Spain

El mundo necesita mucha energía. Los desarrollos tecnológicos actuales obligan a aumentar nuestra producción energética. Los datos demuestran que cuando crece el PIB, aumenta la producción de energía y el consumo de energía per capita mayor es también la longevidad de la población. La forma mas habitual de producir energía es la combustión de materiales fósiles (madera, carbón, petróleo, gas natural), pero estos recursos naturales son limitados y o bien corremos el riesgo de agotarlos o de que aumenten su precio hasta ser prohibitivos. Según las estimaciones actuales esto ocurrirá en los próximos 50 a 100 años. Tarde o temprano necesitaremos de otras formas de energía. ¿Puede la energía nuclear tener la solución?

Todos los recursos naturales, como la energía geotérmica, la eólica o la solar..., conllevan altos costes. Además, en algunas ocasiones el propio carácter intermitente de estos recursos (por ejemplo la energía eólica y solar), necesita de soluciones de repuesto fiables. La energía hidráulica es una fuente de energía importante y muy económica y podría ser por tanto una de esas soluciones de repuesto. Sin embargo, en muchos países este tipo de recursos es limitado y explotado en algunos casos hasta su agotamiento.

Reservas de garantizadas (en años)
para carbón (coal), petróleo (oil) y gas.

Contamos con una gran fuente de energía, altamente eficiente (¡mucho mas que cualquiera de las otras!) - la energía nuclear. Actualmente, alrededor del 16% de la energía eléctrica producida en el mundo es de origen nuclear. Esta fuente de energía podría cubrir nuestras necesidades energéticas durante los próximos milenios. Se estima que los reactores reproductores (de inglés "breeder"), capaces de generar material fisible, podrían garantizar la producción de energía ¡hasta varios miles de millones de años! El coste total asociado a la producción de energía eléctrica a partir de centrales nucleares está entre los mas bajos, incluyendo el coste de los sistemas de seguridad, protección frente a la no proliferación de material fisible, previsión de los gastos de desmantelamiento de centrales y gestión y tratamiento de residuos.

La producción de energía de origen nuclear no contamina el medioambiente ni contribuye al calentamiento global del planeta. Sería un derroche de medios desaprovecharla. Evidentemente, hay que utilizarla con las mayores garantías de seguridad posibles. 22 toneladas de uranio utilizado para producción de electricidad evitan la emisión de un millón de toneladas de dióxido de carbono, que a su vez equivalen a la misma cantidad de carbón.

Existen riesgos asociados a posibles fallos técnicos importantes en un reactor, la emisión de radiación ionizante, el tratamiento de residuos nucleares y la proliferación de material fisible. La evaluación de estos riesgos es tarea compleja, ya que no entran dentro de la categoría de riesgos “voluntarios”. Para hacernos una idea podemos comparar el número de “muertes por energía eléctrica producida”. La minería del carbón tradicional o las explotaciones de crudo, así como la importante contaminación del aire debida al uso de combustibles fósiles, suponen un riesgo hasta 40 veces mayor que los asociados a la industria nuclear (incluyendo desde la minería del uranio hasta posibles accidentes en centrales nucleares). Un accidente en una planta química puede provocar la muerte de miles de personas, mientras que en el peor accidente en la historia de la energía nuclear, Chernobyl, costó la vida de 31 personas, 28 de las cuales se debieron a las grandes dosis de radiación recibida. El riesgo asociado al programa nuclear en EEUU equivale a aumentar el limite de velocidad en carretera de 80 km/h a 81 km/h

La gráfica de la izquierda ilustra el riesgo relativo (medido en muertes por TWh producido) para varias fuentes de energía: (Créditos de la imagen: www.adamsmith.org)

En el todavía reciente accidente de la planta nuclear de Fukushima se produjo un vertido masivo de material radiactivo al medioambiente. No se produjo ninguna muerte inmediata por excesiva radiación, pero los expertos predicen que esto se traducirá en un aumento significativo de los casos de cáncer de la población local en los próximos 50 años.

Sabemos que la fisión produce núcleos radiactivos. La cantidad de neutrones del uranio (143 a 146) excede sobradamente su número de protones (92), lo que convierte a este elemento en muy estable (el tiempo de vida del 238U es 4.5 billones de años, y el del 235U de 1.3 billones de años). En núcleos más ligeros, la proporción de neutrones a protones necesaria para garantizar la estabilidad es mucho menor. Así, cuando el núcleo se divide en dos tras la fisión, el número de neutrones en cada fragmento es mayor que el necesario para que sea estable. Con otras palabras, los fragmentos de fisión son inestables, o radiactivos, y muchos de ellos tienen tiempos de vida largos.

Junto con los fragmentos de fisión, se producen elementos transuránicos producidos a partir de la captura de neutrones en elementos que forman el combustible. Cuando el 238U captura un neutrón rápido se forma 239Pu tras dos desintegraciones beta. Este elemento puede servir como combustible en los reactores de tipo reproductor (hablamos en este caso del ciclo del uranio-plutonio). Pero este mismo elemento, en un reactor de agua presurizada (PWR) es un residuo. Debemos tener presente que a lo largo de la explotación del reactor, los materiales de construcción que lo forman se activan (un producto de activación típico es el 60Co) y por lo tanto deben ser manipulados convenientemente.

Clasificación de los residuos nucleares:

Tipo Por volumen Por contenido radiactivo
Residuos de nivel alto 3% 95%
Residuos de nivel intermedio 7% 4%
Residuos de nivel bajo 90% 1%

Los residuos de nivel alto representan tan solo un 3% del volumen total, pero contienen el 95% de la radiactividad. Los residuos de nivel bajo representan un 90% del volumen pero tan solo contiene el 1% de la radiactividad.

Los residuos nucleares plantean serios problemas tecnológicos que deben resolverse con el fin de hacer que la energí­a nuclear sea segura para el público. A diferencia del carbón, petróleo o gas, el combustible nuclear nunca se quema por completo. Esto se debe a que, durante el proceso de "quemado", se crean núcleos que absorben fuertemente neutrones. Con el tiempo, los neutrones producidos durante la fisión serán absorbidos principalmente por productos de reacciones anteriores. La multiplicación de su número en un único acto de fisión no será suficiente para mantener la reacción en cadena. En estas condiciones los núcleos presentes no pueden servir como combustible, dando así lugar a residuos nucleares de alta actividad.

Además, las semividas de muchos de los elementos producidos en la reacción de fisión son tan prolongadas como decenas o incluso cientos de miles de años, por lo que es necesario tener especial cuidado al almacenar este tipo de residuos, debiendo hacerse de manera segura por muy, muy largo tiempo. Esto es lo que genera serios problemas sociales, políticos y regulatorios para la eliminación de estos residuos.

En los reactores de investigación, que no producen mucho combustible gastado, la forma más sencilla es almacenarlo en un tanque de agua, que suele situarse junto a la piscina del reactor. El combustible gastado se puede mantener aquí mientras lo permita la corrosión en los recipientes de combustible, por lo general alrededor de 30-40 años. Mientras tanto, la temperatura de las barras de combustible gastado se reduce y su actividad disminuye debido a procesos de desintegración natural. Se necesitan otros 40 o 50 años de almacenamiento antes de que la actividad del combustible gastado sea lo suficientemente baja como para enviarlo al almacén final de residuos nucleares.

En el caso de plantas de energía nuclear, es posible emplear métodos similares. Sin embargo, tras mantener durante algunos años el combustible gastado en el tanque de agua, el combustible se traslada a fábricas de reprocesamiento en las que puede someterse a un proceso químico para recuperar los elementos fisibles (uranio, plutonio y otros elementos transuránicos), con el fin de utilizarlos en la producción de combustible fresco para el reactor. El material restante, la mayoría en forma líquida, se vitrifica, se aloja en grandes contenedores metálicos (barriles) y se envía al almacén. Esta tecnología no está muy extendida, ya que requiere un entorno de alta tecnología. Si el combustible gastado no se reprocesa deberá almacenarse directamente, dentro de barriles metálicos apropiados que, a su vez, serán enterrados en depósitos especiales bajo tierra; por ejemplo en antiguas minas de sal, arcillas o rocas de granito.

El almacenamiento de los residuos nucleares a profundidades de 500-1000 m bajo tierra proporciona una mayor seguridad que el almacenamiento en superficie. La radiación emitida después de, digamos, un período de 1000 años, estará en el nivel de la radiación natural en los primeros 1000 m de la corteza terrestre. Por supuesto, aprender a transmutar e incinerar los residuos nucleares será de gran ayuda para facilitar la resolución de este problema. El almacenamiento en profundidad no presenta ningún peligro real para las personas que viven cerca de los lugares de almacenamiento, a menos que alguien intente accidentalmente utilizar el terreno para algún otro fin y comience a perforar. Incluso en tal caso, el peligro sería local, sin alcanzar proporciones globales.

Cuando se discute acerca de los riesgos vinculados a los residuos nucleares industriales, a menudo se olvida que la propia corteza de la Tierra contiene muchos elementos radiactivos que se difunden continuamente hacia la superficie y forman parte del fondo radiactivo natural.


Fuentes del fondo de radiación, en el sentido de las agujas del reloj: el gas radón del suelo, los edificios y el suelo, fuentes artificiales, rayos cósmicos, y comida y bebida. De las fuentes artificiales la mayor parte es por tratamiento o diagnóstico médico.

Como ilustra la figura, los residuos nucleares (que son una parte de "Nuclear power and weapons test" en ella) representan sólo una pequeña contribución a la radiación de fondo. Por ejemplo, todos los residuos radiactivos acumulados hasta el año 2000, una vez enfriados durante 500 años, tendrán una actividad equivalente a la radiactividad natural de una porción de suelo de 30 x 30 x 2 km3 (2 kilómetros es la profundidad típica de un depósito subterráneo de residuos.

El ciclo del combustible nuclear comienza con la extracción del mineral de uranio. Después el mineral se parte y muele para convertirlo en un fino polvo, que finalmente sufre un proceso químico que permite separar el uranio. Como resultado se obtiene óxido de uranio U3O8. Para poder hacer funcionar una planta de energía nuclear que general digamos unos 1000 MW de potencia eléctrica, hacen falta unas 200 toneladas anuales de U3O8.

El paso siguiente consiste en el enriquecimiento del uranio en uno de sus dos isótopos más abundantes, el 235U. Este proceso empieza convirtiendo el octoóxido de triuranio (U3O8) en hexafluoruro de uranio (UF6). Centrifugadoras de alta velocidad se emplean para separar el gas en dos partes: al quitar el 238U se consigue un flujo enriquecido en 235U, y otro empobrecido en 235U. El primero se emplea para fabricar el combustible nuclear, mientras que el segundo, el "uranio empobrecido", se puede usar en forma metálica como blindaje, por ejemplo contra la radiación gamma.

Después del quemado del combustible en un reactor nuclear, el combustible usado se almacena y puede ser o reprocesado para recuperar los elementos fisibles (235U y 239Pu) o preparado para ser almacenado de larga duración, sin reprocesar.

En la actualidad hay gran actividad investigadora para reducir en más de un factor 100 el volumen y la radiotoxicidad de los residuos de alto nivel, destinados para almacenamiento subterráneo profundo. Resulta que es posible reciclar un 97% del combustible utilizado, quedando el resto en residuos nucleares de alta actividad. El uranio que se puede recuperar con este método contiene sólo un 1% de 235U (el llamado uranio empobrecido). Además del almacenamiento geológico hay interés en tecnologías de partición y transmutación que permitirían la separación e los actínidos (en particular el Pu), los llamados actínidos menores (Np, Am y Cm) y algunos productos de fisión de vida media larga, transmutándolos en productos de corta vida media, o incluso estables.


Transporte terrestre del combustible usado en Japón
(Fuente: The Energy Library).

Contrariamente a lo que se pueda pensar el transporte del combustible usado no es peligroso. En los últimos 40 años sólo en los EE.UU. se tiene constancia de 3000 transportes de combustible usado, mediante camiones o ferrocarril, a través de más de 2.5 millones de kilómetros, sin que haya ocurrido ni un solo accidente. Tampoco en Europa ha habido accidentes durante el transporte de combustible usado. La seguridad está sobradamente garantizada por el uso de barriles metálicos (de unas 120 toneladas) durante el transporte. El espesor de las paredes es típicamente 50 cm, unas 15 veces más que la de los contenedores utilizados para el transporte de gasolina. Por cada tonelada de combustible usado se emplea típicamente tres veces más material en el contenedor y el blindaje biológico. Los contenedores están capacitados para soportar un incendio de 30 minutos y una caída sobre cemento desde 9 m de altura. ¡Hasta están construidos para soportar un choque con una avión a reacción!. En cada contenedor nunca hay más de 9 barras de combustible usado. Recientemente la construcción de los barriles se ha modificado para hacerlos resistentes a posibles ataques terroristas.

Además de los residuos nucleares producidos por los reactores nucleares y las actividades militares, pueden generarse desechos nucleares cuando se utilizan fuentes de radiación ionizante. Pueden provenir de hospitales (con dependencias de medicina nuclear y de radioterapia), de actividades de investigación en universidades e industrias, del uso industrial de las fuentes (por ejemplo en la industria del papel, en minas de uranio y carbón, en detectores de humo, etc.). En contraste con el combustible usado, estos residuos son todos de baja o media actividad y con vidas medias razonablemente cortas. Estos residuos normalmente se compactan antes de almacenarlos en contenedores especiales que impiden fugas de material radioactivo al medio ambiente.


La figura ilustra el reprocesamiento piroquímico
del combustible usado y troceado (chopped spent fuel)
en un baño electrolítico de sales fundidas (LiCl-KCl),
con un cátodo sólido y de cadmio líquido, para recuperar
productos de fisión, U y Pu.
Existen algunas alternativas al almacenamiento de larga duración de los residuos nucleares. La transmutación es un proceso por el cual se transforma mediante captura neutrónica un isótopo radiactivo de vida media larga en otro con una vida media más corta o, si es posible, estable. Por contra, la incineración es un proceso por el cual la captura neutrónica lleva a la formación de un isótopo que se desintegra a un elemento estable mediante fisión. En la actualidad se está llevando un trabajo exhaustivo para hacer ambos tipos de reacciones eficientes a escala comercial. Los sistemas basados en acelerador y el concepto del denominado amplificador de energía permiten mantener la esperanza de que los residuos nucleares acumulados hasta la fecha y los que se producirán en el futuro, podrían convertirse a desechos de vida corta, más fáciles de almacenar.