#4130 - De l’origen còsmic de l’urani al seu ús nuclear
Context i fil conductor de l’episodi En aquesta entrega d’El Quiosc a Ràdio l'Hospitalet de l'Infant, el divulgador científic Javier Castelló explica, de manera amena i molt pedagògica, d’on surt l’urani, com es distribueix a la Terra, com es transforma en combustible nuclear i què passa amb aquest combustible un cop “gastat”. Pel camí, apareixen temes relacionats com el gas radó, el càncer de pulmó i el tabac. 1. Origen còsmic de l’urani i presència a la Terra • L’urani es forma en explosions de supernoves i queda incorporat a la nebulosa que dona lloc al Sol i als planetes. • Una part d’aquest urani acaba als planetes rocosos, entre ells la Terra, on queda escampat per tota l’escorça, amb concentracions variables. Distribució geològica • On hi ha granit, normalment hi ha més concentració d’urani. • En desintegrar-se, l’urani genera una cadena de productes radioactius, entre ells el radó, un gas radioactiu. • Hi ha zones d’Espanya amb alta presència de radó (Galícia, serralada de Gredos, zona de Madrid, parts del Maresme), on la normativa d’edificació obliga a protegir les cases contra el radó. “Tu no pots fer una casa de qualsevol manera avui en dia. S’ha de protegir de disseny en front d’aquest gas radioactiu natural.” Radioactivitat natural i vida • L’urani és radioactiu d’entrada (sobretot l’isòtop U-238). Té un temps de semidesintegració de milers de milions d’anys, per tant sempre hi ha hagut urani radioactiu a la Terra. • La vida s’ha desenvolupat sempre envoltada de radioactivitat natural: - urani i radó - potassi-40 - carboni-14, etc. • L’emissió de l’urani natural és baixa, i hem conviscut amb aquesta radioactivitat des de l’origen de la vida. 2. El gas radó i el càncer de pulmó Què és i d’on surt el radó? • El radó és un gas noble radioactiu que es genera com a part de la sèrie de desintegració de l’urani i del tori. • No “apareix” perquè una habitació estigui mal ventilada; ja surt del terreny, i si l’espai està poc ventilat, el gas s’acumula a l’interior. • Com que l’urani està “a tot arreu” (roques, sòl, fins i tot en traça als nostres ossos), sempre es genera una certa quantitat de radó. Efectes sobre la salut • El radó és emissor alfa. Les partícules alfa no travessen la pell, però quan inhalem el gas: - El radó passa als pulmons. - Allà la radiació alfa pot danyar les cèl·lules pulmonars. • A altes concentracions i exposició crònica, el radó pot contribuir al càncer de pulmó. • Tot i així, aprox. el 90% dels càncers de pulmó són causats pel tabac. La resta es reparteix entre: - contaminants atmosfèrics - exposició a radó • Castelló recorda que venim d’una època en què es fumava massivament en espais tancats, incloses universitats, fet que dificulta molt separar estadísticament l’efecte del radó i el del tabac. 3. Tabac, radioactivitat i tòxics Tot i que el tema principal és l’urani, la conversa deriva cap al tabac. Poloni-210 en el fum del tabac • El tabac conté poloni-210 (P-210), un element radioactiu descobert per Marie Curie. • Té una densitat similar al plom i és emissor de partícules alfa. • Quan el cigarret crema, la temperatura el fa volàtil i passa al fum, que inhalen: - fumadors actius - fumadors passius (criatures, gent gran, persones amb asma, etc.) • Aquest poloni s’acumula als pulmons i, junt amb la resta de tòxics del tabac, augmenta el risc de càncer. Als CAP hi ha pòsters amb la llista de substàncies tòxiques del tabac, i una d’elles és “P-210”, el poloni-210. Promesa d’un programa futur • La conductora proposa dedicar una futura entrevista a tots els components tòxics del tabac. • Castelló suggereix portar-hi també un expert en tòxics, el Dr. Durán, per parlar de les malalties associades. 4. Mines d’urani i comerç internacional Mines d’urani a Espanya • Històricament, a Espanya hi ha hagut mines d’urani a: - província de Còrdova - zona sud de Salamanca (pròxim a Càceres) • Aquestes mines es van tancar per falta de rendibilitat: la concentració i la geologia no feien viable seguir extraient-hi urani. • Una empresa minera australiana va mostrar interès a reobrir mines després de la pandèmia o poc abans, però finalment no es va reactivar l’extracció. D’on s’importa l’urani? • Actualment, Espanya compra l’urani a l’exterior. Els grans productors són: - Kazakhstan - Rússia - Congo - Austràlia - Estats Units, entre altres. • El que es compra és mineral d’urani, que després cal enriquir abans d’usar-lo en reactors nuclears. 5. Urani-235, fissió i enriquiment Diferència entre U-238 i U-235 • L’urani natural és, bàsicament: - ~99,3% U-238, que no fissiona fàcilment amb neutrons tèrmics. - ~0,7% U-235, que sí fissiona i allibera molta energia. • Trencar un sol àtom d’U-235 allibera aproximadament 200 milions d’unitats d’energia. • En comparació, cremar un àtom de carbó en una combustió convencional només genera unes 4 unitats d’energia. La densitat energètica de l’urani-235 és, doncs, incomparablement més alta que la dels combustibles fòssils. Reactors d’urani natural vs urani enriquit • Amb només un 0,7% d’U-235, els reactors d’urani natural han de ser molt grans per funcionar (com passava a Vandellós I). • Per això, la tecnologia moderna utilitza urani enriquit, on la proporció d’U-235 s’eleva a entre el 3% i el 7% (per a reactors comercials). • És tècnicament possible arribar a enriquiments del 90% o més, però això requereix un cost energètic i tecnològic molt elevat. Aquests nivells alts interessen sobretot per a usos militars (bombes atòmiques). Enriquiment i risc de proliferació • L’enriquiment es fa amb centrífugues que separen els isòtops per diferència de massa (238 vs 235). • Com més etapes de centrifugat hi ha, més alt és l’enriquiment; per això la comunitat internacional es preocupa pel nombre de centrifugadores d’alguns països (indicador d’aspiracions militars). 6. El cicle del combustible nuclear: de França a Salamanca Planta d’enriquiment a França • Espanya no disposa de plantes d’enriquiment. L’urani es enriqueix a l’estranger, principalment a França. • L’empresa Eurodif és un consorci europeu en què participen diversos països (Holanda, França, Anglaterra, Suïssa, Espanya...). • A la zona entre Valence i Lió, a França, hi ha grans instal·lacions nuclears: - Un dels reactors d’uns 1.000 MW està dedicat gairebé exclusivament a subministrar energia a la planta d’enriquiment (les centrífugues consumeixen moltíssima electricitat). Fase química: de sòlid a gas i de gas a ceràmic • Per poder centrifugar l’urani, primer es transforma en hexafluorur d’urani (UF₆), que és gas a temperatures adequades. • Després de l’enriquiment, s’inverteix el procés i el material torna a formes sòlides, fins arribar a òxid d’urani, que és ceràmic i adequat per a l’ús en reactors. Fàbrica de combustible a Salamanca • A prop de Salamanca hi ha l’empresa ENUSA, que es dedica a fabricar el combustible nuclear per a les centrals espanyoles. • L’urani enriquit arriba a ENUSA en forma de pols d’òxid d’urani, en bidons, no en sacs. • A la fàbrica: - Es premsa la pols per formar petites pastilles ceràmiques (semblants a didals). - Aquestes pastilles s’introdueixen, una sobre l’altra, dins d’un tub metàl·lic allargat (veina), d’uns 4 metres de longitud. - Diverses veines s’agrupen per formar un element combustible nuclear. • A l’interior de cada veina hi ha un gas que manté un espai controlat entre la pastilla i la paret, per copsar l’expansió per temperatura i garantir una bona transmissió de calor. 7. Transport del combustible: seguretat física i radiològica Regulació internacional del transport • El transport de matèries perilloses (explosius, tòxics, radioactius...) està regulat per reglaments internacionals diferents segons el mitjà: - transport per carretera - transport marítim - transport per ferrocarril • Dins aquests reglaments, un capítol específic (el setè, en el cas esmentat) tracta el transport de materials radioactius i nuclears. Acompanyament policial i vigilància • Quan es fa una recàrrega de combustible a una central nuclear, l’element combustible nou surt en tràilers des de Salamanca. • Aquests combois són transport de material fissionable, sensible des del punt de vista de seguretat (perquè es podria voler robar per fer-ne un mal ús). • Per això: - El transport va acompanyat per la força pública. - En territori sense policia autonòmica pròpia, l’escorta és de la Guardia Civil. - En entrar a Catalunya, l’acompanyament passa a ser dels Mossos d’Esquadra. - El control radiològic addicional és responsabilitat de la Generalitat, a través del Servei de Coordinació d’Activitats Radioactives (SCAR). • Aquest seguiment es manté fins a la porta de la central nuclear, on la instal·lació assumeix el control. Protecció del combustible nou • Quan s’inspeccionen i es manipulen els elements combustibles nous dins la central, el personal no porta vestimenta d’“astronauta”. • La protecció que es fa servir és bàsicament per no contaminar el combustible: - bata de treball - guants de cotó (“de primera comunió”), per evitar deixar greix o brutícia sobre les vaines. • Qualsevol impuresa sobre la superfície podria dificultar la transmissió de calor de la pastilla a la veina i, a llarg termini, provocar fissures i fuites de gasos radioactius. La prioritat en aquesta fase no és protegir l’operari del combustible, sinó protegir el combustible de l’operari. 8. El combustible “gastat” i el reprocessament Què passa dins del reactor • Quan el reactor funciona: - Els àtoms d’U-235 es trenquen (fissionen), produint fragments altament radioactius i neutrons. - Els neutrons alliberats poden ser absorbits per àtoms d’U-238, transformant-los en plutoni-239 (Pu-239). • El Pu-239 també és un material fissible, capaç de produir energia en reactors i susceptible d’ús militar. • A la natura no hi ha mines de plutoni-239, ja que el seu temps de semidesintegració és de desenes de milers d’anys, i el que es va formar en l’origen del sistema solar ja ha desaparegut. Per tant, el plutoni actual es fabrica als reactors. Combustible irradiat vs “gastat” • El combustible que ha estat al reactor s’anomena habitualment “combustible gastat”, tot i que encara conté urani i plutoni reutilitzables. • Castelló prefereix dir-ne “combustible irradiat” (exposat a neutrons), perquè el terme “gastat” és enganyós: hi queda energia aprofitable. Emmagatzematge en piscines • El combustible irradiat és altament radioactiu i genera molt de calor. • Per gestionar-lo, les centrals disposen de piscines de combustible gastat, que: - proporcionen refrigeració (l’aigua absorbeix el calor). - serveixen de blindatge radiològic (l’aigua atenua molt la radiació). - faciliten la manipulació remota (amb pont-grua), sense necessitat d’equips exagerats. • A més, l’aigua de la piscina i altres sistemes actuen com a control de la reactivitat, evitant que el material pugui tornar a entrar en situació de criticitat. El projecte de reprocessament • Les piscines es van dissenyar, en origen, amb la idea que el combustible irradiat s’hi quedaria un temps limitat, fins que es pogués enviar a plantes de reprocessament. • En el cas de Vandellós I, el combustible irradiat s’enviava a una planta francesa, a La Hague (Normandia), fruit d’un acord hispano-francès. • Allà es feia el reprocessament: - Es recuperava l’urani (235 i 238) no consumit. - S’extreia el plutoni-239 format. - Es separaven altres elements d’interès. - La fracció restant, altament radioactiva, es vitrificava (barrejada amb vidre fos) per immobilitzar-la i fer-ne més segur l’emmagatzematge a llarg termini. • Tot aquest procés té un cost econòmic molt elevat: - França cobra per custodiar, processar i emmagatzemar temporalment els residus. - Quan el reprocessament ha acabat, el país d’origen rep de tornada els residus vitrificats, que continuen essent seva responsabilitat. 9. Tancament i línies futures • L’entrevista es queda curta i molts aspectes del cicle complet del combustible nuclear queden per aprofundir en futurs programes. • S’acorda reprendre el tema l’any vinent i també dedicar una sessió específica a: - els components tòxics del tabac - la conscienciació de la població fumadora perquè entengui que “no s’està fent cap favor”. • El programa acaba amb felicitacions de Bones Festes i amb el compromís de tornar a parlar tant d’energia nuclear com de salut pública.
