La gestió dels residus radioactius és el major repte de la indústria de l’energia nuclear i ha estat, històricament, font de controvèrsia. Després de dècades i incomptables propostes per desfer-nos-en –tan inversemblants com enviar-los a l’espai– Finlàndia ha trobat la solució definitiva per enterrar aquesta polèmica. Prepara’t per conèixer Onkalo: un cementiri nuclear per l’eternitat.
El temps ho cura tot
El problema i la solució dels residus nuclears és, en el fons, el mateix: el temps. Deixar passar el temps és l’única forma d’aconseguir que un material radioactiu ho deixi de ser i no podem fer res per accelerar aquest procés, com a mínim a escala industrial. Això vol dir que hem d’esperar que tots els àtoms radioactius es desintegrin fins a esdevenir àtoms estables no radioactius.
1. Exemple de desintegracions radioactives on un primer isòtop inestable (radioactiu) pateix una desintegració per esdevenir un altre isòtop radioactiu diferent que també acaba desintegrant-se, i així successivament fins a arribar a ser un àtom estable.
Per exemple, el principal combustible nuclear és una mescla de dues variants de l’urani, una de les quals és l’urani-238, un element amb un nucli inestable que va patint desintegracions radioactives fins a esdevenir un àtom estable de plom. En cada desintegració s’emeten radiacions ionitzants, com els raigs gamma, que tenen tanta energia que són capaces de malmetre els nostres teixits –o, en el cas de ser dins d’un reactor nuclear, fer vapor de l’aigua en estat líquid .
Depenent de la quantitat de radiació rebuda (dosi radioactiva), els efectes poden ser des de mutacions en el DNA a cremades o fins i tot la mort. Per tant, és fonamental que tots els residus radioactius que generem estiguin confinats i no entrin en contacte amb l’entorn.
2. L’urani-238 és un isòtop radioactiu que pateix una sèrie de desintegracions radioactives concreta, a través de la qual esdevé diferents tipus d’elements radioactius fins a arribar a ser un isòtop estable del plom, el plom-206.
Quant triga un material a deixar de ser radioactiu?
Això depèn de la quantitat de material radioactiu, però sobretot, de la seva composició. Per exemple, tant el plutoni-238 com el carboni-14 són isòtops radioactius, però es desintegra molt més ràpidament un que l’altre. Concretament, si tinguéssim 1000 kg de plutoni-238, al cap de 1.100 anys només ens en quedarien 100 grams. En canvi, si parléssim de carboni-14, necessitarem 75.800 anys per arribar als mateixos 100 grams.
Aquesta diferència tan gran prové d’una característica de cada isòtop que anomenem vida mitjana, és a dir, el temps necessari perquè es desintegrin la meitat dels àtoms radioactius que tenim. Conèixer aquesta propietat és important per la seguretat i, a més, té aplicacions pràctiques com datar jaciments arqueològics. Tornant a l’exemple, el plutoni-238 i el carboni-14 tenen una vida mitjana de 87 i 5.700 anys, respectivament.
3. La radioactivitat és un fenomen aleatori, de 100 àtoms no podem saber quin serà el proper en desintegrar-se ni quan ho farà. Però, sí que sabem quan s’hauran desintegrat la meitat dels àtoms inicials. Aquest temps és la vida mitjana i és característic de cada isòtop i pot variar de segons a milions d’anys.
En conclusió, qualsevol mètode per emmagatzemar residus nuclears d’alta activitat, com les barres de combustible d’urani gastades, ha de garantir la seguretat durant milers d’anys. De fet, l’urani té una vida mitjana de 4.500 milions d’anys, gairebé un terç de l’edat de l’univers.
Onkalo
Actualment, la solució més acceptada i viable al problema dels residus nuclears és l’emmagatzematge geològic profund, que consisteix a dipositar els residus a més de 200 metres sota terra en entorns geològicament estables. La finalitat d’aquest mètode és confinar el material tòxic d’una manera segura durant milers d’anys i sense necessitat de manteniment. Tanmateix, de moment només s’ha utilitzat per materials tòxics no radioactius com el mercuri, el cianur o l’arsènic.
Tot i que és cert que existeixen exemples d’emmagatzematge geològic profund de residus radioactius amb mals resultats, per exemple a una antiga mina de sal d’Alemanya, no ha estat fins ara que s’ha trobat una estratègia que sí garantirà la seguretat. Durant els propers dos o tres anys, entrarà en funcionament el primer magatzem de residus nuclears definitiu del món*, que ha estat batejat amb el nom d’Onkalo –mot que en finès vol dir “cavitat”.
4. Mapa de Finlàndia amb la localització de la central nuclear d’Olkiluoto i el Dipòsit de combustible nuclear gastat Onkalo (vermell) i Hèlsinki (negre).
Onkalo està situat a prop de la central nuclear d’Olkiluoto, a la costa oest de Finlàndia. Precisament, aquest 12 de març de 2022 Olkiluoto ha estrenat el seu tercer reactor i, juntament amb els altres dos, es preveu que sigui capaç de proporcionar el 36% d’energia de tota Finlàndia.
Què és el més impactant d’Onkalo?
Onkalo és una xarxa de túnels que penetra el sòl fins a una profunditat de 430 metres sota la superfície amb una capacitat per emmagatzemar definitivament 6.500 tones de combustible nuclear gastat –com a referència, Finlàndia en té 2.300 tones pendents d’emmagatzemar. Tanmateix, el més sorprenent d’aquestes instal·lacions és que estan dissenyades per contenir la radioactivitat durant 100.000 anys! Com a referència, fa 100.000 anys, estàvem a l’inici de l’últim període glacial, tres rius creuaven l’actual Sàhara i la Terra estava habitada per Homo sapiens i altres homínids com els neandertals i els denissovans.
5. Esquema del sistema de túnels d’Onkalo, totes les ramificacions es troben a més de 400 metres de profunditat i en total sumen 10,8 km de llargada
Estem parlant a una escala de temps pràcticament geològica, per això li he volgut preguntar a en Manel, del projecte de divulgació de ciències de la Terra Repedra, com podem saber que l’emplaçament d’Onkalo serà segur durant tot aquest temps?
Què ens diuen les roques?
L’escala geològica sobrepassa l’escala humana i és difícil imaginar com una zona pot ser segura durant 100.000 anys. Per això, l’empresa responsable de la construcció d’Onkalo va fer un estudi geològic basat en quatre grans aspectes.
En primer lloc, pel que fa a la litologia, les roques de la zona es basen en gneissos i granits, similars als que podríem trobar al Cap de Creus. Els gneissos són roques d’alt grau metamòrfic, és a dir, roques que a causa de canvis de pressió i temperatura han modificat la seva estructura mineral. En canvi, els granits són roques ígnies que es van formar pel refredament d’un magma a l’interior de la Terra. Tot això indica que Onkalo se situa en un entorn de roques dures i potents amb propietats estanques, que tenen la capacitat de no deixar fluir els líquids i contenir la radioactivitat.
6. Imatges de les roques d’Onkalo: A) Gneis amb miques B) Granit pegmatític
En segon lloc, la zona d’Onkalo va patir una extensa alteració hidrotermal, lligada a fases d’activitat magmàtica. L’alteració va produir la transformació dels minerals originals i va reomplir porositat i fractures, que ha acabat generant una zona impermeable i més resistent a la pressió.
Una zona estable
A més, es va observar que hi ha hagut cinc grans estadis de deformacions de la zona, on s’han produït plegaments, replegaments i rotacions que han donat lloc a una geologia estable i segura.
Finalment, també ha estat molt rellevant considerar les falles i fractures de l’entorn per evitar que les instal·lacions les travessessin. Tot i això, cal dir que aquestes falles són estables sota els esforços actuals i futurs. Per exemple, davant d’una hipotètica futura glaciació, on l’augment del permagel i la creació de glaceres podrien canviar els esforços del terreny, que podrien reactivar o formar falles i fractures.
Però evidentment, la geologia de la zona és només l’última barrera de contenció per evitar que els éssers vius del futur entrin en contacte amb nivells perillosos de la nostra radioactivitat. Per això, Onkalo utilitzarà un sistema per mantenir la seguretat del combustible nuclear anomenat KBS-3. Curiosament, aquesta tecnologia s’ha desenvolupat a partir d’observar algunes fonts de radioactivitat naturals que no han contaminat el seu entorn, com el reactor de fissió nuclear natural d’Oklo –a Gabon, a l’Àfrica central– o la mina d’urani de Cigar Lake al Canadà.
Si en vols saber més de les barreres de seguretat…
La tecnologia KBS-3 utilitza diverses capes de seguretat per contenir els residus nuclears. En primer lloc, les barres de combustible nuclear gastades, formades en un 96% d’òxid urani sòlid, es deixen refredar de 30 a 50 anys en instal·lacions controlades. Durant aquest temps, la calor que generen es redueix radicalment i els elements amb vida mitjana més baixa es desintegren, de manera que el material perd molta radioactivitat.
Aleshores, les barres d’urani s’introdueixen en càpsules de ferro en una atmosfera inerta de gas argó per evitar l’oxidació del metall. Tot plegat va envoltat d’una carcassa de coure resistent a la corrosió, que es diposita en forats excavats al granit dins dels túnels més profunds d’Onkalo, juntament amb un farciment d’argila de bentonita. Aquesta bentonita absorbiria aigua d’infiltracions i evitaria el creixement microbià, per acabar de completar una estructura extremadament segura.
A tot això cal afegir que els residus van perdent radioactivitat amb el pas del temps, de manera que davant d’una eventual fallida de totes les barreres de seguretat, els nivells de radioactivitat capaços d’assolir l’exterior serien insignificants
No deixar ni rastre
Es preveu que cap al 2120, Onkalo assoleixi el màxim de capacitat de 6500 tones de residus nuclears. Aleshores començarà el procés de tancament de les instal·lacions que consistirà a omplir els túnels d’argila de bentonita, capaç d’absorbir l’aigua, segellar-los amb murs de formigó i la demolició i readaptació de totes les estructures de la superfície. En definitiva, en un futur no quedarà cap rastre visible d’Onkalo.
El primer de molts
La construcció d’aquestes instal·lacions a Finlàndia és un important precedent en la gestió dels residus nuclears i suposa un canvi de paradigma en la indústria. De fet, aquest mateix gener de 2022, Suècia ha aprovat la construcció del seu magatzem geològic profund de residus nuclears 100 km al nord d’Estocolm i països com el Regne Unit, els Països Baixos, Alemanya i Suïssa estan en procés de cerca d’un emplaçament adient per construir-hi el seu.
8. La lapònia finlandesa a l’hivern. Fotografia d’Ariadna Pujol Regull.
Ja per acabar…
Onkalo serà el primer exemple de repositori permanent de residus nuclears en funcionament i l’evidència científico-tecnològica diu que serà segur durant milers d’anys enfront de fenòmens físics, químics, biològics i geològics. Ara bé, ho serà per les civilitzacions del futur que en desconeguin la funció? Voldran fer-hi excavacions arqueològiques al trobar-hi estructures anòmales?
No ho sabem i tampoc hi ha manera d’advertir-los del perill, hem d’assumir que qualsevol llengua i simbologia actual serà desconeguda. Però encara que poguéssim, farien cas de les nostres advertències? I tu, obriries una caixa que diu: “NO OBRIR, PERILL DE MORT”? La curiositat humana és infinita i si això funcionés, totes les mòmies egípcies encara serien dins dels seus sarcòfags.
Extra: Repedra, divulgació de ciències de la Terra
Si t’ha interessat l’aspecte geològic, no pots perdre’t el projecte Repedra d’en Manel, que ha estat autor dels paràgrafs on es parla estrictament de geologia! Pots seguir-lo a Twitter i Instagram.
* Existeixen tres magatzems geològics profunds per a materials radioactius: Morlseben (Alemanya), Schacht Asse II (Alemanya) i WIPP (EUA), però cap d’ells disposa de la tecnologia d’Onkalo. A més, s’hi emmagatzemen recursos de baixa i intermèdia activitat (als alemanys) o residus d’alta activitat provinents d’armament nuclear (a l’estatunidenc), en canvi, Onkalo guardarà residus d’alta activitat provinents de centrals nuclears.
Per saber-ne més
Science – Final resting place
Wikipedia – KBS-3
Geographics – Onkalo: Finland’s 100,000 Year Nuclear Tomb
3. Modificat del Ministeri de l’Entorn del Govern del Japó
4,7. Modificat de Wikimedia Commons amb llicència Creative Commons
5. Obtingut de Montonen et al. 2020
6. Obtingut de l’informe geològic de Posiva Oy
