Trabajo Práctico de Química

 

 

 

Tema: Eliminación de residuos nucleares

 

 

 

 

Asignatura:

 

Quimica 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Una de las características que distinguen a la energía nuclear de todas las demás formas de energía es que el combustible, una vez quemado, no desaparece completamente, sino que quedan lo que se llaman “cenizas” de la fisión nuclear. Como vamos a explicar, en la planta de regeneración el uranio y el plutonio son recuperados, quedando como residuos una serie de isótopos altamente radiactivos, que no pueden usarse para nada ni tampoco echarse sin proyección adecuada en un vertedero, dado su alto grado de peligrosidad.

El asunto de los residuos nucleares es uno de los problemas más preocupantes a los que debe hacer frente la industria nuclear. Las cantidades de residuos no son muy grandes, pero contienen radioisótopos que pueden tardar varios cientos de años en alcanzar un nivel de radiación sin peligro para la humanidad. Durante este período debe prevenirse la posibilidad de que se produzcan escapes.

 

1.    ¿Cómo se forman los residuos nucleares ?

        Los reactores de agua ligera necesitan para funcionar uranio enriquecido, es decir uranio natural que contienen uranio 235 en una proporción de un 3%. En efecto, el uranio natural no contiene más que un 0,7% de uranio 235, ya que el resto está constituido en su casi totalidad por uranio 238.

        Después de permanecer tres años en el compartimiento central del reactor, el combustible está ya agotado y no puede continuar asegurando el funcionamiento de aquel. Por lo tanto se procede entonces a extraer el combustible agotado. Pero este combustible contiene todavía un resto de uranio 235 que no ha sido fisionado, en una proporción del 1% contiene también productos de fisión muy radiactivos y además, factor muy importante, los neutrones que han circulado por el interior del combustible han transformado una parte del isótopo no fisionable U - 238 en un nuevo elemento, el plutonio, y uno de los isótopos de plutonio, el Pu - 239, es tan susceptible de fisión como el U - 235. Puede, por tanto, utilizarse en las armas nucleares o como combustible para reactores nucleares.

        ¿Cómo se forma el plutonio?

        El Uranio 238 atrapa un neutrón y forma uranio 239. El Uranio 239 emite una partícula ߯ y se forma el Neptunio 239 (cuyo período de semidesintegración es de 2,3 días). El Neptunio emite una partícula ߯ y se forma el plutonio 238; y uno de los isótopos del Plutonio, el 239 se puede fisionar atrapando un neutrón.

        Luego se produce una regeneración, mediante un proceso químico controlado a distancia y protegido baja una capa de hormigón. Los elementos de combustible se disuelven en ácido cítrico y se separan químicamente en tres fracciones: la primera contiene uranio, la segunda plutonio, y la tercera parte los residuos de la reacción de fisión, que son venenosos y muy radiactivos.

        El uranio regenerado, que representa alrededor de un 98 % de los productos de fisión, se devuelve a la planta de fabricación de combustible para incorporarlo a nuevos elementos de combustible.

        La pequeña cantidad de plutonio recuperado, alrededor de un 1%, queda de momento almacenada, pero puede llegar un día en que sea preciso utilizarla como combustible para un reactor. Los residuos ( la tercera fracción), altamente peligrosos, deben almacenarse en lugares perfectamente seguros durante varios siglos.

 

2. ¿Qué tipo de residuos contaminantes resultan de la energía nuclear ?

        Existen tres tipos de residuos:

·       Residuos “de alta” (los residuos más radiactivos y durables) que provienen del combustible nuclear quemado. Son los menos abundantes, pero incluyen átomos sumamente peligrosos desde el punto de vista biológico, y no sólo por su gran emisión de energía o su larga duración, sino porque se fijan al tejido vivo y lo irradian "desde adentro".

·       Residuos “de baja” suelen provenir de la medicina nuclear, especialmente de la industria del diagnóstico.

·       Residuos “de media” generalmente salen de las resinas que se usan para filtrar el agua circulante en las centrales nucleares.

 

3. ¿Cómo se almacenan los residuos?

El almacenamiento en seco de los elementos combustibles gastados (denominados comúnmente quemados por asimilación a los combustibles fósiles después de su combustión) es una de las dos alternativas existentes para almacenarlos. La otra es la vía húmeda, que consiste en piletas con agua en circulación en las que se los sumergen, colocados en bastidores (perchas) o dentro de recipientes.

En seco, los combustibles gastados son acumulados sin necesidad de agua, para su refrigeración. En este caso, el medio es un gas inerte o aire, y la transferencia de calor ocurre por convección natural. Es un medio de refrigeración, que no necesita prácticamente ningún mantenimiento.

En las zonas en donde se almacenan los residuos en seco, debe haber nula o baja sismicidad, debe ser una zona poco poblada y de formaciones geológicas secas.

Elementos combustibles quemados hace tiempo, con más de 6 años de residencia en piletas junto al reactor, son depositados en cofres estancos y estos -a su vez - almacenados en cámaras (silos), de hormigón armado reforzado, todo dentro de los límites de la central nuclear.

Las paredes de los silos, de 85 cm de espesor, absorben la radiación y el calor que emiten los elementos combustibles quemados en su decaimiento.

 

 

¿Qué se hace en la Argentina para almacenar los residuos nucleares? ¿Por qué se eligió a Gastre, como supuesto reservorio nuclear? ¿Qué se hace en los demás países?

        Los elementos combustibles quemados de una central nuclear, una vez descargados del reactor, son almacenados en piletas bajo agua para su decaimiento radiactivo y enfriamiento, puesto que tienen alta actividad. Luego de un cierto tiempo, pueden permanecer en esas piletas, como en Atucha I, o ser almacenados dentro de contenedores estancos de acero inoxidable en silos especiales de hormigón, como está sucediendo en Embalse. En ambos casos, se trata de almacenamientos transitorios, hasta que nuestro país decida su destino posterior. Las piletas y los silos mencionados están dentro de cada central nuclear, en zonas de total seguridad. Esta práctica es empleada en todos los países comprometidos con la actividad nuclear. Los elementos combustibles quemados podrán permanecer así hasta que la evolución de la tecnología y de los requerimientos energéticos determine cuál es el camino posterior más indicado; no debe olvidarse que representan un valioso recurso potencial, por contener plutonio que puede ser el combustible para una nueva generación de reactores.

En Argentina se almacenan los residuos de baja y media en lugares especialmente diseñados dentro del predio de las centrales y en una zona próxima a Ezeiza ( se los coloca en un tambor metálico que contiene los residuos inmovilizados en cemento, donde deben estar 200 o 300 años; y los de alta actividad quedan almacenados bajo agua en las instalaciones que cuanta la central (piletas de decaimiento)

        Nuestro país tiene en operación un repositorio para residuos de baja actividad y en estudio uno para residuos de media actividad. En la década pasada, se comenzó a estudiar el probable emplazamiento de un repositorio geológico para residuos de alta actividad. Después de un relevamiento en todo nuestro territorio, se decidió que Gastre (Chubut), por sus características, podría ser uno de los lugares apropiados, hasta que en agosto de 1993 el proyecto fue oficialmente descartado por la CNEA.

Lo que se había pensado hacer en Gastre era lo siguiente: a medio kilómetro de profundidad, los desechos bajarían disueltos en vidrio (para evitar que se puedan mezclar con el agua subterránea). Las "tortas" vitreas resultantes serían encapsuladas en recipientes herméticos y sucesivos de acero inoxidable, cobre y plomo, a su vez estarían rodeados de miles de metros cúbicos de una arcilla químicamente capaz de atrapar e inmovilizar los átomos radiactivos que logren burlar todo ese encierro.

Este sistema de cajas dentro de cajas dentro de cajas está pensado para durar milenios sin alteraciones, hasta que la mayor parte de los átomos radiactivos hayan decaído y perdido su peligrosidad.

 

En los demás países, los residuos se almacenan en diferentes depósitos como en Alemania, en una mina de sal abandonada, o en E.U.A. en un desierto .

Hay países que están construyendo depósitos especiales. Ellos son  Bélgica, Canadá, Finlandia, Francia, Alemania, Japón, España, Suecia, Suiza, el Reino Unido y los Estados Unidos.

        Suecia acaba de habilitar una caverna artificial cavada bajo el mar en Forsmark, pero sólo para residuos "de baja" y "de media"

 

4 . ¿Qué proyectos hay  para almacenar o eliminar los residuos nucleares?

       

4 . 1  )   La Comisión de Conservación de Recursos Naturales de Texas (TNRCC) anunció el primero de abril de 1997 que había recomendado se otorgue autorización para instalar un cementerio de residuos nucleares en Sierra Blanca, Texas, a 128 kms. al sureste de El Paso y a 25 kms. del Río Bravo. De acuerdo con el permiso provisional que se expidió, la propuesta que presentó la Comisión de Evacuación de Desechos de Baja Radioactividad cumple los requisitos de la TNRCC para el otorgamiento de la licencia. Sin embargo la decisión definitiva sobre el permiso no se tomará sino hasta después de celebrar dos audiencias públicas. La TNRCC permitirá los comentarios de personas que pueden demostrar que el confinamiento les perjudicará.

En el cementerio se almacenarían residuos de baja radioactividad generados por la industria nuclear del estado de Texas.

Desde el inicio, el proyecto suscitó la oposición de organizaciones comunitarias y gobiernos municipales de ambos lados de la frontera. Ya que se podría producir una fuga de radioactividad (está ubicada sobre una falla geológica donde se produjeron terremotos muy destructivos)

Los opositores del proyecto también alegan que éste constituye una violación del Convenio de La Paz, en el cual el gobierno estadounidense y el mexicano se comprometen a impedir que surjan nuevas fuentes de contaminación dentro de una distancia de 97 kms. de sus fronteras internacionales.

La Alianza Internacional Ambiental del Bravo y las agrupaciones que la integran han concentrado gran parte de sus actividades de organización del lado mexicano de la frontera, donde han informado a los ciudadanos acerca de los peligros del cementerio. El elemento clave para lograr un rechazo al proyecto es la oposición constante por parte de México. El ayuntamiento de Ciudad Juárez y los congresos estatales de Coahuila y Chihuahua han aprobado resoluciones que expresan su oposición al cementerio, y el Congreso de la Unión ha integrado una comisión para que estudie el asunto.

 

4 . 2   ¿Es posible apresurar la degradación de los materiales radiactivos y así disminuir su peligrosidad?

Sí, es posible.  Ese proceso se llama "quemado de actínidos". Se logra irradiando esos materiales peligrosos con protones o neutrones. Los núcleos radiactivos absorben las partículas y transmutan a isótopos de decaimiento más rápido, convirtiendo "residuos de alta" - miles de años - en "residuo de media" - cientos de años. Pero, la limitación es económica: con la tecnología actual, es muy caro porque consume mucha energía. Hay líneas de investigación en marcha para mejorar el proceso; por ejemplo, se trabaja con ciertas energías particulares - resonancias - donde se incrementa notablemente la probabilidad de que las partículas sean absorbidas.

 

4 . 3  Energía sin riesgo

Carlo Rubbia desarrolló un amplificador para crear una fuente de energía que es segura y que podría quemar las reservas mundiales de plutonio y la basura nuclear. El amplificador funciona de la siguiente manera: un rayo de protón es disparado desde un ciclotrón dentro del reactor. El rayo es derivado hacia el corazón del reactor, donde ataca bloques de  combustible thorium mezclado con los residuos nucleares. La mezcla se desintegra creando temperaturas que derriten el plomo, el cual, a su vez, enciende las turbinas generadoras de electricidad.

Este tipo de reactor se ve incapacitado de producir plutonio, lo que reduciría la disponibilidad de este elemento para uso bélico, y como si esto fuera poco, estaría en condiciones de generar electricidad de cerca de 250 megavatios anuales. Una cifra similar a la de muchas plantas hidroeléctricas.

Según Rubbia es único inconveniente por el momento es encontrar un buen refrigerante adecuado, ya que hasta ahora trabajó con plomo derretido pero hay varios aspectos de su comportamientos que no lo convencen.

Ver lámina

 

4 . 4 Hay un proyecto aprobado en 1982 por el Congreso estadounidense, que consiste que el combustible nuclear usado se incorpore a bloques de vidrio que  se empaquen en contenedores metálicos resistentes a la corrosión y después se entierren en alguna formación rocosa estable y profunda. Ver lámina

 

4 .  5  Algunas propuestas:  Ver lámina

·       Hundir los desechos nucleares en los hielos polares, pero se conocen mal los desplazamientos de éstos a largo plazo.

·       Se podrían disponer los residuos en estratos submarinos en vías de sedimentación o de hundimiento bajo la plataforma continental

·       Se podrían mandar los residuos al espacio. Desde el punto de vista ecónomico, es inimaginable esa solución con las actuales tecnologías espaciales. Todavía se habla de cientos de dólares para cada kilogramo de carga puesto en órbita. Además, nadie puede asegurar la confiabilidad absoluta de los lanzamientos con cargas peligrosas. Otra razón es que no se los quiere lanzar al espacio, porque en el futuro,  se los podría utilizar como fuente de energía.

·       Existe la posibilidad de usar los desechos nucleares como fuente de radiación para aplicaciones radioisotópicas en agricultura e industria.; es decir, que el combustible usado no debería considerarse desecho nuclear. El mismo tendría la forma de pequeñas esferas que pueden utilizarse adecuadamente como fuente de radiación para uso directo en radioterapia, irradiación de alimentos(*) y aplicaciones industriales.

     (*): Esta posibilidad de uso es cuestionable ya que la irradiación de alimentos puede alterar algunos

    de sus componentes.

 

4.   ¿Existen leyes relacionadas con este tema?

Por ahora, la actividad nuclear en la Argentina esta regida por el Decreto - Ley 22.498/56, ratificado por Ley 14.467/56, más el Decreto 1.540, de agosto de 1994, que dividió la Comisión Nacional de Energía Atómica en tres.

La CNEA quedo a cargo de la investigación y el desarrollo de nuevas tecnologías, el ENREN (Ente Regulador Nuclear) asumió el control de la seguridad de todas las actividades nucleares y Nucleoeléctrica Argentina, a ser transferida a la actividad privada, se encarga del funcionamiento de las centrales.

Mientras tanto, el Congreso está tratando una nueva Ley Nuclear, para darle un marco jurídico completo al proceso de privatización en marcha. Por otra parte, para cubrir el vacío legislativo que se creo a partir de la exclusión de los residuos radiactivos de la Ley 24.051, de Residuos Peligrosos, la diputada Mabel Muller presentó un proyecto de ley que regula su gestión en todo el país, incluyendo el problema de los subproductos de la medicina nuclear, que también está recorriendo su camino parlamentario.

 

 

 

 

Bibliografía utilizada:

 

·       S. Zumdawl..  Fundamentos de Química. Editorial Mc Graw Hiel, México, 1992.

·       Folleto de la Central Nuclear Atucha

·       Comentarios del señor Fonseca, jefe de relaciones públicas de la C. N. A.

·       Diario La Nación del día                                        de 1997.

·       Nigel Hawkes. Energía Nuclear, Plaza & Janés, S.A. Editores, España 1980

·       Páginas electrónicas en Internet:

1.    de la CNEA,

2.    Artículo aparecido en el Diario "Clarín", pág. 14, segunda sección, el domingo 23 de junio de 1996.

3.    BorderLines 23 (Volumen 4, Número 4, Abril 1996)   

 

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