Domingo, 16 de noviembre de 2008

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El residuo principal de la reacción de fusión deuterio-tritio sería el Helio, que es un gas noble y por tanto no interacciona con nada, incluido el organismo humano. Sin embargo las reacciones nucleares de fusión desprenden neutrones altamente energéticos. Esto implica la producción de materiales radiactivos por activación neutrónica. Además, en un ciclo deuterio-tritio, una parte del propio combustible es también radiactivo (el tritio). Para minimizar los efectos, por tanto:

  • se debe reducir tanto como se pueda la cantidad de material radiactivo utilizado así como el generado en la propia instalación;
  • se debe anular en lo posible el riesgo derivado de la manipulación de los materiales radiactivos generados, ya sea en forma de combustible nuevo o reciclado o como residuos radiactivos;
  • se deben definir cuales son las mejores formas de gestionar esos vertidos.

Para ello se está investigando en el uso de materiales de baja activación, utilizando aleaciones que no son comunes en otras aplicaciones. Este aspecto podría disminuir la cantidad de residuos radiactivos generados, pero además en caso de accidente donde parte de los materiales se fundieran por las altas temperaturas, el inventario radiactivo emitido también sería menor. Además, la estrategia de diseño se centra en conseguir que todos los radioisótopos generados sean de semiperiodo corto (menor de 10 años). Si no se consiguiera, las estrategias a seguir serían idénticas a las estudiadas en el caso de los reactores de fisión.

Hasta los años 1990 no se había planteado realmente este problema, por lo que los materiales válidos para la fusión se pensaba que eran los aceros austeníticos (SS316L y SS316-modTi) y ferríticos/martensíticos (HT-9 y DIN 1.1494/MANET). Las investigaciones se habían centrado en la gestión de residuos, dejando de lado el estudio de los posibles accidentes. A partir de los 90 se plantea que debían contemplarse varios problemas en la optimización de los materiales de baja activación, subrayándose principalmente el aspecto de la seguridad frente accidentes además del clásico de la gestión de los residuos. A partir de los aceros convencionales propuestos para fusión se propusieron versiones de baja activación, resultado de la sustitución de elementos que daban lugar a una radiactividad alta por otros metalúrgicamente equivalentes y de baja actividad inducida.

Las soluciones que se adopten en la fusión inercial o en la magnética en principio no tendrán que ser iguales. Así se han desarrollado aleaciones de vanadio, titanio y cromo que presentan mejores comportamientos en la fusión inercial que en la magnética. Se sabe que los materiales cerámicos tienen mejor comportamiento que los aceros en ambos tipos de fusión.

En un principio, al estar todavía en fase de investigación, el problema no está completamente resuelto en este aspecto, y de hecho hasta que no exista una planta de fusión totalmente operativa será imposible conocer absolutamente los problemas existentes.

 Generación de calor y electricidad a partir de otras reacciones nucleares

Un método ampliamente utilizado en aquellas aplicaciones en las que se requiere un aporte eléctrico de baja corriente, con una larga duración, es el uso de Unidades de calor mediante radioisótopos (RHU por sus siglas en inglés) acoplados a una serie de termopares que proporcionan una corriente eléctrica, los llamados generadores termoeléctricos de radioisótopos.

GTR para el Voyager.

En este caso se aprovecha la radiactividad emitida por los núcleos de algunos isótopos. Los isótopos considerados más interesantes para este tipo de aplicación son aquellos que emiten partículas alfa (como por ejemplo el 241Am o el 210Po), ya que se reaprovechan más eficientemente las radiaciones emitidas, y es más sencillo su manejo. Sin embargo también se han utilizado emisores beta, como el 90Sr.

Estos generadores suelen poseer duraciones de varias décadas, y son extremadamente útiles en aplicaciones en las que otras soluciones no sirven. Por ejemplo, en zonas donde es difícil el mantenimiento o sustitución de las baterías y además no existe suficiente luz solar o viento. Se han utilizado en faros cercanos al polo norte en la antigua Unión Soviética y se utilizan frecuentemente en sondas espaciales. Una de sus aplicaciones más curiosas puede ser su uso en marcapasos.

En algunas sondas espaciales que deben permanecer a muy baja temperatura se utiliza simplemente su capacidad de generar calor, obviando la posibilidad de generación eléctrica.

El 15 de octubre de 1997 se lanzó la misión Cassini-Huygens con destino a Saturno y Titán, en la que se ensambló uno de estos dispositivos.[38]

Véase también: Cassini-Huygens

[editar] Seguridad

En estos dispositivos la seguridad se basa en dos sistemas principalmente:

  • Por un lado asegurar su integridad a partir de su vigilancia continua,
  • Por otro lado, conseguir que el material radiactivo empleado sea altamente inaccesible, mediante protecciones, sellos o incluso utilizando composiciones cerámicas que no reaccionan fácilmente con otros elementos.

En el caso de los GTR situados en zonas de alta inaccesibilidad, como los utilizados en faros instalados cerca de los polos, se suponía que la propia inaccesibilidad de las zonas aseguraba su integridad. Esto sin embargo no ha impedido que sucedieran varios accidentes.

En el caso de los utilizados en satélites espaciales, la seguridad de los materiales radiactivos se asegura al mantener una vigilancia continua en las instalaciones, tanto en la construcción como en el montaje de los satélites. Una vez lanzados al espacio, evidentemente se hace imposible su mal uso. Sin embargo, en algunas ocasiones se han usado GTR en satélites en órbita alrededor de la Tierra. Cuando esa órbita se hace inestable es posible que el satélite caiga de nuevo, fundiéndose en su mayor parte en la reentrada. Este, junto a un posible accidente en el lanzamiento son los principales problemas de seguridad en este caso. En total se han producido 6 accidentes conocidos de este tipo (el último en 1996 en una sonda rusa). Para evitar la dispersión del material radiactivo que contienen se fabrican en materiales cerámicos (insolubles y resistentes al calor), rodeado de una capa de iridio, otra de bloques de grafito de alta resistencia y un gel que le da resistencia ante una posible reentrada en la atmósfera.

Para los GTR utilizados como marcapasos el principal problema se encuentra en la pérdida de información acerca de los pacientes en los que se han utilizado, imposibilitando así su debido seguimiento. Por este motivo, existe la posibilidad de que el paciente, tras su fallecimiento, fuera incinerado, incinerando con ello el propio dispositivo y su material radiactivo.

Las fuentes radiactivas de los GTR sobre los que se ha perdido el control (principalmente tras la caída de la URSS) son el principal motivo de preocupación por su posible uso en atentados terroristas (como parte de una bomba sucia), y por este motivo se realizan grandes esfuerzos a nivel internacional por recuperarlas y ponerlas bajo control de nuevo.

[editar] Tratamiento de residuos nucleares

Vitrificación de los residuos nucleares tras su reprocesado.

En general, cualquier aplicación industrial genera residuos. Todas las formas de generación de energía nuclear también los generan. Tanto los reactores nucleares de fisión o fusión (cuando entren en funcionamiento) como los GTR generan residuos convencionales (basura, proveniente por ejemplo de los restos de comida de los trabajadores) que es trasladada a vertederos o instalaciones de reciclaje, residuos tóxicos convencionales (pilas, líquido refrigerante de los transformadores, etc.) y residuos radiactivos. El tratamiento de todos ellos, con excepción hecha de los residuos radiactivos, es idéntico al que se da a los residuos del mismo tipo generado en otros lugares (instalaciones industriales, ciudades,...).

Es diferente el tratamiento que se emplea en los residuos radiactivos. Para ellos se desarrolló una regulación específica, gestionándose de formas diferentes en función del tipo de radiactividad que emiten y del semiperiodo que poseen. Esta regulación engloba todos los residuos radiactivos, ya procedan de instalaciones de generación de electricidad, de instalaciones industriales o de centros médicos.

Se han desarrollado diferentes estrategias para tratar los distintos residuos que proceden de las instalaciones o dispositivos generadores de energía nuclear:

  • Baja y media actividad.[39] En este caso se trata de residuos con vida corta, poca radiactividad y emisores de radiaciones beta o gamma (pudiendo contener hasta un máximo de 4000 Bq g-1 de emisores alfa de semiperiodo largo). Suelen ser materiales utilizados en las operaciones normales de las centrales, como guantes, trapos, plásticos, etc. En general se prensan y secan (si es necesario) para reducir su volumen, se hormigonan (fijan) y se embidonan para ser almacenados durante un periodo de 300 o de 500 años, según los países, en almacenamientos controlados. En España este almacenamiento se encuentra en la provincia de Córdoba (El Cabril).
  • Alta actividad.[39] Estos residuos tienen semiperiodo largo, alta actividad y contienen emisores de radiaciones alfa (si son de semiperiodo largo solo si superan concentraciones de actividad de 4000 Bq g-1). Se generan en mucho menor volumen pero son altamente nocivos inmediatamente después de ser generados. Generalmente, aunque no son los únicos, se trata de las propias barras de combustible de los reactores de fisión ya utilizadas. Para ellos se han desarrollado diversas estrategias:
Diagrama mostrando varios sistemas de almacenamiento de residuos de alta actividad en el almacenamiento de Yucca Mountain.
  1. Almacenamiento temporal: en las piscinas de las propias centrales (a veces llamados ATI), durante la vida de la central (habitualmente 40 años), o en almacenamientos construidos a propósito. En España aún se encuentra en proyecto el ATC).
  2. Reprocesamiento: en este proceso se lleva a cabo una separación físico-química de los diferentes elementos, separando por una parte aquellos isótopos aprovechables en otras aplicaciones, civiles o militares (plutonio, uranio, cobalto y cesio entre otros). Es la opción más similar al reciclado. Sin embargo en el proceso no todos los elementos reciclados son totalmente reaprovechables, como por ejemplo el neptunio o el americio. Para estos, en un volumen mucho menor que el inicial, es necesario aun el uso de otras opciones como el almacenamiento geológico profundo.
  3. Almacenamiento Geológico Profundo (AGP): este proceso consiste en estabilizar las barras de combustible gastadas en contenedores resistentes a tratamientos muy severos que posteriormente se introducen en localizaciones similares a las minas, ya existentes (como en el caso de minas profundas), o construidas para tal fin. Suelen estar en matrices geológicas de las que se sabe que han sido estables durante millones de años. Las más comunes son calizas, graníticas o salinas. Los técnicos estiman que estos AGP deberían poder preservar íntegros los residuos durante los miles de años en que sigan siendo tóxicos sin afectar a las personas de la superficie. Su principal defecto es que sería muy difícil o imposible recuperar estos residuos para su uso útil en el caso de que técnicas futuras puedan aprovecharlos eficientemente.
  4. Transmutación en centrales nucleares de nueva generación (Sistemas Asistidos por Aceleradores o en reactores rápidos): estos sistemas usan torio como combustible adicional y degradan los desechos nucleares en un nuevo ciclo de fisión asistida, pudiendo ser una alternativa ante la dependencia del petróleo, aunque deberán vencer el rechazo de la población. El primer proyecto será construido alrededor del 2014 (Myrrha). Esta técnica se estima aceptable para aquellos radioisótopos de semiperiodo largo para los que no se ha hallado ninguna aplicación todavía. Esos isótopos más problemáticos son los transuránidos como el curio, el neptunio o el americio. Sin embargo para emplear esta técnica se precisan métodos adicionales, como el reprocesado previo.[40][41]

Para gestionar los residuos radiactivos suele existir en cada país un organismo creado exclusivamente para ello. En España se creó la Empresa Nacional de Residuos Radiactivos, que gestiona los residuos radiactivos de todo tipo generados tanto en las centrales nucleares como en el resto de instalaciones nucleares o radiactivas.

[editar] Regulación nuclear

Artículo principal: Regulación nuclear
Junta de Gobernadores del OIEA.

La regulación nuclear puede separarse en cuatro grandes grupos:

  1. Funciones de los reguladores nacionales,
  2. Residuos,
  3. Seguridad y
  4. Protección radiológica.

Las bases científicas de toda la regulación internacional existente se fundan en estudios propios y recopilaciones llevadas a cabo por la CIPR,[42]UNSCEAR[43] o el NAS/BEIR americano.[44] Además de estos, existen una serie de agencias de investigación y desarrollo en seguridad, como pueden ser la AEN[45] o el EPRI.[46] A partir de todas ellas, existen dos organismos internacionales que desarrollan las bases para la legislación: el OIEA (a nivel internacional)[47] y EURATOM (en Europa).[48]

También existen algunos organismos nacionales, que emiten documentación dedicada a cada uno de los campos, que sirven de guía a otros países. Así ocurre por ejemplo con la NCRP, la NRC o la EPA americanas, la HPA inglesa (antiguamente NRPB) o el CEA francés.

Además de estas regulaciones específicas, existen otras leyes y acuerdos que tienen en mayor o menor medida relación con la energía nuclear. Así por ejemplo las leyes de calidad del agua o la convención OSPAR. Aunque en el Protocolo de Kyoto, que trata sobre las industrias que emiten gases de efecto invernadero, no se menciona la energía nuclear, sí aparece en otros documentos referentes al calentamiento global antropogénico. Así, en los acuerdos de Bonn de 2001,[49] se establecieron los mecanismos de compraventa de emisiones de gases de efecto invernadero y los mecanismos de intercambio de tecnologías, excluyendo ambos explícitamente a la energía nuclear. De este modo, no se pueden reducir las cuotas de emisión de los países altamente industrializados mediante la venta de tecnología nuclear a países menos desarrollados, ni se pueden vender las cuotas de emisiones a países que funden sus bajas emisiones en la energía nuclear. El IPCC, sin embargo, sí recomienda en su cuarto informe el uso de la energía nuclear como una de las únicas formas (junto a las energías renovables y la eficiencia energética) de reducir la emisión de gases de efecto invernadero.[50]

[editar] Referencias

  1. Bulbulian, Silvia (1987). «El descubrimiento de la radiactividad», en Fondo de Cultura Económica: La radiactividad, Phroneris, Biblioteca Digital, 1ª ed. ISBN 968-16-2651-6.
  2. Los comienzos de la era atómica: Carta de Einstein a Roosevelt
  3. Web del proyecto Myrrha
  4. a b Condiciones de Lawson para construir un reactor de fusión útil
  5. a b Resumen de la patente GB817681
  6. Energía nuclear en el espacio. Breve historia sobre los RTG
  7. Marcapasos nucleares
  8. Settle, Frank (2005), Nuclear Chemistry. Discovery of the Neutron (1932) (en inglés), General Chemistry Case Estudies, en chemcases.com. [08-04-2008]
  9. Definición de arma según el Diccionario de la RAE
  10. Estudio sobre un vehículo nuclear pulsado. De General Atomic (en inglés)
  11. Proyecto Dédalo hacia la estrella Barnard (en inglés)
  12. Proyecto Longshot: Una sonda a Alfa Centauri (en inglés)
  13. Patente de un diseño de cohete de radioisótopos
  14. Artículo corto de Ford sobre el modelo Ford Nucleon
  15. Departamento de Energía de Estados Unidos. Iniciativa de hidrógeno nuclear (en inglés)
  16. Ciencia y desarrollo. El hidrógeno y la industria nuclear
  17. Foro Internacional sobre Generación IV. (en inglés)
  18. European Fusion Development Agreement (EFDA). (en inglés)
  19. WNA (20-03-2008), World Nuclear Power Reactors 2006-08 and Uranium Requirements (en inglés), World Nuclear Association. [08-04-2008] Se actualiza cada dos meses.
  20. IAEA (2007). ENERGY, ELECTRICITY AND NUCLEAR POWER: DEVELOPMENTS AND PROJECTIONS — 25 YEARS PAST AND FUTURE. IAEA. ISBN 978-92-0-107407-2. (en inglés)
  21. Consejo de Seguridad Nuclear, Central nuclear José Cabrera, acceso 1 de diciembre de 2007.
  22. informe REE del 2003
  23. Federico Goded Echeverria y Vicente Serradell García (1975). Teoría de reactores y elementos de ingeniería nuclear. Tomo I. Publicaciones científicas de la JEN. ISBN 84-500-6999-8.
  24. a b Número de reactores de cada tipo en el mundo (en inglés)
  25. Micro reactor de Toshiba (en inglés)
  26. Tema de Seguridad del concurso-oposición para el acceso al Consejo de Seguridad Nuclear (primer ejercicio)
  27. Tema de Seguridad del concurso-oposición para el acceso al Consejo de Seguridad Nuclear (tercer ejercicio)
  28. Proyecto final de carrera de Raquel Callarisa. De la fig. 5.4 (pag. 40)
  29. Sucesos notificables en 2000, 2001 y 2003
  30. Consumer Eroski, Sucesos notificables en 2002, acceso 1 de diciembre de 2007.
  31. El Mundo, Sucesos notificables en 2004 y 2005, acceso 1 de diciembre de 2007.
  32. Resolución cuarta de la comisión de economía y hacienda Del congreso de los diputados de fecha 17 de diciembre de 2003, por la que se insta al CSN para que remita un informe sobre los criterios utilizados para la clasificación de sucesos notificables e información al público y su implicación en la experiencia operativa interior y exterior.
  33. R. Callarisa. Proyecto Fin de Carrera. Métodos de análisis de sucesos notificables en centrales nucleares para su valoración como sucesos iniciadores de accidentes y su clasificación en la escala de seguridad INES. Aplicación en las centrales nucleares catalanas. (2005).
  34. Web del CSN con información sobre la escala INES y las implicaciones de cada uno de los grados definidos
  35. Energy from fusion. EURATOM (EUR 19315). (en inglés)
  36. Cuarto informe del IPCC (grupo de trabajo III)(en inglés)
  37. ITER: futuro de la energía con la fusión atómica. Entrevista a uno de los directores de ITER
  38. Algunos videos del ensamblaje del RTG que incorpora la sonda Cassini-Huygens
  39. a b Guía de Seguridad 111 del OIEA: Clasificación de los residuos radiactivos. (en inglés)
  40. Partitioning and Transmutatión: Making Wastes Nonradioactive. Breve descripción de la transmutación. Oak Ridge Laboratory. (en inglés)
  41. Página web de la AEN donde puede encontrarse información adicional sobre la transmutación (en inglés)
  42. Annals of the ICRP. Recomendaciones de la ICRP (en inglés).
  43. Publicaciones de UNSEAR (en inglés)
  44. Resumen del BEIR VII (en inglés)
  45. Banco de datos nucleares de la AEN (en inglés)
  46. Web del Electric Power Research Institute (en inglés).
  47. Publicaciones científicas y técnicas del OIEA (en inglés).
  48. Colección de documentos de la Unión Europea en materia nuclear (en inglés)
  49. Mecanismos de flexibilidad establecidos en los acuerdos de Bonn
  50. 4º informe del IPCC (Grupo III). (en inglés)


Tags: energía, átomo, fusión, fisión, células, armas, electricidad

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