Si los períodos de semidesintegración de los radioisótopos que contiene. el residuo son del orden de algunas semanas, como ocurre habitualmente en

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1 CAPITULO V.- MANEJO DE RSIDUOS RADIOACTIVOS Etapas de la Gestión de Residuos Radioactivos. Si los períodos de semidesintegración de los radioisótopos que contiene el residuo son del orden de algunas semanas, como ocurre habitualmente en las aplicaciones médicas, estos radioisótopos en pocas semanas o meses habrán decaído a niveles inofensivos desde el punto de vista radiológico y podrán ser tratados como residuos convencionales. Esta es la forma más sencilla de gestión de residuos radioactivos. Cuando los períodos de semidesintegración son más largos debe aplicarse una serie de operaciones para su aislamiento hasta que pueda permitirse su liberación al ambiente sin que impliquen un riesgo innecesario. Esta serie de operaciones a que son sometidos constituye su gestión. La finalidad de la gestión de los residuos radioactivos es prevenir la liberación de cantidades inaceptables de radioisótopos de los residuos al ambiente durante la manipulación, almacenamiento intermedio, transporte y disposición final. El principal objetivo de los programas de gestión de residuos radioactivos es proteger a esta generación y a las futuras de escapes 47

2 innecesarios y potencialmente riesgos de residuos radioactivos y sus efluentes al ambiente. Los pasos a seguir en la gestión de los residuos radioactivos son: a) Recolección, clasificación y acondicionamiento. b) Transporte. c) Disposición final Recolección, clasificación y acondicionamiento. El primer paso de la gestión de los residuos radioactivos es generalmente la recolección y clasificación de los mismos en los centros de producción (residuos líquidos en tanques, bidones o botellas; residuos sólidos en bolsas plásticas, tambores, etc). Después de su recolección los residuos son clasificados y acondicionados para su disposición final en repositorios adecuados mediante distintos tratamientos que los llevan a una forma que asegure que se cumplan los objetivos de la gestión. Dado que los residuos se presentan en distintas formas físicas, líquidos, sólidos y gaseosos, los tratamientos aplicados son variados. Se elige una combinación de métodos que reduzcan su volumen y los transformadores en productos sólidos, difícilmente se dispersan, resistentes al calor, a los agentes 48

3 mecánicos, a la radiación y lixiviación durante el tiempo que se deba impedir su dispersión. Los residuos generalmente se concentran por evaporación, precipitación química o pasaje por resinas de intercambio iónico y posteriormente se inmovilizan por inclusión en cemento, asfalto o plásticos. Los residuos sólidos pueden ser compactados, triturados o incinerados y luego inmovilizados. En el caso de los residuos de períodos largos (mayores de 30 años) y alta actividad, la forma de inmovilización debe asegurar una estabilidad a muy largo plazo, por lo que distintos países han elegido la vitrificación como el método más adecuado para ese fin. En resumen, el acondicionamiento los lleva a una forma adecuada para su disposición final en repositorios construidos con ese fin y que constituyen la última barrera que se le opone a los residuos, ya tratados, para impedir su dispersión incontrolada a la biosfera Transporte. Las diversas aplicaciones del material radioactivo, en el campo médico, industrial y nuclear requieren su transporte desde los suministradores a las instalaciones usuarias y posteriormente de los residuos radioactivos generados por éstas hasta los centros de tratamiento. 49

4 Se estima que en el mundo se efectúan al año decenas de millones de envíos de material radioactivo. Sin embargo este tipo de materiales sólo supone alrededor de 2% de los transportes de todas las mercancías peligrosas. La mayoría de los envíos de material radioactivo se realiza hacia el sector médico y de investigación y una mínima parte, alrededor del 5% de los bultos, están asociados al ciclo de combustible nuclear. Los transportes se realizan por tierra, mar y aire, siendo la vía aérea la más utilizada, ya que el material radioactivo de aplicación médica, por su naturaleza isotópica, sufre un decaimiento radioactivo rápido y en consecuencia precisa ser transportado urgentemente. El transporte marítimo es utilizado para trasladar a largas distancias grandes cantidades de material, normalmente asociadas al ciclo de combustible nuclear (minerales, concentrados, hexafluoruro de uranio, combustible, etc.) (FIG. 5.1). Fig Transporte Marítimo de Material Radioactivo Por carretera y ferrocarril se transportan todo tipo de materiales, pero normalmente cubriendo distancias cortas. 50

5 En consecuencia, para el transporte se presentarán materiales radioactivos muy diversos en cuanto a su naturaleza y, por tanto, en cuanto a su riesgo. La seguridad en el transporte descansa fundamentalmente en la seguridad del embalaje. Por ello las exigencias en el diseño de los embalajes de transporte y los procedimientos operacionales dependerán lógicamente del riesgo del material que se transporte Almacenamiento o Disposición Final. La generación de calor y el nivel elevado de radioactividad de los combustibles gastados determinan que la primera etapa de su gestión sea siempre el almacenamiento en las piscinas de las centrales durante un período de tiempo variable entre seis meses y varios años. Esta operación, que se realiza en todas las instalaciones nucleares de producción de energía eléctrica, facilita que se produzca una primera fase de decaimiento radioactivo rápido de los productos de fisión, con reducción significativa de las emisiones gamma y del calor. A partir de este almacenamiento inicial en las piscinas de las centrales, las alternativas para la gestión completa del combustible gastado son dos: a) Reprocesado o utilización de combustible en ciclo cerrado. b) No reprocesado o ciclo abierto. 51

6 En lo que sigue, este punto se estructura en dos grandes capítulos: almacenamiento temporal del combustible y gestión final, que corresponden a dos principales etapas de la gestión de los residuos de alta actividad. El almacenamiento temporal es una fase común previa en las dos opciones básicas de gestión del combustible, reprocesado o ciclo abierto. a) Almacenamientos Temporales de Combustible El almacenamiento de combustible en espera de su gestión final, o almacenamiento temporal, se realiza mediante dos tecnologías básicas: almacenamiento bajo agua y almacenamiento en seco. Ambas garantizan el confinamiento de los elementos combustibles (blindaje radiactivo, integridad de los elementos, garantía de condiciones subcríticas, etc.) y permiten que se mantenga la disipación del calor remanente de los combustibles usados, incondiciones seguras. Las dos opciones pueden implantarse dentro del propio emplazamiento de los reactores o fuera de ellos; en esta segunda alternativa existe la posibilidad de agrupar los combustibles de más de un centro productor en una instalación centralizada de almacenamiento. Las técnicas de almacenamiento en húmedo o en seco pueden utilizarse de forma alternativa o de forma complementaria, en función de las necesidades y restricciones operativas de cada instalación, ya que como se ha indicado en su descripción, el almacenamiento en seco tiene carácter modular y puede emplearse para complementar las necesidades de almacenamiento a medida que la capacidad de las piscinas se va complementando. Por otra parte, el 52

7 almacenamiento en seco no requiere la construcción de grandes estructuras para su implantación. A. Almacenamiento en Húmedo. El almacenamiento del combustible irradiado bajo agua consiste en disponer los elementos combustibles dentro de piscinas de concreto reforzado, con paredes recubiertas de acero inoxidable y rellenas de Agua, que actúa como blindaje de las radiaciones y como refrigerante del combustible. Dentro de la piscina los elementos se disponen en posición vertical con bastidores de aluminio o acero inoxidable, con una adecuada geometría y separación y con venenos neutrónicos para asegurar el mantenimiento del conjunto en situación subcrítica. En el caso de las piscinas que están situadas en las propias centrales nucleares, éstas se encuentran en el mismo edificio del reactor o en un edificio anexo, con objeto de concentrar físicamente las operaciones de manejo del combustible y para hacer tan pequeño como sea posible su recorrido tras la descarga del reactor. El conjunto de estas instalaciones se completa con sistemas de recirculación, refrigeración, inspección y purificación del agua, de forma que, además de las funciones mencionadas de blindaje y disipación de calor, se 53

8 mantenga la visibilidad y control de los residuos a través de la cobertura del agua. Las piscinas se han proyectado hasta la fecha para permitir el almacenamiento del combustible utilizado en los primeros años de operación de una central, lo que ha obligado en diversos casos a aumentar la capacidad de almacenamiento de estas instalaciones sin variar su estructura externa. En estos emplazamientos se han utilizado técnicas de modificación en el diseño geométrico de los bastidores, lo que permite incrementar la capacidad de la piscina hasta satisfacer las necesidades de almacenamiento de todo combustible que se emplee durante la vida útil de la instalación. El diseño de este sistema depende de las características y posibilidades de cada instalación, si bien los métodos más utilizados hasta ahora se pueden agrupar en dos: - Sustitución de los bastidores antiguos de las piscinas por bastidores de alta densidad que permiten una mayor concentración de elementos combustibles por unidad de volumen. - Disposición en vertical de dos tandas de bastidores en piscinas con suficiente profundidad. B. Almacenamiento en Seco. En este tipo de tecnologías, el combustible está confinado en un contenedor o cápsula cerrada y con un gas inerte en su interior; la cápsula 54

9 puede ser autónoma o estar ubicada en una estructura que sirve como blindaje o lugar de almacenamiento y permite su refrigeración por aire. Existen tres modelos básicos de almacenamiento en seco: - Almacenamiento en silos o bóvedas. Las estructuras de almacenamiento son cubículos de concreto reforzado armado con cavidades de almacenamiento, diseñadas, cada una, para recibir los contenedores con uno o varios elementos combustibles. El blindaje es proporcionado por la estructura de concreto reforzado que puede estar sellada completamente o disponer de un sistema de ventilación por convección natural o forzada. - Almacenamiento en pozos. Los elementos combustibles se almacenan en cavidades excavadas en el suelo, recubiertas internamente de una estructura de acero inoxidable y dotado de tapa blindad. Dentro de cada cavidad, el combustible se va agrupando en una cápsula metálica. La disposición relativa entre pozos se 55

10 establece para conseguir la mejor disipación posible de calor y garantizar que se mantienen las condiciones de subcriticidad. - Almacenamiento en contenedores. El elemento de confinamiento está constituido por un cilindro metálico o de concreto reforzado con un bastidor interior en donde se colocan los elementos irradiados. En el espacio existente entre el bastidor y la estructura externa del contenedor se sitúan varias capas de materiales de blindaje, y el conjunto recompleta con tapas de sellado y elementos exteriores de manejo. La utilización de contenedores proporciona una gran flexibilidad en el almacenamiento de combustible por su carácter de estructuras modulares y por la ausencia de grandes recubrimientos de infraestructura en donde situarlos (basta una simple plataforma de concreto reforzado). Adicionalmente, los contenedores metálicos pueden diseñarse para cumplir los requerimientos de la normativa de transporte de residuos radioactivos, lo que añade ventajas de simplicidad y seguridad radiológica si se requiere el desplazamiento de los residuos de un centro de almacenamiento a otro, C. Almacenamientos Temporales Centralizados (ATC). 56

11 Las plantas de reproceso de los países que han optado por la opción de ciclo cerrado, almacenan temporalmente el combustible antes de su tratamiento, y también los vidrios y otros residuos que se originan en ellas. El resto de países que no reprocesan consideran indispensable disponer de capacidad de almacenamiento temporal para el combustible gastado, observándose la tendencia a disponer de instalaciones centralizadas para el almacenamiento de combustibles procedentes de diversas plantas generadoras de residuos. Esta tendencia a disponer de almacenamientos temporales centralizados (ATC) es la que internacionalmente tiene una mayor aceptación y se practica en países como Estados Unidos, Suecia o Alemania. Tiene las siguientes ventajas: - Un ATC es una solución que no presenta problemas conceptuales al estar basada en experiencias ya existentes y utilizar tecnologías fiables y probadas industrialmente. Además, el desarrollo reciente de los contenedores de almacenamiento y transporte, como sistema modular móvil, añade ventajas operativas a esta solución. Al ser un almacenamiento temporal en superficie, su implantación sólo necesita unos requisitos sencillos para el emplazamiento en que se ubique. - El Almacenamiento Temporal Centralizado (ATC) permite la centralización temporal del combustible nuclear gastado, lo que simplifica 57

12 notablemente la logística y la seguridad, y es más barato que la opción de almacenamiento en las instalaciones generadas de los residuos. - Internacionalmente, las autoridades reguladoras imponen la restricción de que las tareas principales de desmantelamiento de una central nuclear no se pueden realizar hasta que el combustible gastado haya sido retirado de la piscina de almacenamiento de la central. La concentración ordenada de estos residuos en un ATC permite proceder a la liberación de los diversos emplazamientos nucleares, al final de la vida operativa decidida para las instalaciones. - Por último, la existencia de un Almacenamiento Temporal Centralizado (ATC) facilita que las tareas de investigación necesarias para la gestión final del combustible se desarrollen equilibradamente y de acuerdo con los plazos y prioridades que son necesarios según el avance internación de la tecnología, el nivel alcanzado de conocimientos científicos y el necesario contraste de las soluciones que se elijan, evitando que estas labores se realicen por presión de los plazos de saturación de las piscinas y/o desmantelamiento de las centrales. c) Gestión Final: Almacenamientos Geológicos a Gran Profundidad. 58

13 Fig Almacenamiento Geológico a Gran Profundidad Las características de los residuos radioactivos de alta actividad y vida larga ha motivad que todos los países con programas nucleares de generación de energía eléctrica trabajen en la búsqueda de sistemas de gestión final de estos residuos. Dado el estado actual de la técnica, la línea de trabajo que hasta la fecha se ha tenido en cuenta internacionalmente, es el confinamiento de los combustibles gastados en formaciones geológicas profundas que tengan buena estabilidad geológica y minimicen o retrasen cualquier proceso de migración de isótopos al exterior, de forma que la incidencia de estos en la biosfera sea nula o despreciable. El sistema de almacenamiento a gran profundidad está basado en la interposición de varias barreras entre el residuo y la biosfera: contenedor, material de relleno y/o sellado y masa geológica en donde se deposita el 59

14 residuo (FIG. 5.2). Las características de éstas barreras deben garantizar el confinamiento de los radionúclidos contenidos en el combustible durante el período de tiempo en que estos pueden se nocivos para las personas y el medio ambiente, o en caso contrario las barreras pueden aportar suficientes condiciones de retención (cambio de ión, filtración, absorción, difusión, etc.) o retardo, para que los niveles de radioactividad de estos elementos, si llegaran a la biosfera, fueran inocuos. En base a estas condiciones, los sistemas geológicos que se consideran adecuados en la actualidad para alojar un almacenamiento a gran profundidad son: A. Formaciones evaporíticas y detríticas (sales y arcillas). B. Formaciones graníticas y volcánicas (granitos y tobas volcánicas). Existen dos opciones básicas en estos sistemas, según sea la concepción del modo de almacenamiento: A. Emplazamiento en galerías de diseño específico, a uno o varios niveles, con disposición de los residuos tanto en las propias galerías como en pozos preparados desde ellas. B. Emplazamiento en pozos profundos hechos desde superficie con varios kilómetros de profundidad. 60

15 b) Situación Internacional. Prácticamente todos los países desarrollados que producen electricidad a partir de la energía nuclear tienen puestos en marcha programas para el almacenamiento final de sus residuos de lata actividad en formaciones geológicas profundas (AGP). Los proyectos más avanzados confían en que esta solución pueda estar disponible para la segunda década de este siglo, siendo Suecia, Alemania y Estados Unidos de Norteamérica los países que prevén disponer de un almacenamiento de este tipo en fechas más próximas. El programa sueco tuvo como objetivo seleccionar un lugar para proceder a su caracterización detallada dos años después del año 2000, el comienzo del almacenamiento se prevé para este año, con una primera etapa que se aplica a 800 ton. de combustible. El almacenamiento del resto de residuos de alta actividad se realizaría en una fase posterior, una vez que se hubiera evaluado la experiencia adquirida en el primer período. 61

16 Laboratorios de Investigación en Técnicas Geológicas para Almacenamiento Geológico a Gran Profundidad (AGP). TABLA Gestión Final de los Residuos Radioactivos de Alta Actividad. Laboratorios de Investigación Subterráneos en el Mundo Formación ROCOSA Sal Roca Cristal Roca Cristal Roca Cristal Roca Cristalina Arcilla Fuente: Nombre Salter Vault Avery Island WIPP Asse Amélie Stripa Grimsel Edgar Mine Troon URL Climax mine Fanay Auger Akenobe Mine Hard Rock Laboratory NSTF G Tunnel Mol Pasquasia Torunemire Localización Estados Unidos Estados Unidos Francia Francia Francia Suecia Suiza Estados Unidos Reino Unido Canadá Estados Unidos Francia Japón Suecia Estados Unidos Estados Unidos Estados Unidos Bélgica Italia Francia dioact.htm 62

17 Alemania estima el año 2010 como fecha para el comienzo de sus actividades en el domo salino de Gorleben en el estado de Baja Sajonia, en una disposición con pozos y galerías a una profundidad de 900m. Por su parte, Estados Unidos ha designado en principio a Yucca Mountain en el estado de Nevada como lugar para almacenamiento a gran profundidad de sus residuos radioactivos civiles, en una formación geológica compuesta por tobas volcánicas en las que acvtualmente se dispone una Instalación Experimental. El Departamento de Energía Americano confía en tener disponible el Almacén en el año El resto de países del ámbito de la Organización para la Cooperación y Desarrollo Económico (OCDE) trabajan con proyectos a más largo plazo dependiendo de las características de sus respectivos programas nucleares, de su geología y del nivel de desarrollo de sus programas de investigación. En general las previsiones para estos países sitúan el comienzo del almacenamiento en torno al año Como complemento de sus respectivos programas en casi todos los países se dispone de instalaciones subterráneas o laboratorios en los que es posible realizar trabajos directos de investigación en técnicas geológicas (TABLA 5.1) y que se han mostrado como instalaciones imprescindibles para progresar en la mejor de los conocimientos necesarios para implementar esta solución. 63

18 c) Otros procesos: Fraccionamiento y Transmutación. Como se ha indicado anteriormente, las soluciones de almacenamiento temporal actualmente existentes permiten el confinamiento de los residuos durante períodos de tiempo muy prolongados, (varias décadas), por lo que la investigación de soluciones a largo plazo, que tiene su referente básico en el almacenamiento a gran profundidad, dispone del tiempo necesario para su desarrollo. Esto permite trabajar también en otras líneas de actividad, que investigan la aplicación de nuevas tecnologías de fisión nuclear, o que son resultantes del desarrollo de tecnologías existentes. Este es el caso del desarrollo de las técnicas de fraccionamiento y transmutación y de las mejoras en las técnicas de reprocesado, como líneas de apoyo para la minimización de los residuos y para conseguir un mayor nivel de reutilización. Los conceptos de fraccionamiento y transmutación surgen al considerar que la componente más significativa del resigo radiológico a largo plazo de los elementos irradiados es debida a los actínidos y a un grupo de los productos de fisión que se originan en las barras de combustible durante la reacción nuclear. El proceso de fraccionamiento, realizado generalmente por métodos físico químicos consiste en separar radionucleidos de largo período de semidesintegración a partir de una primera etapa de reprocesado o separación del uranio y plutonio. Por extensión, se utiliza también el término fraccionamiento para designar a los procesos de separación de productos de 64

19 fisión, sean de vida larga o muy larga. La tecnología actual empleada en el reprocesado del combustible gastado, permite recuperar cerca del 99.5% del uranio y del plutonio contenidos en él. La investigación pendiente o en curso se orienta a desarrollar procesos de separación de alto rendimiento para el resto de actínidos y productos de fisión de vida larga. Por otra parte, el concepto de transmutación engloba a todos los procesos que tienen como objetivo convertir los isótopos de vida larga en isótopos de vida corta o en isótopos estables, mediante la irradiación con un flujo de partículas subatómicas, generalmente neutrones. Internacionalmente, la investigación sobre fraccionamiento y transmutación está liderada por los trabajos que llevan a cabo Francia, Japón, Estados Unidos y el Centro Europeo para la Investigación Nuclear (CERN). En conjunto, la investigación sobre la de transmutación está soportada por una importante base científica que no ha sido, hasta la fecha, desarrollada en aplicaciones industriales ni probado su beneficio en la gestión de residuos radioactivos. Internacionalmente, se considera que cualquier actuación en este sentido debe partir de un análisis de las posibilidades de que los conocimientos actuales puedan ser trasladados, primero, a procesos científicos aplicados y que estos, a su vez, puedan tener ulteriores desarrollos tecnológicos en los que los esfuerzos técnicos y económicos empleados estén contrapesados con los beneficios que se obtengan, entre otras cuestiones, con los objetivos de reducción y minimización de los isótopos de vida larga. 65

20 d) Tragedias en Almacenamiento En septiembre de 1987, los habitantes de Goiania, una ciudad brasileña, encontraron una máquina desconocida abandonada en un vertedero. La abrieron y hallaron en su interior un polvillo azul. La tradición de la pintura corporal debió marcar el comportamiento de los brasileños, pues muchos de ellos se embadurnaron con él. Un mes después se empezaron a producir las primeras muertes. Aquel polvillo era Cesio 137, un material altamente radioactivo que debería haber estado almacenado bajo estrecha vigilancia. El gobierno brasileño se vio obligado a poner a toda la población bajo control radiológico. Casi 300 personas se vieron afectadas. Los que murieron a causa de la radiación fueron enterrados en ataúdes de plomo de 608 kilos bajo varias capas de cemento. 66