Residus radioactius per als nostres hereus

1999/11/01 Plazaola, Fernando Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Ingurumena
• Energia

En l'actualitat gran part de l'energia elèctrica s'obté a través de l'energia nuclear. En alguns estats occidentals, França, Finlàndia, Suècia, Suïssa... més del 50% de l'electricitat procedeix de centrals nuclears. A més, alguns dels estats esmentats no tenen cap tradició militar.

Igual que la majoria de les coses, l'energia nuclear té els seus avantatges i inconvenients, però en aquest treball no es discutirà la necessitat d'utilitzar o rebutjar l'energia nuclear, es parlarà dels residus radioactius que es generen en les reaccions nuclears de fissió, especialment en les actuals centrals nuclears. És clar, sens dubte, que, tant des del punt de vista de les centrals nuclears com de les centrals nuclears, el problema dels residus nuclears és greu. No sols pels residus nuclears que es poden generar, sinó perquè els generats fins ara ja s'han convertit en un problema. Aquí s'analitzarà el problema dels residus nuclears.

El residu radioactiu, o nuclear, és una matèria constituïda per àtoms inestables que es converteixen en àtoms estables emetent radiació ionitzant (radiació alfa, beta o gamma) sense ús pràctic. Els residus nuclears se subdivideixen, però la classificació estatal canvia. La següent figura és la utilitzada als Estats Units:

1. Residus d'alta activitat (HLW, High Level Waste). Entre aquests residus es troben els productes de fissió procedents de reaccions nuclears de fissió. Aquests es troben en elements químics situats entre 1-65 i 81-96 i en alguns casos en els isòtops de cada element químic. Els productes d'aquestes reaccions de fissió són més de 200. Una vegada esgotat l'aliment s'emporta a reprocessar des de diverses centrals, com la francesa de l'Hague, per a obtenir plutoni i urani enriquit, de manera que pugui ser reutilitzat en centrals nuclears i/o explosius nuclears. En el reprocessament els residus de fissió apareixen barrejats amb residus d'alta toxicitat química, que també són residus d'aquest tipus. Fora de les centrals nuclears comercials, sense oblidar França i el Regne Unit, especialment als EUA i l'antiga Unió Soviètica, durant anys la indústria d'armes nuclears ha generat nombrosos residus de gran activitat.
2. Residus Transurànics (TRU, TRansUranic waste). Aquesta secció de residus s'utilitza únicament als EUA. Al Regne Unit, per part seva, es defineix una categoria de mitja activitat per a considerar aquests residus, encara que aquest nom no és molt apropiat en alguns Estats que defineixen coses diferents mitjançant aquest nom. El nombre atòmic dels residus d'aquesta categoria ha de ser superior a 92 i a més l'activitat per gram de residu ha de superar els 100 nanocuries. Aquests residus solen ser alfa-emissors i poden tenir una vida molt llarga, en alguns casos milions d'anys. Molts d'aquests residus es generen en el processament i reprocessament del plutoni per a armes nuclears i de l'urani enriquit.
3. Residus de baixa activitat (LLW, Low Level Waste). Aquest tipus de residus està constituït pels residus de radioisòtops utilitzats en medicina nuclear, laboratoris de recerca, indústries diverses (papereres, siderúrgiques...). També s'inclouen alguns productes utilitzats en centrals nuclears (filtres, equips contaminats, roba, etc.). La majoria dels residus són de baixa activitat i, en general, estan constituïts per isòtops radioactius de curta vida. En altres paraules, els residus que no es poden classificar en els apartats anteriors són residus de baixa activitat. Aquests residus són els més abundants i només als EUA es preveu que per a l'any 2030 aquest tipus de residus aconsegueixin els 5 milions de m³. Aquests residus se situen en dipòsits superficials, o pròxims a la superfície, encara que en alguns llocs es concentren en antigues mines. A Espanya, França i el Japó existeixen moderadament nous dipòsits superficials d'aquest tipus, la construcció i les proteccions del qual són més sofisticades que els que s'han enterrat fa anys a França, Regne Unit, Unió Soviètica i els Estats Units. Mentre que a Txèquia i Alemanya aquest tipus de residus es localitzen en antigues mines, a Suècia i Finlàndia s'han realitzat construccions especials per a la ubicació d'aquests residus.

Una vegada plens els magatzems, es tanquen i es mantenen sota control fins que es destrueixi la radioactivitat, és a dir, entre 200 i 300 anys. Encara que el debat sobre aquests residus no és mínim, el problema és molt de menor que el d'altres residus. De fet, el que es realitza amb aquests residus té un ampli consens en la comunitat científica. A més, el risc d'aquests residus és molt de menor que el dels altres dos.

El problema d'altres tipus de residus esmentats, especialment els residus d'alta activitat, és més greu. La pregunta és Què fer amb els residus radioactius d'alta activitat? En l'actualitat la major part d'aquest tipus de residus es troben dipositats en cubes en els tancs situats al costat de cada central nuclear. Aquests residus, en desintegrar-se i/o fisionarse, alliberen molta energia i en gran part es converteixen en calor. D'aquesta forma, la ubicació dels tancs produeix un refredament de les cubes i, a més, l'aigua dels tancs actua com a protecció biològica respecte a la radiació que travessa la cuba, especialment la radiació gamma. Aquestes cubes són de disseny especial i els residus que se situen en elles han d'estar ben classificats i mesurats perquè els residus acumulats es trobin lluny de la massa crítica. No obstant això, en alguns estats, com els EUA i Bèlgica, les cubes també se situen en llocs secs, sense entrar en tancs (la temperatura superficial de les cubes situades en terra pot rondar els 160 °C). En general, aquests residus d'alta activitat han d'estar aïllats durant un temps molt llarg, fins que el nombre de nuclis no estables sigui menyspreable, és a dir, fins que la major part dels residus s'estabilitzin. En cas contrari, arribar als éssers humans pot causar grans danys. Aquest període d'aïllament pot ser de centenars de milers d'anys, degut a la llarga vida mitjana de molts productes de fissió que es produeixen en reaccions de fissió.

El terme aïllament s'entén molt bé, però l'aïllament mil·lenari es fa en certa manera incomprensible, ja que per a això cal parlar en paràmetres temporals a mesura de l'existència humana. A més, és conegut que els tresors de les piràmides egípcies, malgrat estar tan ben guardats, no van romandre massa temps en aquesta situació. A més, qui sap què passaran les civilitzacions actuals en terminis molt més curts... No és possible escurçar aquest període tan llarg d'aïllament? No és possible que aquests nuclis inestables de mitjana-llarga vida que emeten radioactivitat es converteixin en nuclis estables o de curta vida?

La reacció o successió de reaccions que es descriuen en les preguntes anteriors es coneix com a transmutació i en les últimes dècades s'ha treballat intensament en la cerca de mètodes d'alt rendiment per a la distribució i transmutació de nuclis de llarga vida. Les bases científiques són molt conegudes, per exemple 99Tc, un producte de fissió de llarga vida amb un neutre que es depredarà fins a convertir-se en un isòtop 100Tc i que, de fet, mitjançant la desintegració beta, es converteix en un element Ru de major massa, mitjançant la depredació de dos neutrons més a 102 Ru estable. No obstant això, en les transmutacions dels nuclis de llarga vida en general intervenen diversos processos i arribar a un nucli estable no té per què ser tasca fàcil.

Els problemes de la transmutació són tant tècnics com econòmics. Des del punt de vista tècnic, en l'actualitat és possible transmutar amb alt rendiment els nuclis de llarga vida. No obstant això, molts dels radionucleidos apareixen barrejats en concentracions baixes i amb altres elements químics i isòtops radioactius. Són necessaris processos de distribució molt complexos per a distribuir els radioisòtops o grups individuals i reduir la seva concentració per transmutació a nivells acceptables. Això resulta molt difícil per a materials reprocessats. Des del punt de vista econòmic, les transmutacions a nivell comercial requeririen grans infraestructures de distribució i reactors. Els reactors poden ser tant crítics com subcrítics, guiats per acceleradors. Suposant que els productes de fissió i els transurànics podrien separar-se fàcilment, només un petit percentatge anual podria ser transmutado eficaçment.

Per tant, el procés de transmutació de residus de llarga vida trigaria diverses dècades i es necessitarien diverses generacions de reactors. Si la distribució fora senzilla, les coses serien així, i se sap que un dels majors obstacles de tot aquest procés està en el repartiment. El director de Gestió de Residus Radioactius dels EUA, Crowley, assegura que "encara es necessiten dècades per a saber si els volums de residus existents, i els que es produiran en el futur, poden ser objecte d'una transmutació pràctica a costos acceptables. Avui dia això és impossible i el tècnicament avançat per a la gestió dels residus i l'únic mètode econòmicament combatible és aïllar els residus en capes geològiques profundes definitives."

Ja en 1957 els científics es van adonar que en estructures geològiques estables de fons era convenient conservar els residus de llarga vida aïllats per sempre. I aquest és el procediment que es proposa actualment com a solució. Els contraris a aquest procediment afirmen que aquesta solució és barata i que s'ha tingut en compte per a mantenir els residus lluny del lloc i del pensament. Els partidaris, per part seva, consideren que aquesta solució és una conseqüència lògica de la disminució en el temps de la radioactivitat, ja que amb el temps es va reduint la toxicitat radioactiva dels residus.

Per tant, els partidaris d'aquesta solució han investigat profundes estructures geològiques amb una estabilitat de centenars de milers d'anys. No obstant això, encara no existeix un magatzem d'aquest tipus en funcionament i els Estats amb programes més avançats, Suècia i els EUA no preveuen que en els pròxims deu anys els residus d'alta activitat comencin a situar-se en aquesta mena d'emplaçaments. La majoria dels Estats no preveu aquesta solució fins a mitjan segle pròxim.

Això significa que tots els residus d'alta activitat es troben en ubicacions provisionals. La ubicació provisional és un concepte important, ja que, abans d'aïllar els residus en estructures geològiques de fons, són necessaris magatzems provisionals perquè els residus es refredin durant dècades, reduint en gran manera l'activitat dels nuclis de curta vida. Alguns podrien dir que els magatzems definitius no estan preparats, ja que en la majoria dels Estats encara no existeixen residus suficients d'aquest tipus per a la seva ubicació definitiva (excepte als EUA, on es troben la quarta part de totes les centrals nuclears del món). No obstant això, aquest no és l'únic motiu pel qual els residus romanen en els llocs provisionals, uns altres són de gran importància: a) el desenvolupament i la benevolència de la tecnologia per a la seva ubicació definitiva s'ha produït més lentament del que es pensava —fins i tot en la comunitat cientificotècnica—, b) la selecció i caracterització de l'emplaçament s'ha fet més complexa del que s'esperava (la llei estatunidenca exigeix que el risc després de 10.000 anys sigui menyspreable) i la resposta a aquests projectes poc calibre enfront d'uns altres molt importants) i no gaire ben calibrats. En els últims anys s'ha treballat a nivell internacional per a fer front a la resposta del públic i després de diverses reunions d'experts s'ha consensuat un informe per a la gestió dels residus radioactius, amb la finalitat que els Estats el signin.

A pesar que la ubicació en profunditat dels residus ha estat proposta fa més de 40 anys, i per exemple els "National Academy of Sciences" dels EUA consideren que aquesta és la millor solució per als residus radioactius, en la comunitat cientificotècnica sempre ha existit una alternativa contrària a aquesta solució, argumentant que no és possible trobar un dipòsit segur de fons definitiu o, almenys, dubtosos. No obstant això, els que s'oposen entre científics i tècnics són minoritaris, ja que la ubicació en profunditat dels residus és la solució més acceptada.

Aquesta solució consisteix a tancar definitivament el magatzem una vegada ple i evitar la possibilitat de recuperació de les seves restes mitjançant enterrament. Segons els partidaris d'aquesta solució, si existeix una solució clara per als residus d'alta activitat, la qual cosa s'ha de fer és localitzar els llocs adequats i realitzar estudis i caracteritzacions per a aïllar els residus correctament durant milers d'anys sense riscos potencials.

En els últims anys, una altra de les idees que s'ha estès és la de mantenir la superfície de la terra sota control en lloc d'enterrar els residus per sempre en profunditat. Per a molts aquesta proposta és molt atractiva perquè: a) els problemes polítics i sociològics que genera la ubicació de l'emplaçament es retarden, és a dir, es deixen en mans de les generacions futures, b) la construcció i manteniment dels magatzems corresponents als productors de residus, de molt alt cost, es deixen per al futur c) no hi ha problemes de seguretat a curt termini, ja que hi ha tecnologia per a controlar aquest tipus de residus i està demostrada sens dubte. Segons aquesta proposta, la resposta al problema es retarda fins a aconseguir una "solució perfecta", que és si existeix. A més, els investigadors disposaran de més temps i diners per a investigar. És clar que si seguim aquest camí, el contrari de la tecnologia nuclear, sens dubte, pot afirmar que el problema dels residus d'alta activitat segueix sense resoldre's. Aquest debat, el de soterrar els residus o mantenir-los sota control en superfície, va ser el que es va posar de manifest quan l'any passat es va estudiar la gestió dels residus radioactius en el parlament francès.

Els rivals de mantenir els residus sota control en superfície, des d'un punt de vista ètic, afirmen que les generacions actuals són les que utilitzen l'avantatge de l'energia nuclear, per la qual cosa han de ser elles les responsables dels potencials danys i no les generacions esdevenidores. Com he esmentat anteriorment, és clar que si es mantenen els residus en la superfície, el problema no està resolt, es retarda. Però, en contra d'aquest argument ètic, més que deixar un magatzem enterrat i tancat, és millor deixar opcions a les generacions futures perquè ells decideixin, és a dir, que encara no cal prendre decisions irreversibles, com a Suècia. Recentment, Holanda ha descartat la possibilitat de magatzems definitius en profunditat en la seva legislació. En la resta d'Estats també existeixen pressions importants perquè es tingui en compte la recuperació dels residus, és a dir, perquè l'emmagatzematge en profunditat pugui ser recuperat en lloc de tancar-se quan estigui ple. Entre ells es troben França, Regne Unit, Suècia, Suïssa i el Canadà. En aquests Estats s'està estudiant si la recuperació, el control i el manteniment a llarg termini s'ajusten a l'objectiu de seguretat que ha de complir-se sense ser desproporcionada, ja que existeix la preocupació que l'aïllament que produeix l'enterrament en profunditat del magatzem no impossibiliti la seva recuperació.

No obstant això, a pesar que la planificació per a la ubicació definitiva en profunditat dels residus d'alta activitat és una de les més desenvolupades als EUA, aquesta planificació també està molt avançada en alguns estats en els quals les condicions legals i polítiques són molt exigents, com és el cas de Suècia. En els anys 70 el programa nuclear suec es va limitar fins a assegurar un aïllament segur dels residus. Així va sorgir el projecte KBS-3, en el qual actualment Suècia és el líder en la gestió de residus en diferents àmbits. Durant l'any 2008 es pot posar en marxa la primera fase del magatzem i s'omplirà una cuba del dia. El pes de cada barril serà de 25 tones, amb una quantitat de residus d'alta activitat de 2 tones. Això sí, aquests residus s'anaven a refredar durant almenys 25 anys abans del seu tonatge en un altre lloc provisional. En el cas dels suecs, no és clar si després d'omplir aquest magatzem es tancarà per sempre.

Probablement dos dipòsits en profunditat que tancaran s'estan construint als EUA, un en la muntanya Yucca1 per a aïllar residus d'alta activitat i un altre en el magatzem WIPP2 per a aïllar residus transurànics. El magatzem de muntanya Yucca està en construcció en l'estat de Nevada, a 160 km de Las Vegas. El magatzem WIPP està situat en Nou Mèxic, prop de la ciutat de Carlsband.

A pesar que encara no s'ha executat íntegrament, la longitud dels túnels de la cel·la de la Muntanya Yucca serà de 250 km i 80.000 tones se situaran en cubes de residus d'alta activitat. Una vegada tancat, la calor màxima que produiran els residus serà de 160 °C (als 50 anys del seu tancament) i la roca ambiental estarà molt més seca del que està actualment. No obstant això, passats centenars de milers o milions d'anys, la cuba destruirà les corrosió i els residus interns s'escaparan. L'objectiu de la cel·la de muntanya Yucca és mantenir els residus completament aïllats durant 10.000 anys, tal com exigeix la legislació estatunidenca.

Segons els seus càlculs, des del punt de vista de la salut, el risc que pot existir una vegada passat aquest període seria similar al que tindria una ubicació natural d'urani de la mateixa grandària. Els més perillosos dels més de 200 nuclis que se situaran són aquells de llarga vida, solubles en aigua i que no solen ser absorbits en roques i sòl. Entre els més perillosos de la muntanya Yucca es troben C-14, Cloro36, Cesi-135, Neptuni-237, Iode-129, Kurio-245 i Teknezio-99. L'aïllament i seguretat d'aquests isòtops és molt important. Les preocupacions sobre si aquests isòtops duraran prou llarg aïllat vénen de diferents llocs: 1) Què passaria si dins de 7.000 anys la gent excavés la muntanya? 2) En cas de terratrèmols o accions volcàniques? 3) No obstant això, el que més pànic provoca és l'hidrològic. La muntanya Yucca és un desert (15 cm de precipitació a l'any), i encara que la major part de la pluja s'evapora ràpidament, l'aigua, encara que molt poc, pot penetrar a l'interior a través de les esquerdes del sòl. Això podria avançar en la corrosió intrínseca de les cubes durant milers d'anys, i l'aigua arrossegaria els isòtops radioactius dissolts en elles uns 300 m per sota i els eliminaria juntament amb l'aigua d'aquest. Aquesta és la possibilitat més estudiada en els dos magatzems a dalt esmentats. No obstant això, analitzant les possibilitats, les anàlisis científiques indiquen que deu mil anys després del tancament del magatzem el nombre de radioisòtops que podrien escapar d'aquest aigua pot ser molt petit, menor que el que es pot trobar en les diferents fonts que consumim actualment.