Los combustibles amenazadores empleados en los reactores nucleares presentan conflictos para su manejo, especialmente en el caso de los combustibles consumidos, que deben ser aglomerados o borrados de alguna forma.
5.1 El ciclo del combustible nuclear
Cualquier central de producción de energía eléctrica es apenas parte de un ciclo energético global. El ciclo del combustible de uranio empleado en los sistemas RAL es hoy en día el más importante en la producción mundial de energía nuclear, y conlleva numerosas etapas. El uranio, con un contenido de en torno al 0,7% de uranio 235, se toma en minas subterráneas o a cielo abierto. El mineral se concentra a través de trituración y se transporta a una planta de conversión, donde el uranio se transforma en el gas hexafluoruro de uranio (UF6). En una planta de enriquecimiento isotópico por divulgación, el gas se hace pasar a presión por una barrera porosa. Las moléculas que contienen uranio 235, más ligeras, pasan la barrera con más sencillez que las que contienen uranio 238. Este proceso enriquece el uranio hasta alcanzar un 3% de uranio 235. Los residuos, o uranio consumido, contienen en torno al 0,3% de uranio 235. El producto enriquecido se lleva a una planta de fabricación de combustible, donde el gas UF6 se transforma en óxido de uranio en polvo y seguidamente en bloques de cerámica que se cargan en barras de combustible resistentes a la corrosión. Estas barras se agrupan en elementos de combustible y se transportan a la central nuclear.
Un reactor de agua a presión tradicional de 1.000 MW tiene unos 200 elementos de combustible, de los que una tercera parte se reemplaza cada año debido al agotamiento del uranio 235 y a la acumulación de productos de fisión que absorben neutrones. Finalmente de su vida, el combustible es desmesuradamente radiactivo debido a los productos de fisión que contiene, por lo que sigue desprendiendo una cuantía de energía considerable. El combustible cogido se pone en piscinas de aglomeración repletas de agua ubicadas en las instalaciones de la central, donde se preserva un año o más.
Finalmente de la etapa de enfriamiento, los elementos de combustible consumidos se envían en contenedores blindados a una instalación de aglomeración estable o a una planta de reprocesamiento químico, donde se recobran el uranio no empleado y el plutonio 239 producido en el reactor, y se concentran los residuos radiactivos.
El combustible consumido aún contiene casi la totalidad del uranio 238 único, en torno a un tercio del uranio 235 y parte del plutonio 239 producido en el reactor. Cuando el combustible consumido se aglomera de forma estable, se desperdicia todo este contenido potencial de energía. Cuando el combustible se reprocesa, el uranio se recicla en la planta de divulgación, y el plutonio 239 recobrado puede suplir parcialmente al uranio 235 en los nuevos elementos de combustible.
En el ciclo de combustible del RARML, el plutonio generado en el reactor siempre se recicla para emplearlo como nuevo combustible. Los materiales empleados en la planta de fabricación de elementos de combustible son uranio 238 reciclado, uranio consumido proveniente de la planta de división isotópica, y parte del plutonio 239 recobrado. No es necesario extraer uranio adicional en las minas, puesto que las existencias actuales de las plantas de división podrían abastecer durante siglos a los reactores autorregenerativos. Como estos reactores producen más plutonio 239 del que precisan para renovar su propio combustible, en torno al 20% del plutonio recobrado se aglomera para su uso ulterior en el arranque de nuevos reactores autorregenerativos.
El paso final en cualquiera de los ciclos de combustible es el almacenamiento a largo plazo de los residuos altamente radiactivos, que siguen presentando peligro para los seres vivos durante miles de años. Varias tecnologías parecen convenientes para el almacenamiento seguro de los residuos, sin embargo no se han construido instalaciones a gran escala para procurar de esclarecer el proceso. Los elementos de combustible pueden acumularse en depósitos blindados y vigilados hasta que se tome una determinación definitiva sobre su destino, o pueden ser cambiados en compuestos estables, establecidos en material cerámico o vidrio, encapsulados en bidones de acero inoxidable y enterrados a gran profundidad en filas geológicas muy estables.
5.2 Seguridad nuclear
El desasosiego de la opinión pública en torno a la aceptabilidad de la energía nuclear proveniente de la fisión se debe a dos características básicas del sistema. La primera es el alto nivel de radiactividad que hay en diferentes fases del ciclo nuclear, incluida la eliminación de residuos. La segunda es la circunstancia de que los combustibles nucleares uranio 235 y plutonio 239 son los materiales con que se fabrican las armas nucleares. Véase Lluvia radiactiva.
En la década de 1950 se pensó que la energía nuclear podía brindar un futuro de energía barata y rebosante. La industria energética confiaba en que la energía nuclear reemplazara a los combustibles fósiles, cada vez más exiguos, y disminuyera el coste de la electricidad. Los conjuntos alarmados por la conservación de los recursos naturales preveían una reducción de la contaminación atmosférica y de la minería a cielo abierto. La opinión pública era habitualmente favorable a esta nueva fuente de energía, y aguardaba que el uso de la energía nuclear pasara del terreno militar al civil. Pero, tras esta euforia inicial, crecieron las reservas en torno a la energía nuclear a medida que se estudiaban más hondamente las cuestiones de seguridad nuclear y proliferación de armamento. En todos los países del mundo existen conjuntos opuestos a la energía nuclear, y las normas estatales se han cometido complejas y estrictas. Suecia, por ejemplo, quiere limitar su programa a unos 10 reactores. Austria ha cancelado su programa. En cambio, Gran Bretaña, Francia, Alemania y Japón siguen avanzando en este terreno.
El Consejo de Seguridad Nuclear (CSN) es el organismo responsable de velar en España por la seguridad nuclear y la protección radiológica. Informa sobre la concesión o renuncia de autorizaciones, inspecciona la construcción, puesta en marcha y explotación de instalaciones nucleares o radiactivas, interviene en la confección de planes de emergencia y promociona la realización de trabajos de pesquisa.
5.2.1 Riesgos radiológicos
Los materiales radiactivos emiten radiación ionizante penetrante que puede dañar los tejidos vivos. La unidad que suele emplearse para medir la dosis de radiación semejante en los seres humanos es el milisievert. La dosis de radiación semejante mide la cuantía de radiación absorbida por el organismo, corregida conforme la naturaleza de la radiación puesto que los diferentes tipos de radiación son más o menos nocivos. En el caso del Reino Unido, por ejemplo, cada individuo está expuesto a unos 2,5 milisieverts anuales por la radiación de fondo proveniente de fuentes naturales. Los jornaleros de la industria nuclear están expuestos a unos 4,5 milisieverts (aproximadamente igual que las tripulaciones aéreas, sometidas a una exhibición adicional a los rayos cósmicos). La exhibición de un individuo a 5 sieverts suele provocar el fallecimiento. Una gran población expuesta a bajos niveles de radiación experimenta en torno a un caso de cáncer adicional por cada 10 sieverts de dosis semejante total. Por ejemplo, si una población de 10.000 personas está expuesta a una dosis de 10 milisieverts por individuo, la dosis total será de 100 sieverts, por lo que habrá 10 casos de cáncer debidos a la radiación (además de los cánceres producidos por otras desencadenantes). Véase Efectos biológicos de la radiación.
En la mayoría de las fases del ciclo de combustible nuclear pueden existir apuros radiológicos. El gas radón, radiactivo, es un contaminante frecuente en las minas subterráneas de uranio. Las operaciones de extracción y trituración del mineral producen grandes cuantías de material que contiene bajas concentraciones de uranio. Estos residuos tienen que ser preservados en fosas impermeables y cubiertos por una capa de tierra de gran espesor para prevenir su liberación indiscriminada en la biosfera.
Las plantas de enriquecimiento de uranio y de fabricación de combustible contienen grandes cuantías de hexafluoruro de uranio (UF6), un gas corrosivo. Pero, el apuro radiológico es menor, y las precauciones habituales que se toman con las sustancias químicas peligrosas bastan para respaldar la seguridad.
5.2.2 Sistemas de seguridad de los reactores
Se ha dedicado una grande atención a la seguridad de los reactores. En un reactor en funcionamiento, la mayor fuente de radiactividad, con discrepancia, son los elementos de combustible. Una serie de barreras imposibilita que los productos de fisión pasen a la biosfera durante el funcionamiento normal. El combustible está en el interior de tubos resistentes a la corrosión. Las gruesas paredes de acero del sistema de refrigeración primario del RAP forman una segunda barrera. La propia agua de refrigeración absorbe parte de los isótopos biológicamente importantes, como el yodo. El edificio de acero y hormigón supone una tercera barrera.
A lo largo del funcionamiento de una central nuclear, es ineludible que se liberen algunos materiales radiactivos. La exhibición total de las personas que viven en sus cercanías suele representar un porcentaje muy bajo de la radiación natural de fondo. Pero, las primordiales preocupaciones se encargan en la liberación de productos radiactivos causada por accidentes en los que se ve afectado el combustible y fallan los dispositivos de seguridad. El destacado peligro para la integridad del combustible es un accidente de pérdida de refrigerante, en el que el combustible resulta dañado o inclusive se funde. Los productos de fisión pasan al refrigerante, y si se rompe el sistema de refrigeración, los productos de fisión penetran en el edificio del reactor.
Los sistemas de los reactores emplean una compleja instrumentación para supervisar perseverantemente su situación y manejar los sistemas de seguridad empleados para desconectar el reactor en circunstancias anómalas. El diseño de los RAP incluye sistemas de seguridad de refuerzo que inyectan boro en el refrigerante para absorber neutrones y detener la reacción en cadena, con lo que la desconexión está aún más garantizada. En los reactores de agua ligera, el refrigerante está sometido a una presión elevada. En caso de que se produjera una rotura importante en una tubería, gran parte del refrigerante se transformaría en vapor, y el núcleo dejaría de estar refrigerado. Para prevenir una pérdida total de refrigeración del núcleo, los reactores están dotados con sistemas de emergencia para refrigeración del núcleo, que comienzan a funcionar automáticamente en cuanto se pierde presión en el circuito primario de refrigeración. En caso de que se produzca una fuga de vapor al edificio de contención desde una tubería rota del circuito primario de refrigeración, se ponen en marcha refrigeradores por aspersión para condensar el vapor y prevenir un amenazador incremento de la presión en el edificio.
5.2.3 Accidentes en centrales nucleares
A pesar de las copiosas medidas de seguridad, en 1979 llegó a hacerse un accidente en el RAP de Three Mile Island, cerca de Harrisburg (Pennsylvania, Estados Unidos). Una equivocación de mantenimiento y una válvula defectuosa llevaron a una pérdida de refrigerante. Cuando inició el accidente, el sistema de seguridad desconectó el reactor, y el sistema de emergencia para enfriamiento del núcleo comenzó a funcionar poco tiempo después conforme lo prescrito. Pero así pues, como resultado de un equivocación humano, el sistema de refrigeración de emergencia se desconectó, lo que desencadenó graves daños en el núcleo e hizo que se liberaran productos de fisión volátiles provenientes de la vasija del reactor. A pesar de que apenas una pequeña cuantía de gas radiactivo salió del edificio de contención (lo que condujo a un ligero incremento de los niveles de exhibición en los seres humanos), los daños materiales en la instalación fueron muy grandes, de unos 1.000 millones de dólares o más, y la tensión psicológica a la que se vio sometida la población, en especial las personas que vivían cerca de la central nuclear, llegó a ser muy grave en algunos casos.
La pesquisa oficial sobre el accidente citó como desencadenantes principales del mismo un fallo de manejo y un diseño inapropiado de la sala de control, y no un simple fallo del conjunto. Esto llevó a la entrada en vigor de leyes que solicitaban a la Comisión de Regulación Nuclear de Estados Unidos que adoptara normas mucho más estrictas para el diseño y la construcción de centrales nucleares, y forzaban a las compañías eléctricas a auxiliar a las administraciones de los estados y los condados a organizar planes de emergencia para resguardar a la población en caso de que se produjera otro accidente semejante.
Desde 1981, las cargas financieras impuestas por estas demandas han cometido tan difícil la construcción y el funcionamiento de nuevas centrales nucleares que las compañías eléctricas de los estados de Washington, Ohio, New Hampshire e Indiana se vieron forzadas a dejar centrales parcialmente terminadas tras gastar en ellas miles de millones de dólares. En 1988, se calculaba que el coste acumulado para la economía americano por el cierre de esas centrales, sumado a la finalización de centrales con unos costes muy superiores a los inicialmente dispuestos, ascendía nada menos que a 100.000 millones de dólares.
El 26 de abril de 1986, otro grave accidente alarmó al mundo. Uno de los cuatro reactores nucleares soviéticos de Chernóbil, a unos 130 kilómetros al norte de Kíev (en Ucrania), explotó y ardió. Según el dossier oficial emitido en agosto, el accidente se debió a que los operadores del reactor realizaron unas pruebas no permitidas. El reactor quedó fuera de control; se produjeron dos explosiones, la tapa del reactor saltó por los aires y el núcleo se inflamó y ardió a una temperatura de 1.500 °C. Las personas más próximas al reactor recibieron una radiación unas 50 veces superior a la de Three Mile Island, y una nube de lluvia radiactiva se dirigió hacia el Oeste. La nube radiactiva se difundió por Escandinavia y el norte de Europa, conforme descubrieron observadores suecos el 28 de abril. A discrepancia de la mayoría de los reactores de los países occidentales, el reactor de Chernóbil carecía de edificio de contención. Una estructura semejante podría haber incapacitado que el material saliera del reactor. Murieron más de 30 personas y unas 135.000 fueron evacuadas en un radio de 1.600 kilómetros. El reactor fue sellado con hormigón; en 1988, sin embargo, los otros tres reactores de Chernóbil ya se encontraban funcionando nuevamente. Tres años después, uno de estos reactores sobrellevó un incendio y ya no volvió a ponerse en marcha. En 1997 se paró otro de estos reactores, y el 15 de diciembre de 2000 se cerró por fin la central al apagarse el único reactor que seguía en funcionamiento.
En la central de Vandellòs I, ubicada en la provincia de Tarragona (España), y con un reactor de tipo grafito-gas, sucedía, el 19 de octubre de 1989, un accidente que se inició por un incendio en un edificio convencional de la central, que provocó una serie sucesiva de fallos de sistemas. Pese a todo, se consiguió llevar la central a la situación de parada segura. No sucedía eliminación de CO2 del circuito de refrigeración, ni sucedía daño alguno a las personas que intervinieron en el control de la central.
5.2.4 Reprocesamiento del combustible
La etapa de reprocesamiento del combustible propone diversos apuros radiológicos. Uno de ellos es la emisión accidental de productos de fisión en caso de que se produzca una fuga en las instalaciones químicas y los edificios que las albergan. Otro podría ser la emisión rutinaria de niveles bajos de gases radiactivos inertes como el xenón o el criptón. Una planta de reprocesamiento denominada THORP (acrónimo inglés de Planta Térmica de Reprocesamiento de Óxido) comenzó a funcionar en Selladevotod, en la región de Cumbria (Gran Bretaña), con combustible consumido de centrales británicas y extranjeras. En Francia igualmente se lleva a cabo este proceso, y Japón está desarrollando sus propias plantas de reprocesamiento.
Una gran preocupación en relación con el reprocesamiento químico es la división de plutonio 239, un material empleado en la fabricación de armas nucleares. En Estados Unidos por ejemplo, no se reprocesa en la actualidad ningún combustible por pavor al uso ilegal de este producto. El empleo de medios no tanto técnicos como políticos parece ser la mejor forma de manejar los peligros de su desviación subrepticia —o su producción secreta— para hacer armas. La mejora de las medidas de seguridad en los puntos sensibles del ciclo del combustible y el incremento de la inspección internacional por parte de la Agencia Internacional de la Energía Atómica (AIEA) parecen las medidas más apropiadas para manejar los peligros de la desviación del plutonio.
5.3 Almacenamiento de residuos
El último paso del ciclo del combustible nuclear, el almacenamiento de residuos, sigue siendo uno de los más polémicos. La cuestión destacada no es tanto el peligro actual como el peligro para las concepciones futuras. Muchos residuos nucleares preservan su radiactividad durante miles de años, más allá de la permanencia de cualquier fundación humana. La tecnología para acumular los residuos de forma que no planteen ningún apuro inmediato es parcialmente simple. El obstáculo arraiga por una parte en tener una confianza suficiente en que las concepciones futuras estén bien protegidas y por otra en la determinación política sobre la forma y el lugar para acumular estos residuos. La mejor solución parece estar en un almacenamiento estable, sin embargo con oportunidad de recuperación, en filas geológicas a gran profundidad. En 1988, el gobierno de Estados Unidos eligió un lugar en el desierto de Nevada con una gruesa sección de rocas volcánicas porosas como el primer depósito subterráneo estable de residuos nucleares del país.
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