jueves, 2 de octubre de 2008

Gestión de desechos radiactivos

Los desechos radiactivos (también conocidos como basura o residuos radiactivos) son subproductos que contienen elementos químicos radiactivos que se generan en procesos nucleares tales como durante la fisión nuclear (utilizado para generar energía eléctrica), el procesamiento de combustible nuclear para reactores o armas nucleares, o en aplicaciones médicas como la radioterapia, básicamente se agrupan o clasifican por su grado de radiactividad (la radiactividad es la emisión de radiaciones, es decir energía en este caso a nivel de partículas subatómicas en radiación alpha, beta y gamma) entre aquellos desechos que tienen baja, media o alta radiactividad.



Barras de combustible nuclear ya gastadas en sellos de acero

Los desechos de baja radiactividad son aquellos materiales cuya radiactividad gamma o beta esta en niveles menores a 0,04 GBq/m³ (Bq es el símbolo de la unidad Becquerel que mide la radiactividad equivalente a una desintegración nuclear por segundo, en esta medición hace referencia a la cantidad de Miles de millones (Giga) de Becquerel por cada metro cúbico) si son líquidos, 0,00004 GBq/m³ si son gaseosos, o la tasa de dosis en contacto es inferior a 20 mSv/h (Sv es el símbolo de la unidad Sievert que mide la cantidad de radiación absorbida por la materia viva, en esta medición hace referencia a la cantidad de miles de Sievert absorbidos por hora) si son sólidos. Solo se consideran a los desechos dentro de esta categoría si además su periodo de semidesintegración es inferior a 30 años.

Los desechos de media radiactividad poseen radiactividad gamma o beta con niveles superiores a los residuos de baja actividad pero inferiores a 4 GBq/m³ para líquidos, gaseosos con cualquier actividad o sólidos cuya tasa de dosis en contacto supere los 20 mSv/h. Al igual que los residuos de baja actividad, solo pueden considerarse dentro de esta categoría aquellos residuos cuyo periodo de semidesintegración sea inferior a 30 años.

Estos desechos son comúnmente producidos en diferentes procesos como:
La minería en la cual es extraído el Uranio
Algunos residuos de la fabricación de combustible para centrales de energía nuclear y en las mismas centrales de energía nuclear tales como la ropa y los materiales que utilizan los trabajadores de ciertas áreas, también las resinas de intercambio iónico o los concentrados del evaporador.
El desmantelamiento de centrales nucleares produce grandes volúmenes de este tipo de desechos incluyendo casi toda la infraestructura que formó parte del edificio.
Los equipos médicos que se usan en tratamientos con isótopos radiactivos, así como también las ropas y materiales que utilizan los médicos, enfermeras, pacientes.
Los materiales o dispositivos que tienen ciertos elementos radiactivos y que son utilizados en la industria o aplicaciones comerciales.
El tratamiento para estos tipos de desechos radiactivos es similar ya que son secados (de ser necesario), prensados (para reducir su volumen) y enviados a instalaciones en las cuales son inmovilizados y aislados utilizando hormigón el cual es suficiente para evitar que la radiación emitida por estos desechos lleguen al medio ambiente y por lo tanto ingresen por ejemplo en la cadena alimenticia, un ejemplo de este tipo de instalación es la de “El Cabril” en España que está en funcionamiento desde 1992 y donde los desechos estarán confinados al menos por 250 a 500 años.



Ciclo del combustible nuclear

Los desechos de alta radiactividad, poseen una radiactividad beta y gamma superior a la de los desechos de media actividad y además su periodo de semidesintegración es superior a los 30 años, llegando en algunos casos a ser de miles y hasta millones de años, representan una mínima parte de la producción total de desechos radiactivos pero son sumamente nocivos para la salud, una mínima cantidad será letal para miles de personas. Son producidos en la generación de energía, la mayor parte de estos residuos son las barras de combustible nuclear (uranio enriquecido) que ha sido irradiado dentro de un reactor nuclear hasta el punto que ya no es útil como generador de reacciones nucleares, también son desechos de alta radiactividad ciertos materiales provenientes del desmantelamiento de centrales nucleares por ejemplo los reactores, además de las armas nucleares y también los elementos transuránicos o materiales contaminados por estos elementos es decir aquellos elementos radiactivos producidos por diversos procesos nucleares artificiales con número atómico mayor que el del Uranio es decir mayor a 92, como por ejemplo el Neptunio, el Americio, o el más común de estos elementos el Plutonio.

Estos desechos son extremadamente difíciles de tratar debido a su altísima toxicidad, en primera instancia son almacenados temporalmente en piscinas que típicamente tiene unos 40 pies de profundidad que son incluidas dentro de los diseños de las centrales de energía nuclear donde estos elementos son sumergidos durante varios años, incluso durante toda la vida útil de la planta de energía nuclear, el agua de la piscina amortigua la radiación manteniéndola en niveles mucho más bajos. Se puede aplicar un proceso llamado reprocesamiento en el cual se hace una separación físico-química de los desechos radiactivos obteniendo isótopos que pueden volver a ser utilizados (por ejemplo el plutonio, uranio, cesio), es lo más cercano al reciclado, pero no todos los isótopos son útiles (por ejemplo el neptunio o el americio), estos isótopos que no pueden ser utilizados, así como otros residuos que no son reprocesados tienen como alternativa el AGP (Almacenamiento Geológico Profundo) es decir ubicar estos desechos en contenedores resistentes a severas condiciones y al paso del tiempo los cuales son puestos en locaciones subterráneas tales como minas profundas o emplazamientos construidos, se requieren que sean estructuras geológicas que han sido estables durante millones de años en formaciones calizas, graníticas o salinas, con el objetivo de que estos desechos queden aislados del resto del medio ambiente durante todo el tiempo (incluso miles de años) que tardan en perder su radiactividad. Finalmente se considera un nuevo proceso llamado transmutación el cual sería utilizado en centrales de energía nuclear de nueva generación, este proceso permitiría reutilizar incluso a los isótopos que no sirven como combustible en la actualidad, sin embargo este proceso requiere a su vez del reprocesamiento.



Concepto de administración de los desechos radiactivos

Dentro del Almacenamiento Geológico Profundo destaca el WIPP “Waste Isolation Pilot Plant” (Planta Piloto para el Aislamiento de Desechos). Se trata de un depósito subterráneo diseñado para la eliminación de desechos transuránicos generados en programas de defensa, tales como ropas, herramientas, residuos, tierra, escombros contaminados con elementos más pesados que el Uranio (especialmente con plutonio) con el objetivo de que sean conservados allí permanentemente. Esta localizado a unos 41 kilómetros al Este de la ciudad de Carlsbad, Nuevo México, Estados Unidos, en el desierto de Chihuahua en una gruesa formación de sal, los desechos son ubicados a una profundidad de aproximadamente 650 metros en las formaciones de sal llamadas Castile y Salado que ha sido estable por cerca de 250 millones de años desde finales del periodo Pérmico.



La tachuela de color amarillo indica el lugar donde está ubicado el WIPP

En 1979 el Congreso de Estados Unidos autorizo la Planta Piloto al Departamento de Energía, los primeros trabajos empezaron en 1981 y las excavaciones subterráneas el año siguiente, el trabajo se prolongó hasta 1989 este mismo año se certifica a los envases CH (manejo de contacto) y el TRUPACT II, desde allí se efectuaron pruebas diversas con respecto a la seguridad y aislamiento que proveía las instalaciones subterráneas, además se aprueban leyes estatales y permisos de la EPA, el 26 de Marzo de 1999 llega el primer cargamento de desechos radiactivos procedentes desde el Laboratorio Nacional de Ingeniería y Medio Ambiente de Idaho y también del Emplazamiento de Tecnología Medioambiental de Rocky Flats. El año 2000 la Comisión Reguladora Nuclear de Estados Unidos certifica a los envases RH 72B para transportar residuos Transuránicos de manejo remoto y a los contenedores pesados “HalfPACT” ese mismo año llega el primer cargamento mixto de desperdicios. En 2003 el Panel 1 queda lleno, lo cual representa alrededor del 10% de la capacidad del WIPP. En 2006 son realizados cambios que permiten al año siguiente recibir residuos Transuránicos de manejo remoto. A la fecha el WIPP ha recibido más de 5.000 cargamentos con desechos radiactivos. Se tiene previsto que estos sigan siendo depositados hasta el año 2070.

Al WIPP llegan dos tipos diferentes de desechos transuránicos: Contact Handled (CH) es decir los que pueden ser manipulados por contacto directo de los trabajadores bajo condiciones controladas sin necesidad de más aislamiento que el envase en si mismo y Remote Handled (RH) es decir aquellos que deben ser manipulados remotamente utilizando dispositivos de aislamiento extra Los envases en los que son aislados los desechos radiactivos son construidos en acero y diseñados con amortiguadores de golpes con una capacidad de 55 galones pero los desechos solo pueden contener una cantidad limitada de líquidos ya que la energía emitida por los materiales residuales podría disociar el agua en hidrógeno y oxígeno, que a su vez podría crear un ambiente explosivo en el interior del contenedor, los envases que son utilizados para los recursos de manejo remoto son llevados de uno en uno debido a su peso, una vez que llegan al WIPP los envases son manejados con la adecuada protección para los trabajadores, después son ubicados en agujeros perforados en las paredes de los cuartos de eliminación del WIPP (mientras los envases de manejo de contacto son dispuestos en hileras en el piso de esos mismos cuartos) luego son embasados primero en un envase y luego en un ataúd una vez en el subsuelo una carretilla los mueve a los emplazamientos horizontales hacia otro agujero perforado y finalmente es insertado un escudo de concreto.



Envase para transportar residuos radiactivos del tipo RH



Trailer transportando envases para residuos radiactivos del tipo CH

El WIPP fue construido sobre una formación natural de roca de halita (también conocida como sal de roca o sal gema) debido a que ofrece algunas ventajas:
Los depósitos de halita por lo general están en áreas geológicamente estables.
Ausencia de flujos de agua, si esta hubiera existido habría disuelto las rocas.
Es relativamente fácil de minar.
Tiene la propiedad de “curar” sus propias fracturas, eventualmente llenará las áreas minadas ofreciendo un sello adicional para los desechos radiactivos llegando hasta a un nivel similar al del concreto.

Uno de los mayores problemas que enfrenta cualquier instalación de este tipo es el transporte, ya que los desechos llegan desde diversos lugares, se ha registrado un record de 35 entregas de desechos radiactivos en una sola semana, este transporte es realizado por vía terrestre a través de cientos y miles de kilómetros en trailers los cuales se desplazan por carreteras que también utilizan millones de personas todos los días, los envases están diseñados para resistir golpes de accidentes sin embargo no puede quedar excluida la probabilidad de que estos envases puedan sufrir daños debido a los impactos de un posible accidentes o a los efectos de un incendio, muy posiblemente el escenario más catastrófico y terrorífico que se puede presentar es que un trailer llevando desechos de tipo RH quede involucrado un accidente de tráfico dentro de un túnel en el cual se produzca un incendio de grandes proporciones, también existe la posibilidad de que se cometa un ataque contra alguno de estos transportes por ejemplo por parte de un grupo terrorista. Además se han propuesto diferentes problemas o fallas del diseño dentro del WIPP tales como:
Falta de análisis de posible escape de radiactividad por medio de los taladros por aire, Problemas con posibles fracturas en la roca, que necesariamente no se sellaran por si solas.
Algunas fallas técnicas que causaron demoras y problemas en la excavación, incluyendo fallas de estabilidad.
El hecho de que la Sal y la Salmuera (agua con alta concentración de sal disuelta) son altamente corrosivas para los contenedores, los cuales podrían degradarse generando gases la utilización de oxido de magnesio como relleno dentro de los confinamientos reduce significativamente el problema, pero no si la salmuera llega a penetrar masivamente sobrecargando la capacidad del relleno.



Instalaciones del WIPP



Manejo de los residuos dentro de las instalaciones del WIPP

Está planeado que los residuos depositados en el WIPP queden aislados durante miles de años, esto plantea un problema muy complejo, debido a que en la actualidad no existen o al menos no se tiene constancia de la existencia de edificaciones construidas por el ser humano que hayan durado ni siquiera 10.000 años, idiomas que antiguamente fueron utilizados por millones de personas ahora han caído prácticamente en el desuso, grandes naciones y potencias tanto militares como económicas desaparecieron o perdieron casi todo su poder, todo esto ha llevado a pensar en lo que ocurriría en un futuro distante en el cual se realicen trabajos especialmente excavaciones en el sitio donde se encuentra el WIPP los desechos radiactivos aún serían altamente peligrosos para la salud e inclusive letales. Por lo tanto se han desarrollado ideas de como alertar a quienes habiten en el futuro de que existe esta amenaza, se han realizado estudios y propuesto los PICs (Passive Institucional Control) que son un grupo de diseños basados en un concepto llamado “defensa en profundidad”, algunos ya construidos otros aún en fase de diseño, este concepto provee de numerosas capas de información y advertencias con mensajes redundantes, con diversos componentes estratégicamente localizados incluyendo:
Un gran terraplén o pared: a modo de cerca de aproximadamente 871 metros por 718 metros con una base de más de 30 metros, unos 10 metros de altura e inclinada para minimizar los efectos de la erosión.
Perímetro de monumentos: Cada uno de aproximadamente 7 metros y medio de altura tanto en los límites del área controlada de unos 10 kilómetros cuadrados y también en sectores cercanos alrededor de 300 kilómetros cuadrados, cada monumento estará construido con 20 toneladas de materiales sólidos, los cuales tendrán grabados mensajes en 7 idiomas con advertencias e información.
Centro de Información: de unos 12 metros por 10 metros y de 4 metros y medio de altura sus paredes interiores y exteriores son de granito estarán grabadas con mensajes tanto en palabras de diferentes idiomas y también en pictogramas, el centro no tiene techo para aprovechar la luz natural.
Cuartos de almacenamiento: Dos cuartos almacenarán la misma información que en la superficie, uno estará enterrado en la pared principal y el otro a unos 6 metros de profundidad en las cercanías.
Señales enterradas: pequeñas señales de advertencia serán enterradas a diferentes profundidades (desde medio metro hasta 5 metros aproximadamente) de forma aleatoria, serán discos de unos 20 cms de diámetro hechos de granito, oxido de aluminio y arcilla, con mensajes en diferentes idiomas.
Archivos: Extensos registros acerca del WIPP serán almacenados, controlados y mantenidos en muchos lugares del mundo, incluyendo datos importantes para definir la localización, diseño, contenido y riesgo asociado con el WIPP, haciendo revisiones periódicas del mantenimiento de estos archivos, adicionalmente se incluye la localización del WIPP en documentos como mapas, atlas, enciclopedias, diccionarios y descripciones del WIPP en textos de estudios para escuelas y colegios.



Posible localización de los PICs

Sin embargo el problema causado por los desechos radiactivos en especial aquellos de alta radiactividad esta lejos de solucionarse, aún no existe una instalación o proceso que de forma confiable y segura pueda encargarse del aislamiento o de la degradación de esta peligrosa basura, en términos más generales se trata de un problema parecido al de cualquier otro tipo de basura o desechos generado por cualquier actividad humana, las soluciones resultan demasiado complicadas o costosas y por lo tanto se sigue gestionando de forma inadecuada.



Imágen de las barras de combustibles en el Reactor Breazeale del Estado de Pensylvania. La luz azul que rodea al combustible es conocido como Radiación Cherenkov, se produce cuando las partículas cargadas viajan a través de la materia (en este caso, agua) a una velocidad mayor a la de la luz.

Fuentes:
www.wikipedia.org
http://www.fecyt.es/especiales/residuos/6.htm
http://www.wipp.energy.gov/
http://www.laneta.apc.org/emis/sustanci/confinam/wipp.htm
http://infoserve.sandia.gov/sand_doc/1992/921382.pdf