (UF ₆). Como gas, se enriquece para aumentar el contenido de U-235 del 0,7 % a alrededor del 4,4 % (LEU). Luego se convierte en un óxido cerámico duro (UO ₂) para su ensamblaje como elementos combustibles del reactor.

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

Back-end

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), neptunio-237 (2,144 millones de años), plutonio-238 (87,7 años) y americio-241 (432 años), e incluso en ocasiones algunos emisores de neutrones como el californio (vida media de 898 años para el californio-251). Estos isótopos se forman en los reactores nucleares.

Es importante distinguir el procesamiento de uranio para fabricar combustible del reprocesamiento de combustible usado. El combustible usado contiene los productos altamente radiactivos de la fisión (consulte los desechos de alto nivel 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 presente una cantidad sustancial de uranio-235 y plutonio. 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 se puede volver a utilizar. -utilizado.Los productos de fisión extraídos del combustible son una forma concentrada de desechos de actividad alta, al igual que los productos químicos utilizados en el proceso. Mientras que la mayoría de los países reprocesan el combustible mediante ciclos únicos de plutonio, India está planeando múltiples esquemas de reciclaje de plutonio y Rusia persigue un ciclo cerrado.

Composición del combustible y radiactividad a largo plazo

El uso de diferentes combustibles en los reactores nucleares da como resultado una composición diferente del combustible nuclear gastado (SNF), con curvas de actividad variables. El material más abundante es el U-238 con otros isótopos de uranio, otros actínidos, productos de fisión y productos de activación.

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

Un ejemplo de este efecto es el uso de combustibles nucleares con torio. Th-232 es un material fértil que puede sufrir una reacción de captura de neutrones y dos desintegraciones beta menos, lo que da como resultado la producción de U-233 fisionable. El SNF de un ciclo con torio contendrá U-233. Su decaimiento radiactivo influirá fuertemente en la curva de actividad a largo plazo del SNF alrededor de un millón de años. En la figura de arriba a la 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 decaimiento alrededor de un millón de años. Esto tiene un efecto sobre la curva de actividad total de los tres tipos de combustible. La ausencia inicial de U-233 y sus productos secundarios 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 usarse o destruirse (ver Producto de fisión de vida larga § Actínidos).

Problemas de proliferación

Dado que el uranio y el plutonio son materiales para armas nucleares, ha habido preocupaciones de proliferación. Normalmente (en el combustible nuclear gastado), el plutonio es plutonio apto para reactores. Además del plutonio-239, que es muy adecuado para construir armas nucleares, contiene grandes cantidades de contaminantes indeseables: plutonio-240, plutonio-241 y plutonio-238. Estos isótopos son extremadamente difíciles de separar y existen formas más rentables de obtener material fisionable (p. ej., enriquecimiento de uranio o reactores dedicados a la producción de plutonio).

Los desechos de actividad alta están llenos de productos de fisión altamente radiactivos, la mayoría de los cuales tienen una vida relativamente corta. Esta es una preocupación ya que si los desechos se almacenan, quizás en 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 se descompone 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 profundas de almacenamiento 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 selladas de almacenamiento profundo hace preferibles otros métodos. 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.

El Pu-239 se descompone en U-235, que es adecuado para armas y tiene una vida media muy larga (aproximadamente 10 años). Así, el plutonio puede decaer 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 descomposición del plutonio.

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

Desmantelamiento de armas nucleares

Es improbable que los desechos de la clausura de armas nucleares contengan mucha actividad beta o gamma distinta del tritio y el americio. Es más probable que contenga actínidos emisores de alfa, como el Pu-239, que es un material fisionable que se usa en las bombas, además de algún material con actividades específicas mucho más altas, como el Pu-238 o el Po.

En el pasado, el desencadenante de neutrones de una bomba atómica solía ser 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 abierta.

Algunos diseños pueden contener un generador termoeléctrico de radioisótopos que utiliza Pu-238 para proporcionar una fuente de energía eléctrica de larga duración para los componentes electrónicos del dispositivo.

Es probable que el material fisionable de una bomba vieja que se va a reacondicionar contenga productos de desintegración de los isótopos de plutonio utilizados en ella, que probablemente 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 descomposición 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 interno de americio sea un problema mayor que la descomposición de Pu-239 y Pu-240, ya que el americio es un emisor gamma (que aumenta la exposición externa de los trabajadores) y es un emisor alfa que puede causar la generación de calor. El plutonio podría separarse del americio mediante varios procesos diferentes; estos incluirían procesos piroquímicos y extracción con disolventes acuosos/orgánicos. Un proceso de extracción de tipo PUREX truncado sería un método posible para realizar la separación. El uranio natural no es fisionable porque contiene un 99,3 % de U-238 y solo un 0,7 % de U-235.

Residuos heredados

Debido a las actividades históricas típicamente relacionadas con la industria del radio, la extracción 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". A pesar de las grandes cantidades de desechos, el DOE ha establecido el objetivo de limpiar con éxito todos los sitios actualmente contaminados para 2025. El sitio de Fernald, Ohio, por ejemplo, tenía "31 millones de libras de producto de uranio", "2.500 millones de libras de desechos", "2.75 millones yardas cúbicas de suelo y escombros contaminados", y un "Estados Unidos tiene al menos 108 sitios designados como áreas contaminadas e inutilizables, a veces de muchos miles de acres. El DOE desea limpiar o mitigar muchos o todos para 2025, utilizando el método de geofusión recientemente desarrollado, sin embargo, la tarea puede ser difícil y reconoce que es posible que algunos nunca se remedien por completo. En solo una de estas 108 designaciones más grandes, el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, hubo, por ejemplo, al menos "167 sitios de liberación de contaminantes conocidos" en una de las tres subdivisiones del sitio de 37,000 acres (150 km). Algunos de los sitios de EE. UU. eran de naturaleza más pequeña; sin embargo, los problemas de limpieza fueron más fáciles de abordar y el DOE completó con éxito la limpieza, o al menos el cierre, de varios sitios.

Medicamento

Los desechos médicos radiactivos tienden a contener emisores de partículas beta y rayos gamma. Se puede dividir en dos clases principales. En la medicina nuclear de diagnóstico se utilizan varios emisores gamma de vida corta, como el tecnecio-99m. Muchos de estos pueden desecharse dejándolos descomponerse durante un breve período de tiempo antes de desecharlos como residuos normales. Otros isótopos utilizados en medicina, con vidas medias entre paréntesis, incluyen:

• Y-90, utilizado para tratar el linfoma (2,7 días)
• I-131, utilizado para pruebas de función tiroidea y para tratar el cáncer de tiroides (8,0 días)
• Sr-89, utilizado para tratar el cáncer de huesos, 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)
• Tc-99, producto de la desintegración del Tecnecio-99m (221.000 años)

Industria

Los desechos de origen industrial pueden contener emisores alfa, beta, de neutrones o gamma. Los emisores gamma se utilizan en radiografía, mientras que las fuentes emisoras de neutrones se utilizan en una variedad de aplicaciones, como la adquisición de registros de pozos de petróleo.

Material radiactivo natural

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 minería que lleva carbón a la superficie o la quema para producir ceniza concentrada), se convierte en material radiactivo natural mejorado tecnológicamente (TENORM). 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 (K), normalmente 17 miligramos en el cuerpo a la vez y una ingesta de 0,4 miligramos/día. La mayoría de las rocas, especialmente el granito, tienen un bajo nivel de radiactividad debido al potasio-40, el torio y el uranio que contienen.

Por lo general, con un rango de 1 milisievert (mSv) a 13 mSv al año, según la ubicación, la exposición promedio a la radiación de los radioisótopos naturales es de 2,0 mSv por persona al año en todo el mundo. 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 pruebas médicas promediadas sobre toda la población, 0,4 mSv de rayos cósmicos, 0,005 mSv del legado de pruebas nucleares atmosféricas pasadas, 0,005 mSv ocupacional exposición, 0,002 mSv del desastre de Chernóbil y 0,0002 mSv del ciclo del combustible nuclear).

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.

Carbón

El carbón contiene una pequeña cantidad de uranio, bario, torio y potasio radiactivos, pero, en el caso del carbón puro, esto es significativamente menor que la concentración promedio de esos elementos en la corteza terrestre. Los estratos circundantes, si se trata de pizarra o lutita, a menudo contienen un poco más que el promedio y esto también puede reflejarse en el contenido de cenizas de los carbones "sucios". Los minerales de ceniza más activos se concentran en las cenizas volantes precisamente porque no se queman bien. La radiactividad de las cenizas volantes es casi la misma que la del esquisto negro y es menor que la de las rocas de fosfato, pero es más preocupante porque una pequeña cantidad de las cenizas volantes termina en la atmósfera, donde se puede inhalar.Según los informes del Consejo Nacional de Mediciones y Protección contra la Radiación (NCRP) de EE. UU., la exposición de la población a las centrales eléctricas de 1000 MWe asciende a 490 personas-rem/año para las centrales eléctricas de carbón, 100 veces más que las centrales nucleares (4,8 personas-rem/año). 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 para el uso del carbón desde la minería hasta la eliminación de desechos es "probablemente desconocido".

Petróleo y gas

Los residuos de la industria del petróleo y el gas a menudo contienen radio y sus productos de descomposición. La incrustación 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 petróleo, el área de la planta donde se procesa el propano suele ser una de las áreas más contaminadas de la planta, ya que el radón tiene un punto de ebullición similar al del propano.

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 Estados Unidos, la salmuera está exenta de las normas sobre residuos peligrosos y puede eliminarse independientemente del contenido de sustancias radiactivas o tóxicas desde la década de 1980.

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.

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. La proporción de varios tipos de residuos generados en el Reino Unido:

• 94 %: residuos de actividad baja (LLW)
• ~6% – residuos de actividad intermedia (ILW)
• <1 %: residuos de actividad alta (HLW)

Relaves de molino

Los relaves de uranio son materiales de subproductos de desecho que quedan del procesamiento bruto del mineral que contiene uranio. No son significativamente radiactivos. Los relaves de molienda 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 molienda de uranio también suelen contener metales pesados ​​químicamente peligrosos, como plomo y arsénico. Vastos montículos de residuos de molienda 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 larga. Los relaves de molienda a menudo contienen radio, torio y trazas de uranio.

Residuos de actividad baja

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 nivel bajo incluyen papel, trapos, herramientas, ropa, filtros y otros materiales que contienen pequeñas cantidades de radiactividad, en su mayoría de vida corta. 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 que se contaminen con materiales radiactivos. Tal LLW normalmente no muestra una radiactividad más alta de lo que cabría esperar del mismo material desechado en un área no activa, como un bloque de oficinas normal. El ejemplo de LLW incluye trapos, trapeadores, tubos médicos, cadáveres de animales de laboratorio y más. Los desechos LLW representan el 94 % de todo el volumen de desechos radiactivos en el Reino Unido.

Algunos LLW de alta actividad requieren protección durante la manipulación y el transporte, pero la mayoría de los LLW son adecuados para enterrarlos en tierra poco profunda. Para reducir su volumen, a menudo se compacta o se incinera antes de su eliminación. Los desechos de actividad baja se dividen en cuatro clases: clase A, clase B, clase C y mayor que la clase C (GTCC).

Residuos de actividad intermedia

Los desechos de actividad intermedia (ILW) contienen mayores cantidades de radiactividad en comparación con los desechos de actividad baja. Generalmente requiere blindaje, pero no enfriamiento. Los desechos de actividad intermedia incluyen resinas, lodos químicos y revestimientos metálicos de combustible nuclear, así como materiales contaminados del desmantelamiento de reactores. Puede solidificarse en hormigón o betún o mezclarse con arena de sílice y vitrificarse para su eliminación. Como regla general, los desechos de vida corta (principalmente materiales no combustibles de los reactores) se entierran en depósitos poco profundos, mientras que los desechos de vida larga (procedentes del combustible y del reprocesamiento del combustible) se depositan en depósitos geológicos. Las regulaciones en los Estados Unidos no definen esta categoría de residuos; el término se utiliza en Europa y en otros lugares. ILW genera el 6% de todo el volumen de desechos radiactivos en el Reino Unido.

Residuos de actividad alta

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

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. Las vidas medias de estos elementos radiactivos pueden diferir extremadamente. Algunos elementos, como el cesio-137 y el estroncio-90, tienen vidas medias de aproximadamente 30 años. Mientras tanto, el plutonio tiene una vida media que puede extenderse hasta 24.000 años.

La cantidad de HLW en todo el mundo está aumentando actualmente en unas 12.000 toneladas cada año. Una planta de energía nuclear de 1000 megavatios produce alrededor de 27 t de combustible nuclear gastado (sin reprocesar) cada año. A modo de comparación, la cantidad de cenizas producidas por las centrales eléctricas de carbón solo en los Estados Unidos se estima en 130 000 000 t por año y se estima que las cenizas volantes liberan 100 veces más radiación que una central nuclear equivalente.

En 2010, se estimó que alrededor de 250.000 t de HLW nucleares se almacenaron en todo el mundo. Esto no incluye las cantidades que se han escapado al medio ambiente por accidentes o pruebas. Se estima que Japón tendrá almacenadas 17 000 t de HLW en 2015. A partir de 2019, Estados Unidos tiene más de 90 000 t de HLW. Los HLW han sido enviados 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. La mayoría de los científicos están de acuerdo en que la principal solución propuesta a largo plazo es un enterramiento geológico profundo, ya sea en una mina o en un pozo profundo. A partir de 2019, no hay desechos nucleares civiles de alto nivel dedicados a la operación, ya que las pequeñas cantidades de HLW no justificaron la inversión antes. Finlandia se encuentra en una etapa avanzada de la construcción del depósito de combustible nuclear gastado de Onkalo, cuya inauguración está prevista para 2025 a 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 Forsmark. Canadá planea una instalación de 680 m de profundidad cerca del lago Huron en Ontario. La República de Corea planea abrir un sitio alrededor de 2028.El sitio en Suecia cuenta con un 80 % de apoyo de los residentes locales a partir de 2020.

La operación Morris en el condado de Grundy, Illinois, es actualmente el único sitio de almacenamiento de desechos radiactivos de alto nivel de facto en los Estados Unidos.

Residuos transuránicos

Desecho transuránico (TRUW), tal como lo definen las reglamentaciones de EE. UU., es, independientemente de su forma u origen, un desecho contaminado con radionúclidos transuránicos emisores de 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, los TRUW se eliminan con más cuidado que los desechos de actividad baja o intermedia. En los Estados Unidos, surge principalmente de la producción de armas nucleares y consiste en ropa, herramientas, trapos, residuos, escombros y otros elementos 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) en función de la tasa de dosis de radiación medida en la superficie del contenedor de desechos. CH TRUW tiene una tasa de dosis en superficie no superior a 200 mrem por hora (2 mSv/h), mientras que RH TRUW tiene una tasa de dosis en superficie de 200 mrem/h (2 mSv/h) o superior. CH TRUW no tiene la radiactividad muy alta de los desechos de actividad alta, 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 en instalaciones militares en la Planta Piloto de Aislamiento de Residuos (WIPP) en una formación salina profunda en Nuevo México.

Prevención

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

La Autoridad de Desmantelamiento Nuclear del Reino Unido publicó un documento de posición en 2014 sobre el progreso de los enfoques para la gestión del plutonio separado, que resume las conclusiones del trabajo que la NDA compartió con el gobierno del Reino Unido.

Administración

De particular preocupación en la gestión de desechos nucleares son 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 de dos millones de años) y Pu-239 (vida media de 24 000 años). Los desechos nucleares requieren un tratamiento y una gestión sofisticados para aislarlos con éxito de la interacción 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.Los gobiernos de todo el mundo están considerando una gama de opciones de gestión y eliminación de residuos, aunque ha habido un progreso limitado hacia soluciones de gestión de residuos a largo plazo.

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

• "Almacenamiento a largo plazo sobre el suelo", no implementado.
• "Eliminación en el espacio exterior" (por ejemplo, dentro del Sol), no implementada, ya que actualmente sería demasiado costosa.
• "Disposición en pozos profundos", no implementado.
• "Rock melting", no implementado.
• "Disposición en zonas de subducción", no implementado.
• Eliminación en el océano, por la URSS, el Reino Unido, 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 los acuerdos internacionales.
• "Eliminación submarina", no implementada, no permitida por acuerdos internacionales.
• "Disposición en capas de hielo", rechazada en el Tratado Antártico
• "Inyección en pozos profundos", por URSS y EE.UU.
• Transmutación nuclear, utilizando láseres para provocar la 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 la finalización del trabajo en el depósito incompleto de Yucca Mountain. En la actualidad hay 70 emplazamientos de centrales nucleares donde se almacena el combustible gastado. El presidente Obama nombró una Comisión Blue Ribbon para buscar opciones futuras para este y futuros desechos. Un depósito geológico profundo parece ser favorecido. El ganador del Premio Nobel de Física 2018, Gérard Mourou, propuso usar la amplificación de pulso Chirped para generar pulsos 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 sólo unos pocos minutos.

Tratamiento inicial

Vitrificación

El almacenamiento a largo plazo de desechos radiactivos requiere la estabilización de los desechos en una forma que no reaccione ni se degrade durante períodos prolongados. Se teoriza que una forma de hacerlo podría ser a través de la vitrificación. Actualmente en Sellafield, los residuos de alta actividad (refinado de primer ciclo PUREX) se mezclan con azúcar y luego se calcinan. La calcinación implica pasar los desechos a través de un tubo giratorio calentado. Los propósitos de la calcinación son evaporar el agua de los desechos y desnitrar los productos de fisión para ayudar a la estabilidad del vidrio producido.

La 'calcina' generada se alimenta de forma continua a un horno calentado por inducción con fragmentos de vidrio. El vidrio resultante es una sustancia nueva en la que los productos de desecho se unen a la matriz de vidrio cuando se solidifica. Como masa fundida, este producto se vierte en recipientes cilíndricos de acero inoxidable ("cilindros") en un proceso por lotes. Cuando se enfría, el líquido se solidifica ("vitrifica") en el vidrio. Después de ser formado, el vidrio es altamente resistente al agua.

Después de llenar un cilindro, se suelda un sello en la culata. Luego se lava el cilindro. Después de inspeccionar la 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.

El vidrio dentro de un cilindro suele ser una sustancia negra brillante. Todo este trabajo (en el Reino Unido) se realiza mediante sistemas de celdas calientes. Se añade azúcar para controlar la química del rutenio y para detener la formación de los isótopos de rutenio radiactivos que contienen RuO ₄ volátil. En Occidente, el vidrio es normalmente un vidrio de borosilicato (similar a Pyrex), mientras que en la antigua Unión Soviética es normal usar un vidrio de fosfato. La cantidad de productos de fisión en el vidrio debe limitarse porque algunos (paladio, los otros metales del grupo Pt y telurio) tienden a formar fases metálicas que se separan del vidrio. La vitrificación a granel utiliza electrodos para derretir la tierra y los desechos, que luego se entierran bajo tierra.En Alemania se está utilizando una planta de vitrificación; se trata de tratar los desechos de una pequeña planta de reprocesamiento de demostración que desde entonces ha sido cerrada.

Cerámica de fosfato

La vitrificación no es la única forma de estabilizar los desechos en una forma que no reaccionará ni se degradará durante períodos prolongados. También se utiliza la inmovilización mediante la incorporación directa en un huésped cerámico cristalino a base de fosfato. La química diversa de las cerámicas de fosfato en diversas condiciones demuestra un material versátil que puede resistir la degradación química, térmica y radioactiva con el tiempo. Las propiedades de los fosfatos, particularmente los fosfatos cerámicos, de estabilidad en un amplio rango de pH, baja porosidad y minimización de desechos secundarios introducen posibilidades para nuevas técnicas de inmovilización de desechos.

Intercambio iónico

Es común que los desechos activos medianos en la industria nuclear se traten con intercambio iónico u otros medios para concentrar la radiactividad en un volumen pequeño. El volumen mucho menos radiactivo (después del tratamiento) a menudo se descarga. Por ejemplo, es posible utilizar un flóculo de hidróxido férrico para eliminar metales radiactivos de mezclas acuosas. Una vez que los radioisótopos se absorben en el hidróxido férrico, el lodo resultante se puede colocar en un tambor de metal antes de mezclarlo con cemento para formar un desecho sólido. Con el fin de obtener un mejor rendimiento a largo plazo (estabilidad mecánica) de estos encofrados, se pueden fabricar con una mezcla de cenizas volantes o escoria de alto horno y cemento Portland, en lugar de hormigón normal (fabricado con cemento Portland, grava y arena).).

Sincronización

El Synroc australiano (roca sintética) es una forma más sofisticada de inmovilizar dichos desechos, y este proceso puede llegar a tener un uso comercial para los desechos civiles (actualmente se está desarrollando para los desechos militares estadounidenses). Synroc fue inventado por el profesor Ted Ringwood (un geoquímico) en la Universidad Nacional de Australia. El Synroc contiene minerales de tipo pirocloro y criptomelano. La forma original de Synroc (Synroc C) fue diseñada para los desechos líquidos de actividad alta (refinado PUREX) de un reactor de agua ligera. Los principales minerales de este Synroc son holandita (BaAl ₂ Ti ₆ O ₁₆), zirconolita (CaZrTi ₂ O ₇) y perovskita (CaTiO ₃). La zirconolita y la perovskita son anfitriones de los actínidos. El estroncio y el bario se fijarán en la perovskita. El cesio se fijará en la holandita. Una planta de tratamiento de residuos Synroc comenzó la construcción en 2018 en ANSTO

Gestión a largo plazo

El marco temporal en cuestión cuando se trata de residuos radiactivos oscila entre 10.000 y 1.000.000 de años, según estudios basados ​​en el efecto de las dosis de radiación estimadas. Los investigadores sugieren que las previsiones de deterioro de la salud para tales períodos deben examinarse de manera crítica. Los estudios prácticos solo consideran hasta 100 años en lo que respecta a la planificación efectiva y las evaluaciones de costos. El comportamiento a largo plazo de los desechos radiactivos sigue siendo un tema de proyectos de investigación en curso en geopredicción.

Remediación

Las algas han mostrado selectividad por el estroncio en estudios, donde la mayoría de las plantas utilizadas en la biorremediación no han mostrado selectividad entre el calcio y el estroncio, y a menudo se saturan con calcio, que está presente en mayores cantidades en los desechos nucleares. El estroncio-90 con una vida media de alrededor de 30 años, se clasifica como residuo de actividad alta.

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. Un estudio del alga de estanque Closterium moniliferum usando estroncio no radiactivo encontró que variar la proporción de bario a estroncio en el agua mejoraba la selectividad del estroncio.

Eliminación sobre el suelo

El almacenamiento en cofres secos generalmente implica tomar desechos de una piscina de combustible gastado y sellarlos (junto con un gas inerte) en un cilindro de acero, que se coloca en un cilindro de concreto que actúa como un escudo contra la radiación. Es un método relativamente económico que se puede realizar en una instalación central o junto al reactor fuente. Los residuos se pueden recuperar fácilmente para reprocesarlos.

Disposición geológica

El proceso de selección de repositorios finales profundos apropiados para desechos de actividad alta y combustible gastado ya está en marcha en varios países y se espera que el primero entre en servicio en algún momento después de 2010.El concepto básico es ubicar una formación geológica grande y estable y usar tecnología minera para excavar un túnel, o máquinas perforadoras de túneles de gran calibre (similares a las que se usan para perforar el Túnel del Canal de la Mancha desde 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 habitaciones o bóvedas para la eliminación de desechos radiactivos de alto nivel. El objetivo es aislar permanentemente los residuos 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 sería más prudente una gestión y un control perpetuos.

Debido a que algunas especies radiactivas tienen vidas medias superiores a un millón de años, se deben tener en cuenta incluso las tasas muy bajas de fuga de contenedores y de migración de radionúclidos. Además, puede requerir más de una vida media hasta que algunos materiales nucleares pierdan suficiente radiactividad para dejar de ser letales para los seres vivos. Una revisión de 1983 del programa sueco de eliminación de desechos radiactivos realizada por la Academia Nacional de Ciencias encontró que la estimación del país de varios cientos de miles de años, tal vez hasta un millón de años, son necesarios para el aislamiento de desechos "totalmente justificados".

La eliminación de desechos radiactivos en el fondo del océano ha sido sugerida por el hallazgo de que las aguas profundas en el Océano Atlántico Norte no presentan un intercambio con aguas poco profundas durante aproximadamente 140 años según los datos del contenido de oxígeno registrados durante un período de 25 años. 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 y el entierro debajo de una isla remota natural o artificial. Si bien todos estos enfoques tienen mérito y facilitarían una solución internacional al problema de la eliminación de desechos radiactivos, requerirían una enmienda de la Ley del Mar.

El artículo 1 (Definiciones), 7., del Protocolo de 1996 del Convenio sobre la prevención de la contaminación del mar por vertimiento de desechos y otras materias (Convenio de Londres sobre vertimientos) establece:""Mar" significa todas las aguas marinas distintas de las aguas interiores de los Estados, así como los fondos marinos y su subsuelo; no incluye los repositorios del subfondo marino a los que se accede únicamente desde tierra".

El método propuesto de eliminación de desechos por subducción en tierra elimina los desechos nucleares en una zona de subducción a la que se accede desde tierra y, por lo tanto, no está prohibido por un acuerdo internacional. Este método ha sido descrito como el medio más viable para eliminar desechos radiactivos y como el más avanzado en 2001 en tecnología de eliminación de desechos nucleares. Otro enfoque denominado Remix & Returnmezclaría los desechos de alto nivel con la mina de uranio y trituraría los relaves hasta el nivel de radiactividad original del mineral de uranio, y luego lo reemplazaría en minas de uranio inactivas. Este enfoque tiene las ventajas de proporcionar puestos de trabajo a los mineros que se duplicarían como personal de eliminación y de facilitar un ciclo de la cuna a la tumba para los materiales radiactivos, pero sería inapropiado para el combustible gastado del reactor 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 alto nivel de reactores nucleares en pozos extremadamente profundos. La eliminación en pozos profundos busca colocar los desechos hasta 5 kilómetros (3,1 millas) por 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 más de 3 × 10 toneladas de masa de la corteza), entre otros radioisótopos naturales.Dado que la fracción de nucleidos que se descomponen por unidad de tiempo es inversamente proporcional a la vida media de un isótopo, la radiactividad relativa de la menor cantidad de radioisótopos producidos por el hombre (miles de toneladas en lugar de billones de toneladas) disminuiría una vez que los isótopos con cantidades mucho más cortas vidas medias que la mayor parte de los radioisótopos naturales descompuestos.

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 subterráneo de almacenamiento de desechos nucleares cerca del Parque Nacional Lake District. "Para cualquier comunidad anfitriona, habrá un paquete sustancial de beneficios comunitarios por valor de cientos de millones de libras", dijo Ed Davey, secretario de Energía, pero, no obstante, el organismo electo local votó 7 a 3 en contra de que continúe la investigación, después de escuchar la evidencia de geólogos independientes. que "era imposible confiar a los estratos fracturados del condado un material tan peligroso y un peligro que duraría milenios".

La eliminación de pozos de perforación horizontal describe propuestas para perforar más de un km verticalmente y dos km horizontalmente en la corteza terrestre, con el fin de eliminar formas de desechos de alto nivel como el combustible nuclear gastado, el cesio-137 o el estroncio-90. Después del emplazamiento y el período de recuperación, 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 de nuevo públicamente en enero de 2019 por una empresa privada con sede en EE. UU. 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 reales de actividad alta.

El informe del Centro Común de Investigación de la Comisión Europea de 2021 (ver arriba) concluyó:

La gestión de los desechos radiactivos y su eliminación segura y protegida es un paso necesario en el ciclo de vida de todas las aplicaciones de la ciencia y la tecnología nucleares (energía nuclear, investigación, industria, educación, medicina y otras). Por lo tanto, los desechos radiactivos se generan en prácticamente todos los países, la mayor contribución proviene del ciclo de vida de la energía nuclear en los países que operan centrales nucleares. En la actualidad, existe un amplio consenso científico y técnico en el sentido de que la disposición final de desechos radiactivos de vida prolongada y actividad alta en formaciones geológicas profundas se considera, en el estado actual de los conocimientos, como un medio apropiado y seguro para aislarlos de la biosfera durante mucho tiempo. escalas de tiempo

Transmutación

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 finalmente fue cancelado por el gobierno de los EE. UU. 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 desechos nucleares y que representa una preocupación en términos de proliferación es el Pu-239. La gran reserva 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 de agua ligera (LWR) tradicional. Se están estudiando varios tipos de combustible con diferentes eficiencias de destrucción de plutonio.

La transmutación fue prohibida en los Estados Unidos en abril de 1977 por el presidente Carter debido al peligro de la proliferación de plutonio, pero el presidente Reagan anuló la prohibición en 1981.Debido a pérdidas económicas y riesgos, la construcción de plantas de reprocesamiento durante este tiempo no se reanudó. Debido a la alta demanda de energía, el trabajo sobre el método ha continuado en la UE. Esto ha dado como resultado un reactor de investigación nuclear práctico llamado Myrrha en el que es posible la transmutación. Además, se ha iniciado en la UE un nuevo programa de investigación llamado ACTINET para hacer posible la transmutación a gran escala industrial. Según la Asociación Mundial de Energía Nuclear (GNEP) del presidente Bush de 2007, Estados Unidos está promoviendo activamente la investigación sobre las tecnologías de transmutación necesarias para reducir notablemente el problema del tratamiento de desechos nucleares.

También se han realizado estudios teóricos que involucran el uso de reactores de fusión como los llamados "quemadores de actínidos" donde un plasma de reactor de fusión, como en un tokamak, podría "doparse" con una pequeña cantidad de átomos transuránicos "menores" que serían transmutados (es decir, fisionados en el caso de los actínidos) en elementos más ligeros tras su bombardeo sucesivo por los neutrones de muy alta energía producidos por la fusión de deuterio y tritio en el reactor. Un estudio en el MIT encontró que solo 2 o 3 reactores de fusión con parámetros similares a los del Reactor Termonuclear Experimental Internacional (ITER) podrían transmutar toda la producción anual de actínidos menores de todos los reactores de agua ligera que operan actualmente en la flota de los Estados Unidos mientras generando simultáneamente aproximadamente 1 gigavatio de potencia de cada reactor.

Reutilizar

El combustible nuclear gastado contiene abundante uranio fértil y rastros de materiales fisionables. Se pueden utilizar métodos como el proceso PUREX para eliminar actínidos útiles para la producción de combustible nuclear activo.

Otra opción es encontrar aplicaciones para los isótopos en los residuos nucleares para reutilizarlos. Ya se extraen cesio-137, estroncio-90 y algunos otros isótopos para determinadas aplicaciones industriales, como la irradiación de alimentos y los generadores termoeléctricos de radioisótopos. Si bien la reutilización no elimina la necesidad de gestionar los radioisótopos, puede reducir la cantidad de desechos producidos.

El Método de producción de hidrocarburos asistidos por energía nuclear, 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 una formación de petróleo no convencional. El flujo térmico de los materiales de desecho fractura la formación y altera las propiedades químicas y/o físicas del material de hidrocarburo dentro de la formación subterránea para permitir la remoción del material alterado. A partir de la formación se produce una mezcla de hidrocarburos, hidrógeno y/u otros fluidos de formación. La radiactividad de los desechos radiactivos de alto nivel proporciona resistencia a la proliferación del plutonio colocado en la periferia del depósito o en la parte más profunda de un pozo.

Los reactores reproductores pueden funcionar con U-238 y elementos transuránicos, que 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 la posibilidad de una falla catastrófica de un vehículo de lanzamiento, que podría propagar material radiactivo a la atmósfera y alrededor del mundo. Se requeriría una gran cantidad de lanzamientos porque ningún cohete individual podría transportar una gran cantidad de material en relación con la cantidad total que debe desecharse. Esto hace que la propuesta sea económicamente poco práctica y aumenta el riesgo de al menos uno o más fallos de lanzamiento. Para complicar aún más las cosas, sería necesario establecer acuerdos internacionales sobre la regulación de dicho programa.Los costos y la confiabilidad inadecuada de los sistemas modernos de lanzamiento de cohetes para su eliminación en el espacio ha sido uno de los motivos de interés en los sistemas de lanzamiento espacial que no son cohetes, como los impulsores de masa, los ascensores espaciales y otras propuestas.

Planes nacionales de manejo

Suecia y Finlandia son los que más se han comprometido con una tecnología de eliminación en 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 actividad alta. "En muchos países se está desarrollando una creciente acumulación de plutonio a partir del reprocesamiento... Es dudoso que el reprocesamiento tenga sentido económico en el entorno actual de uranio barato".

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

El estándar propuesto por la EPA de EE. UU. para más de 10 000 años es 250 veces más permisivo que el límite europeo. La EPA de EE. UU. propuso un límite legal de un máximo de 3,5 milisieverts (350 milirem) cada año para las personas locales después de 10 000 años, lo que representaría un porcentaje de la exposición que actualmente reciben algunas poblaciones en las regiones naturales más altas de la Tierra. aunque el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) predijo que la dosis recibida estaría muy por debajo de ese límite. Durante un período de miles de años, después de que los radioisótopos de vida media corta más activos se desintegraran, enterrar los desechos nucleares estadounidenses aumentaría la radiactividad en los 2000 pies superiores de roca y suelo en los Estados Unidos (10 millones de km) 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 subterráneos que ese promedio.

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. Se llevaron a cabo conversaciones en Washington, DC entre funcionarios de Japón, Estados Unidos y Mongolia en febrero de 2011. Luego 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 que el gobierno retirara los planes y revelara la 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. El gobierno de Mongolia ha acusado al periódico de distribuir afirmaciones falsas en todo el mundo. Tras la orden presidencial, el presidente mongol despidió al individuo que supuestamente estaba involucrado en estas conversaciones.

Vertedero ilegal

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 deshacerse de 600 bidones de desechos tóxicos y radiactivos de Italia, Suiza, Francia, Alemania y Estados Unidos, con destino a Somalia, donde los desechos fueron enterrados después de sobornar a los políticos locales. Se sospecha que exempleados 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 barcos cargados de desechos, incluidos desechos hospitalarios radiactivos, y los envió al lecho marino frente a la costa de Calabria.Según el grupo ecologista Legambiente, exmiembros de la 'Ndrangheta han dicho que les pagaron para hundir barcos con material radiactivo durante los últimos 20 años.

Accidentes

Se han producido algunos incidentes cuando el material radiactivo se eliminó incorrectamente, el blindaje durante el transporte fue defectuoso o cuando simplemente se abandonó o incluso se robó de un depósito de desechos. En la Unión Soviética, los desechos almacenados en el lago Karachay fueron arrastrados sobre el área durante una tormenta de polvo después de que el lago se secara parcialmente. En Maxey Flat, una instalación de desechos radiactivos de bajo nivel ubicada en Kentucky, las trincheras de contención cubiertas con tierra, en lugar de acero o cemento, se derrumbaron 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 las propias instalaciones de Maxey Flat. En otros casos de accidentes con desechos radiactivos, lagos o estanques con desechos radiactivos se desbordaron accidentalmente a los ríos durante tormentas excepcionales.En Italia, varios depósitos de desechos radiactivos dejan que el material fluya hacia el agua del río, contaminando así el agua para uso doméstico. En Francia, en el verano de 2008, ocurrieron numerosos incidentes: en uno, en la planta de Areva en Tricastin, se informó que, durante una operación de drenaje, líquido que contenía uranio sin tratar se desbordó de un tanque defectuoso y alrededor de 75 kg del material radiactivo se filtró en el suelo y, desde allí, en dos ríos cercanos; en otro caso, más de 100 empleados fueron contaminados con bajas dosis de radiación. Existen preocupaciones constantes sobre el deterioro del sitio de desechos nucleares en el atolón Enewetak de las Islas Marshall y un posible derrame radiactivo.

La recolección de material radiactivo abandonado ha sido la causa de varios otros casos de exposición a la radiación, principalmente en países en desarrollo, que pueden tener menos regulación de sustancias peligrosas (y, a veces, menos educación general sobre la radiactividad y sus peligros) y un mercado para bienes y chatarra recolectados. metal. Los basureros y quienes compran el material casi siempre desconocen que el material es radiactivo y se selecciona por su estética o valor de desecho.La irresponsabilidad por parte de los propietarios de los materiales radiactivos, por lo general un hospital, universidad o ejército, y la ausencia de regulación sobre desechos radiactivos, o la falta de cumplimiento de dichas regulaciones, han sido factores significativos en la exposición a la radiación. Para ver un ejemplo de un accidente relacionado con chatarra radiactiva procedente de un hospital, consulte el accidente de Goiânia.

Es improbable que los accidentes de transporte relacionados con el combustible nuclear gastado de las centrales eléctricas tengan consecuencias graves debido a la resistencia de los contenedores de envío de combustible nuclear gastado.

El 15 de diciembre de 2011, el principal portavoz del gobierno japonés, Osamu Fujimura, admitió que se encontraron sustancias nucleares en los desechos de las instalaciones nucleares japonesas. Aunque Japón se comprometió en 1977 con estas inspecciones en el acuerdo de salvaguardia con el OIEA, los informes se mantuvieron en secreto para los inspectores de la Agencia Internacional de Energía Atómica. Japón inició conversaciones con el OIEA sobre las grandes cantidades de uranio y plutonio enriquecidos que se descubrieron en los desechos nucleares retirados por los operadores nucleares japoneses.En la conferencia de prensa, Fujimura dijo: "Según las investigaciones realizadas hasta el momento, la mayoría de las sustancias nucleares se han manejado adecuadamente como desechos y, desde esa perspectiva, no hay ningún problema en la gestión de la seguridad". siendo investigado.

Señales de advertencia de peligro asociadas

• El símbolo del trébol utilizado para indicar la radiación ionizante.
• Símbolo de peligro de radiactividad ISO de 2007 destinado a las fuentes de las categorías 1, 2 y 3 del OIEA definidas como fuentes peligrosas capaces de causar la muerte o lesiones graves.
• El signo de clasificación de transporte de mercancías peligrosas para materiales radiactivos