Concepto de radionucleido relevante en la gestión de residuos radiactivos. Medici, M.A.

Transcripción

1 Concepto de radionucleido relevante en la gestión de residuos radiactivos Medici, M.A. Presentado en: IX Congreso Argentino de Protección Radiológica Mendoza, Argentina, 2 al 4 de octubre de 2013

2 CONCEPTO DE RADIONUCLEIDO RELEVANTE EN LA GESTIÓN DE RESIDUOS RADIACTIVOS Medici, M.A. 1 Autoridad Regulatoria Nuclear Argentina RESUMEN Los residuos radiactivos generados durante las prácticas nucleares (operación de centrales nucleares, reactores de investigación, producción de radioisótopos, etc.) tienen la particularidad de contener Radionucleidos emisores alfa, beta y gamma en concentraciones muy variables y de periodos de semidesintegración muy distintos. Las escalas de tiempo asociadas a la Gestión de Residuos Radiactivos (GRR) imponen un desafío, tanto al operador como al regulador, que es el de adoptar criterios tendientes a identificar antes de su generación cuáles serán los Radionucleidos que van a ser relevantes en el corto, medio y largo plazo. Esta información es fundamental para el operador a la hora de diseñar las prácticas y los sistemas de gestión para cada tipo de desechos. ALCANCE El presente trabajo analiza la temática de selección de radionucleidos (RN) relevantes aplicada a la gestión de residuos de Período de semidesintegración muy corto, de nivel muy bajo, bajo e intermedio. [1]. 1. INTRODUCCIÓN El diseño de las diferentes etapas de Gestión de Residuos Radiactivos incluye el conocimiento de cuáles van a ser los RN que van a impactar directamente en la seguridad. Dichos RN usualmente no son los mismos para cada etapa de gestión. Si consideramos a las etapas de GRR como las de manipulación, tratamiento, acondicionamiento, almacenamiento, transporte y disposición final podemos realizar el siguiente análisis: En las etapas de manipulación, tratamiento y acondicionamiento de RR los radionucleidos relevantes serían los emisores gamma que contribuyan significativamente a la dosis por irradiación externa de los trabajadores. Además, cuando sean concebibles eventos que puedan generar aerosoles deberá también considerarse la presencia y concentración de emisores alfa y beta. En la etapa de almacenamiento, los residuos estarán ya confinados y en operación normal los radionucleidos relevantes serían los emisores gamma que contribuyan a la dosis por irradiación externa de los trabajadores. En situaciones anormales deberán también considerarse aquellos radionucleidos que contribuyan a la dosis de acuerdo a los escenarios planteados en la evaluación de seguridad de la instalación considerando eventos de baja probabilidad de ocurrencia tales como incendios, inundaciones o terremotos. 1 mmedici@arn.gob.ar 255

3 Durante el transporte los radionucleidos relevantes serán aquellos que dominen en los escenarios normales y accidentales planteados por la reglamentación para el transporte seguro de materiales radiactivos. Finalmente en la etapa de seguridad en el muy largo plazo y disposición final los RN relevantes serán aquellos que contribuyan significativamente a las dosis ocupacionales durante la operación (nuevamente emisores gamma) y aquellos que contribuyan significativamente a la dosis de miembros del público según los distintos escenarios considerados, por ejemplo migración e intrusión. Es importante remarcar que la información de la concentración de actividad de los RN relevantes se adquiere más fácilmente en el momento de la generación de los residuos radiactivos. Por lo que las concentraciones de todos los RN que fueron identificados como relevantes en cada etapa deberían determinarse en las etapas tempranas de gestión e, idealmente, las técnicas y métodos a aplicar para tal fin deberían definirse y desarrollarse antes de que comience la generación de dichos residuos radiactivos. 2. IDENTIFICACIÓN DE RADIONUCLEIDOS RELEVANTES METODOLOGÍA No todos los radionucleidos estarán presentes en los residuos radiactivos y algunos de los que se formen tendrán un impacto muy poco significativo o nulo en algunas o todas las etapas de gestión. Además, la estimación de las concentraciones de actividad de ciertos radionucleidos puede ser muy costosa, por lo que no es razonable solicitar al Generador de residuos radiactivos un programa de caracterización injustificadamente ambicioso. Se impone la realización de un trabajo previo a fin de identificar cuáles nucleídos pueden llegar a dominar en cada etapa de gestión y cuáles son las concentraciones que de ser excedidas podrían tener implicancia en la gestión segura de los mismos. Para aquellas etapas de gestión que tendrán lugar fuera de la instalación generadora el operador deberá contar con el asesoramiento y asegurarse el acuerdo de la Organización Responsable de la Gestión Final de los residuos radiactivos y del Organismo Regulador. Hay dos preguntas que deben realizarse a la hora de seleccionar los radionucleidos relevantes para la GRR: 1.- Cuáles son los radionucleidos que se pueden encontrar en una concentración significativa en el residuo que se va a generar? 2.- De dichos radionucleidos, cuáles van a tener impacto en la seguridad de la gestión? Nótese que esta última pregunta exige considerar todas las etapas de gestión, tal como ya se indicó. Para responder esas preguntas se deben considerar los siguientes criterios [2]: Criterio 1, debe haber una probabilidad razonable de que estén presentes en los residuos radiactivos. Esto se realiza a través de: Búsqueda bibliográfica Condiciones de operación (potencia, mantenimientos, etc.) Materiales constitutivos potenciales de ser activados Flujos neutrónicos Medición de muestras representativas Estudio de la historia operativa de la instalación que los genera(eventos accidentales, etc.) Registros Criterio 2: deben tener la potencialidad de generar un impacto significativo en la seguridad de alguna de las diferentes etapas de gestión: manipulación, tratamiento, acondicionamiento, almacenamiento, transporte y disposición final de los residuos radiactivos. 256

4 Aquellos RN que se encuentren presentes en el residuo en una concentración por debajo de un dado límite tendrán un impacto despreciable en las operaciones de GRR. Por ejemplo, valores de concentración de actividad inferiores a los límites para dispensa no deberían ser registrados y valores de concentración final que excedan los límites que en el futuro establezca el Organismo Gestionador para un sistema de disposición final deberían ser motivo de preocupación. 3. RADIONUCLEIDOS RELEVANTES EN EL CORTO PLAZO Se deberán considerar en las etapas de manipulación, tratamiento y acondicionamiento el impacto que tendrán los radionucleidos gamma en la dosis de los trabajadores afectados a dichas tareas. Dicha información se utilizarán para el diseño de blindajes, para la definición de factores de ocupación, etc. En esta etapa y a fines de evaluar el impacto que tendrá la irradiación externa sólo se considerarán relevantes los emisores gamma salvo que las características del residuo justifique el análisis de escenarios de ingestión o inhalación, en dicho caso se deberá establecer la relevancia de RN alfa y betas presentes. Asimismo si se utilizará en Método de Factores de Escala (Ver Relevancia de la Caracterización) se deberían incluir dentro de los radionucleidos relevantes los emisores gamma que serán utilizados como nucleidos claves, por ejemplo Co-60 y Cs RADIONUCLEIDOS RELEVANTES EN EL MEDIANO PLAZO Para el almacenamiento de RR debería hacerse un análisis particular para evaluar cuáles serán los radionucleidos que se consideren relevantes. En operación normal serán los emisores gamma, dado que los residuos radiactivos ya están confinados en esta etapa, pero puede haber escenarios de exposición asociados a exposiciones potenciales, generadas por ejemplo por incendios, que exijan la evaluación de la formación de aerosoles y serían quizás relevantes en esas situaciones de baja probabilidad de ocurrencia. En el caso de extensión de vida de Embalse los depósitos de almacenamiento de los diferentes residuos estructurales que se generarán se diseñaron para una vida útil de 50 años. Dado que la mayor contribución a la actividad de dichos residuos proviene de los radionucleidos generados por activación del material, se cuenta con inventarios calculados a través de modelaciones computacionales. Seguramente de la extensa lista de radionucleidos generados por activación en las estructuras expuestas a flujos neutrónicos solo una fracción justificará un esfuerzo del operador, para asegurar una apropiada calidad de su determinación y de su registro durante el almacenamiento y como información base para demostrar el cumplimiento de los futuros criterios de aceptación del sitio de disposición final. Una propuesta [3] es que los radionucleidos de relevancia para este caso sean aquellos con período de semidesintegración largos para los cuales se estime que al cabo de 50 años mantengan una concentración de actividad considerable. Por ejemplo, como primera aproximación aquellos radioisótopos cuya concentración de actividad al cabo de 50 años resultase mayor a cien veces el correspondiente niveles genéricos de dispensa [4]. Nota: En el caso de estructurarles activados es de esperar que el desmantelamiento brinde oportunidades para la toma de algunas muestras para así confirmar los valores calculados. Mayores dificultades pueden encontrarse para caracterizar los productos de corrosión. 257

5 5. RADIONUCLEIDOS RELEVANTES EN EL LARGO PLAZO Como ya se mencionó antes, los RN que se pueden encontrar en el residuo que se va a generar se determinan a través del conocimiento de la práctica en la cual se originan, de mediciones de muestra representativas, de la historia operativa de dicha instalación, etc. Los criterios de aceptación de un residuo en un sitio de Disposición Final se establecen a través del análisis de los escenarios de por ej: migración e intrusión. Dichos escenarios evaluarán el impacto que tendrán los radionucleidos en las dosis futuras y cuál será el inventario permitido. Esto estará influenciado también por información propia del medio receptor del sitio de disposición final como tipo de roca/material, Kd, cursos de agua cercanos, etc. Del resultado de dichos estudios surgirán los radionucleidos relevantes que deberán ser determinados en la etapa de generación por el Generador de RR. Algunos estudios establecen que para la disposición final, del conjunto de RN se podría hacer hincapié en aquellos RN que sigan siendo significativos luego de 300 años del control institucional de un sitio de DF. Corresponde destacar que estos criterios de aceptación fueron evolucionando a medida que se fue ganando conocimiento en el tema. Si se revisan los primeros criterios de aceptación para disposición final de RR en el mundo, se encuentra que los mismos requerían la declaración de actividad beta/gamma total y alfa total y eventualmente algunos radionucleidos como H-3, Ra-226 o Th-232. Hoy en día existen sitios de disposición final en otros países que exigen la declaración de cerca de 150 RN en los residuos que van a emplazar [5]. 6. RELEVANCIA DE LA CARACTERIZACIÓN La caracterización de un RR implica determinar tanto la actividad como la concentración de actividad de los radionucleidos contenidos en ellos. Esta caracterización se realiza en base a la lista de RN relevantes para todas las etapas de gestión previamente identificados. La experiencia internacional muestra que para la caracterización en actividad de RR se utilizan esencialmente tres métodos denominados Métodos Directos, Métodos Semiempíricos y Métodos Analíticos y combinaciones apropiadas de los mismos. El Método Directo, es obviamente la forma más directa de conocer el contenido de nucleidos en un residuo. Este método consiste en la determinación de la actividad total contenida en un residuo por medición directa y, por ende, en la práctica sólo es aplicable para emisores gamma fuertes, por ejemplo Co-60 y Cs-137. De los métodos semiempíricos el más simple es de aplicación al caso de corrientes o ítems homogéneos y consiste en la determinación de la concentración de actividad de los radionucleidos de interés, por medio de ensayos destructivos, en muestras representativas de las concentraciones de actividades en el RR considerado. Con los datos obtenidos se determina el espectro de actividad de los radionucleidos relevantes, el cual si el muestreo fue llevado a cabo apropiadamente es representativo de la distribución de actividad en toda la masa del residuo considerado. El Método de Factores de Escala [6] es una técnica para evaluar la consistencia estadística de relaciones entre concentraciones de radionucleidos y determinar promedios de sus valores. En este caso el objetivo del muestreo no es estimar las concentraciones de actividad sino evaluar las relaciones entre concentraciones de actividad de los distintos RN. Los resultados de los análisis de las muestras se expresan en relaciones de la concentración de actividad entre radionucleidos emisores alfa y beta, denominados difíciles de medir (DDM) y ciertos emisores gamma, tales como Co-60 o Cs-137, denominados nucleidos clave (NC) pues la actividad de estos últimos se puede determinar directamente en el residuo ya acondicionado. 258

6 Los métodos analíticos usuales se basan en el grado de quemado del combustible, cálculos de activación o relaciones de descendencia. [7] La caracterización deberá documentarse a través de un sistema de registros dado que los inventarios que surjan son fundamentales para la correcta gestión de Residuos Radiactivos. La ventaja de determinar gran parte de los inventarios en etapas tempranas es que permiten evaluar la adaptabilidad de dicho residuo a los criterios de aceptación de las etapas siguientes Es importante destacar que cada uno de los datos registrados en los inventarios deberá estar asociado a la documentación que lo avala (documentación soporte). Por ejemplo, el inventario de los radionucleidos presentes estará directamente asociado a la metodología empleada para determinar la actividad y la concentración de actividad de cada radionucleido (medición directa, factores de escala, códigos, etc.) y esta información también debe preservarse, al menos hasta que haya transcurrido el período de control institucional luego del cierre definitivo del sistema de disposición final. 7. CONCLUSIONES El concepto de RN relevante está siempre asociado a una etapa de gestión del RR y a un conjunto de escenarios de exposición. Ningún RN es relevante por sí mismo, pues RN en concentraciones de actividad e inventario muy alto, como por ejemplo Co-60 en ciertos RR, pueden ser relevantes en las primeras etapas de gestión e irrelevantes en el largo plazo. La determinación de la concentración de actividad de los radionucleidos identificados como relevantes es responsabilidad del Generador de los mismos. Dicha caracterización debe abarcar todos los RN que serán relevantes para las distintas etapas de gestión, incluso aquéllas que se llevarán a cabo fuera de la instalación generadora, y deberá ser realizada con una metodología que satisfaga tanto al Gestionador de RR (Programa Nacional de Gestión de Residuos Radiactivos) como a la Autoridad Regulatoria Nuclear. Esta caracterización en base al contenido de radionucleidos relevantes en cada etapa permite prever cómo se comportará el RR en el tiempo, de manera de poder garantizar la seguridad en cada etapa de GRR tanto para los trabajadores como para el público. El sistema de registros debe tener en cuenta los largos tiempos involucrados y asegurar la transferencia de los datos apropiados al gestionador. 8. AGRADECIMIENTOS El autor desea agradecer el valioso aporte del Ing. Alfredo Lucio Biaggio en la elaboración del presente trabajo. 9. REFERENCIAS [1] Cuarto Informe Nacional a la Convención Conjunta sobre Seguridad en la Gestión de Combustible Gastado y sobre Gestión de Desechos Radiactivos Vienna- Mayo [2] NiresReport N/105- The identification of RN Relevant to Long Term Waste Management in the UK. [3] Residuos Radiactivos Estructurales en el Retubing/Refurbishment de la Central Nuclear Embalse Perspectiva RegulatoriaD.E. Alvarez, H. Lee Gonzales, M.A. Medici y E.H. Piumetti ARN - AATN

7 [4] Niveles Genéricos de Dispensa Guía GR 08 Autoridad Regulatoria Nuclear Argentina [5] Factores de Escala (ScalingFactors) para la determinación de la actividad de residuos radiactivos en centrales nucleares - Medici, M.A.; Piumetti, E.H.- ARN - AATN [6] Activity determination and declaration- An overview; W. Müller - Institute for Safety Technology (ISTec) GmbH - Germany. [7] Caracterización de residuos radiactivos en centrales nucleares- Piumetti, E.H.;Medici, M.A. - ARN - AATN