¿Cómo debería abordar Estados Unidos el problema del almacenamiento a largo plazo de sus desechos nucleares?

Personalmente, creo que Estados Unidos debería reconocer que el calentamiento global es un peligro claro y presente, y que los desechos nucleares son un problema pequeño y manejable utilizando las técnicas actuales por ahora.

Debería ignorar el almacenamiento a largo plazo de residuos nucleares durante los próximos 20 años más o menos y centrar sus esfuerzos en la eliminación de la generación de carbón, la minimización de la generación de gas natural y la maximización de las energías renovables.

Y donde existan reactores nucleares y puedan ser restaurados para una vida más larga, debería hacerlo. La construcción de nuevas es un proceso de quince años, y su ubicación se ha vuelto más difícil debido a la sequía, el aumento de la temperatura del agua, el temor al terrorismo y la falta total de licencia social, pero donde se puedan construir nuevas, deberían serlo. Es mucho, mucho mejor que permitir que persista la generación de fósiles.

Primero, lo vitrificas. Eso significa sellar los radioisótopos en vidrio sólido dentro de barriles de acero inoxidable soldados herméticamente. Eso hace que el material sea mucho más seguro e inmóvil que cualquier radioisótopo natural.

Luego hay dos opciones de almacenamiento permanente, ambas buenas:

Deberíamos abrir el depósito de residuos nucleares de Yucca Mountain para su uso. La única razón por la que no estamos almacenando permanentemente desechos nucleares civiles allí es porque el senador Harry Reid no quería el depósito de desechos de la nación en su estado. Aparentemente, él prefiere que almacenemos decenas de miles de contenedores de basura en todo el país detrás de cercas de alambre junto a plantas nucleares. Permitir que un senador descarrile 30 años de planificación y construcción del sitio sin ninguna razón es una parodia y un completo fracaso de la política energética nacional. Absolutamente ridículo.

Alternativamente, podríamos manejar los desechos civiles de la misma manera que ya disponemos de los desechos militares en la Planta Piloto de Aislamiento de Residuos, a través de depósitos geológicos de sal. Básicamente, ahuecas una mina de sal muy profunda en una estructura de sal geológicamente estable. La sal es impermeable a casi todo, y tiene la gran propiedad de arrastrarse lentamente bajo presión de sobrecarga para sellar y enterrar los desechos. ¡Así que es una estructura de almacenamiento autorreparable! Y la sal es altamente conductora del calor, por lo que los desechos se pueden colocar en un almacenamiento permanente mientras todavía está algo “caliente”.

La geología de los estratos de sal es excepcionalmente bien entendida porque es un objetivo favorito para la exploración de petróleo. Podemos estar muy seguros de que un depósito de sal geológica bien diseñado contendrá los desechos de forma segura durante millones de años.

Lo triste es que esto es realmente una exageración increíble.

  • Los desechos de bajo nivel de las plantas nucleares en funcionamiento, como los trajes de radiación usados, son apenas peligrosos.
  • Las cenizas de las plantas de carbón son más radiactivas que muchos “desechos nucleares” y almacenamos esa basura en vertederos al aire libre cerca de áreas pobladas.
  • El volumen de desechos de alto nivel, como las barras de combustible usadas, es pequeño y puede hacerse insignificante si le importa lo suficiente como para gastar el dinero para reprocesar y reciclar el combustible gastado.
  • El peligro de radiación de los desechos cae constantemente con el tiempo. Los isótopos más longevos se descomponen con menos frecuencia, lo que significa que necesariamente conllevan el menor riesgo de radiación. Después de cien años, todo lo realmente “caliente” y peligroso ya se ha desvanecido. Por lo tanto, almacenar residuos durante un millón de años es absurdamente conservador.

La mayoría de las naciones nucleares solían arrojar desechos radiactivos en el océano profundo. No digo que sea una buena idea, pero no es tan mala como parece. (Ok, en realidad podría ser una muy buena idea si diseñas los contenedores correctamente). Los océanos son naturalmente radiactivos, debido a miles de millones de toneladas de uranio disuelto y otros radioisótopos. Luego colocamos mucho más material radiactivo allí con pruebas de armas atmosféricas. En comparación con esas dos fuentes, décadas de vertido de desechos no han contribuido aproximadamente a los niveles de radiación oceánica:

  • Radioactividad total de los desechos nucleares vertidos en los océanos del mundo: 85 PBq (petabecquerel)
  • Radioactividad natural total en los océanos del mundo: 15,350,000 PBq (Radioactividad natural)

Por lo tanto, el vertido de desechos humanos es realmente insignificante (0,0006%) en comparación con la radiación natural. Los isótopos se pueden medir dentro de unos pocos pies de fugas de tambores de desecho y reactores submarinos soviéticos hundidos, pero eso es más o menos el alcance. Múltiples estudios de la US EPA y NOAA, la comisión de la ONU sobre el impacto de la radiación en la salud (UNSCEAR) y media docena de otros gobiernos nacionales han determinado que todos los desechos radiactivos que todos solían arrojar han tenido un impacto insignificante en el medio ambiente.

Los desechos nucleares no son tan peligrosos como el público cree que son. Pero la gente tiene miedo, así que hacemos todo lo posible para deshacernos de ella. Eso a su vez hace que parezca que las cosas deben ser realmente peligrosas para justificar tales precauciones extremas. Es un círculo vicioso de terribles relaciones públicas.

Los ingenieros resolvieron el problema de eliminación de residuos hace mucho tiempo. Desearía que los políticos y el público estuvieran prestando atención.

La respuesta de Ryan Carlyle es bastante buena, pero agregaría un par de párrafos al principio.

Primero recicla para asegurarse de que solo está tratando de deshacerse del material que en realidad es basura. El combustible usado que se elimina de los reactores de primera y segunda generación que operan actualmente en los Estados Unidos todavía contiene aproximadamente el 95% de su energía potencial inicial. Además, algunos de los residuos materiales de la extracción del 5% de la energía potencial en el primer paso son realmente muy valiosos y vale la pena ahorrar. Incluye isótopos raros con propiedades físicas únicas.

Algunos de los productos de fisión que son los más problemáticos en términos de diseño de un sistema de almacenamiento son Cs-137 y Sr-90. Producen una gran cantidad de calor durante muchos años; Sus vidas medias son del orden de 30 años. Cs-137 es una excelente fuente de rayos gamma que ha demostrado ser útil en la esterilización de irradiadores y Sr-90 es principalmente un emisor beta que puede usarse como fuente de calor para generadores térmicos de radioisótopos (RTG), que son baterías que pueden producir energía continuamente mientras dure el calor.

Una vez que todo el material útil se separa del verdadero desperdicio que no tiene usos identificables, LUEGO lo vitrifica.

Desde aquí, sigue los consejos de Ryan.

En mi opinión, no lo haces. En lugar de almacenamiento a largo plazo, debemos buscar formas de utilizar ese “desperdicio”. Existen varias propuestas, desde métodos de reprocesamiento hasta diseños de reactores nuevos y diseños de reactores rápidos existentes. El hecho es que los “desechos” nucleares aún tienen la mayor parte del potencial energético. Utilizamos una cantidad muy pequeña de ese potencial de energía en los PWR de luz modernos que constituyen la mayoría de los reactores.

Usted puede preguntar, “si podemos usar estas cosas como combustible y saber cómo hacerlo, ¿por qué no lo hacemos?”. Bueno, buena pregunta. La respuesta es la misma que por qué tenemos un problema de almacenamiento a largo plazo. Política. En lugar de dejar que una política como esta sea impulsada por la ciencia, está siendo impulsada por personas que en realidad no conocen su fisión por su fusión. Es la misma razón por la cual los nuevos diseños de reactores permanecen en el limbo durante décadas. Hay un millón y uno de excelentes diseños de reactores nuevos, diseños de combustible, diseños de contención y diseños de procesamiento de residuos que se han presentado para su aprobación y casi todos están en el infierno burocrático.

Y no culpo a la NRC. Esos tipos saben lo que hacen y son tipos nucleares. Sus jefes, por otro lado, ven la energía nuclear como un fútbol político más. Y lo mismo ocurre con casi todos los tipos de producción de energía, desde los verdes hasta los “malos”. El avance en todos estos tipos de energía es lento porque los políticos aún no les han exprimido todo el uso político … mientras que actualmente solo podemos exprimir del 5 al 10% del uso de energía de un combustible de PWR común y el resto es “desperdicio”. Irónico.

Si tenemos que deshacernos del combustible nuclear gastado en lugar de reprocesarlo, entonces vuelvo al viejo adagio de que “la dilución es la solución a la contaminación”. Molerlo y mezclarlo con mucho. Agua, suciedad, lo que sea, solo asegúrate de que sea mucho. El océano Pacífico es un buen lugar para comenzar. Esa no es mi idea de una buena solución, pero es mejor que ponerla en contenedores que inevitablemente tendrán fugas.

El combustible que se elimina de un reactor nuclear se llama combustible nuclear gastado.

Solo 1 tonelada de 35 toneladas es un desperdicio real. Las otras 34 toneladas siguen siendo combustible nuclear.

Tenemos la tecnología para separar esa tonelada de desperdicio real y almacenarla adecuadamente. Y para reciclar las otras 34 toneladas.

Por ejemplo, Francia realiza este reprocesamiento nuclear. Tienen casi tanta energía nuclear como los EE. UU., Pero mientras los desechos de los EE. UU. Llenarían un estadio de fútbol de aproximadamente 3 pies de altura, los desechos de Francia llenarían una estación de fútbol de aproximadamente un par de pulgadas.

Ese verdadero desperdicio lo vitrificamos. Eso ha sido explicado adecuadamente por Ryan Carlyle en otra respuesta.

Luego están los otros desechos llamados uranio empobrecido. También combustible nuclear no utilizado, pero se obtiene como residuo del enriquecimiento de uranio.

Pero también es importante explicar que podemos extraer más energía del combustible nuclear de una vez. Reactores rápidos Reactores reproductores de torio. Reducción moderada de los reactores de agua hirviendo.

Arranque rápido de reactores con combustible nuclear gastado, y luego se completa con uranio empobrecido.

Esto es importante porque hoy extraemos 250 toneladas de uranio para producir 35 toneladas de combustible LEU para la fisión (quema) de solo 1 tonelada. Entonces, por cada tonelada que fisionamos hoy tenemos 215 toneladas de uranio empobrecido. Un reactor rápido puede eliminar completamente todos los desechos.

Las reservas existentes de uranio empobrecido y combustible nuclear gastado son suficientes para alimentar al mundo entero durante milenios sin extraer otro gramo de uranio. Por poder en todo el mundo quiero decir reemplazar todas las formas de energía que tenemos hoy (todo carbón, todo gas natural, todo petróleo, todo hidro, todo solar, todo viento, toda madera quemada). Por supuesto, podríamos y deberíamos mantener la energía hidroeléctrica / solar / eólica / geotérmica por cierto.

Rusia tiene dos reactores reproductores a gran escala.

Si el mundo se acelerara con los reactores reproductores, produciríamos tanta basura nuclear en un siglo como una gran central eléctrica de carbón (2GW de potencia) produce en un año en CO2. El uranio / torio / plutonio tiene 2 millones de veces la densidad de energía de la gasolina si utilizamos el material nuclear por completo.

Estados Unidos enterró todos los esfuerzos del reactor reproductor en la administración Clinton / Gore. El NRC de Estados Unidos claramente no está interesado en respaldar la certificación de nuevos tipos de reactores.

Fundamentalmente es similar pero mucho más pequeño que el almacenamiento de elementos tóxicos no radiactivos que duran para siempre, y los materiales radiactivos naturales.

El problema a mediano plazo de penetrar la radiación gamma y el calor del combustible nuclear gastado proviene de los productos de fisión Cs-137 y Sr-90 que disminuyen 90% cada siglo. Queda menos de una billonésima parte después de un milenio.

Los emisores alfa como el plutonio son altamente peligrosos para la inhalación de polvo (el mismo peligro que con el radón natural) o la introducción directa en una herida. No son en absoluto un peligro de radiación externa y tienen una toxicidad relativamente baja por ingestión en alimentos o agua.

El combustible nuclear gastado debe almacenarse en la superficie durante al menos 50 años, mientras que la producción de calor disminuye, o hasta varios cientos si resulta fácil dejarlo en barriles secos. Después de eso, se puede volver a procesar y los actínidos se pueden reutilizar como combustible de reactor rápido, o enterrarse de forma segura en un depósito geológico.

Reducir. Reutilizar. Reciclar. Barril la pequeña cantidad que queda.

Reduzca: la cantidad de ‘desperdicio’ que estamos produciendo en primer lugar mediante el uso de diseños de reactores más eficientes que, a su vez, producen menos ‘desperdicio’ en primer lugar.

Reutilización: reutilice los materiales que permanecen lo máximo posible. ¿Si aún es más radiactivo que la radiación de fondo estándar? Todavía tiene energía que se puede extraer. ¿Cuanto más ‘peligroso’ es? cuanto más radioactivo es, más energía aún tiene para dar, y menos tiempo permanecerá radiactivo específicamente porque es más radiactivo. por lo tanto, si todavía es “peligrosamente” radiactivo, siga reutilizándolo para obtener energía.

Reciclar: Extraiga el ‘desperdicio’, clasifíquelo y recicle lo que es útil nuevamente dentro del reactor hasta que sea menos radiactivo … es decir, emitiendo menos energía recolectable.

¿El ‘desperdicio’ que queda es lo suficientemente radioactivo como para almacenarlo pero no tan radiactivo como para emitir cantidades perceptibles de energía para ser inherentemente peligroso? Vitrifique y luego seque el barril para un almacenamiento a largo plazo. La montaña Yucca es “genial”, pero no es necesaria. Estoy a favor de que se abra y se use, y creo que la política detrás de su diseño, construcción, luego ‘cerrar’ es criminal y está ‘mal como el infierno’, pero, dicho eso, tampoco es ‘necesario ‘para almacenar de forma más segura el material radiactivo.

El descascarado solo por sí solo reduciría drásticamente cualquier peligro, y es increíblemente seguro. Pero, el material radioactivo más seguro es aquel con el que no comienzas … y, bueno, estamos haciendo mucho material radiactivo a través del carbón, el gas y el petróleo. haciendo y soltando.

La tecnología nuclear es una tecnología increíble que se ha utilizado de manera increíble … un cambio en el enfoque lleva décadas de retraso … y, en este punto, no abarca los diseños de reactores que lo utilizan simplemente para reducir el desperdicio de los diseños actuales y anteriores que hicieron el desperdiciar para empezar simplemente no es una opción.

LFTR, MSR, mayor utilización de la cosecha térmica, mayor utilización de baterías nucleares.

Usar los desechos que producimos es la forma en que reducimos los desechos que producimos. Barril seco lo que queda … … cavar una piscina profunda en los sitios del reactor, pegar los barriles en el fondo, enterrar en agua pesada, cubrir si es necesario. Los sitios nucleares están fuertemente defendidos. Hay otros sitios a los que también podrían trasladarse. Derramar material nuclear realmente no es mucho más peligroso que la mitad de la basura que se ‘derrama’ cuando los trenes descarrilan. Encontrarlo es más fácil: los contadores geiger funcionan muy bien y son realmente económicos para lo que son

El tratamiento de la industria nuclear es un crimen de lesa humanidad.

Deberían empujarlo por el culo del gobierno, un burócrata a la vez. Para cuando desechemos adecuadamente una tonelada, el gobierno finalmente se dará cuenta de que no más desechos nucleares es la respuesta correcta.

En lo que respecta al almacenamiento a largo plazo, cualquiera que diga que Yucca Mtn es la respuesta correcta no tiene ni idea o debe ser fusilado. Me sorprende hasta el día de hoy que los ingenieros afirmen que Yucca Mtn es la única opción.

Aquí está el primer gran problema. La tasa de falla proyectada de los barriles hace que el transporte de este flujo de desechos sea una sentencia de muerte para la especie. Se verá obligado a reprocesar estas barras de combustible gastado antes del transporte y ningún estado será lo suficientemente estúpido como para permitirle hacerlo en el sitio.

Otro problema

El costo asociado con el reprocesamiento de 80,000 toneladas de barras de combustible gastado y el envío de los desechos a la yuca mtn para su almacenamiento permanente no es un motor de arranque. La tasa de falla proyectada de los barriles hace que el transporte de este flujo de desechos sea una sentencia de muerte para la especie. No hay una parte de este proyecto que no tenga fallas catastróficas. Hay mucho más sobre este problema, pero esto es solo el comienzo.