CONTEXTO HISTÓRICO Y NORMATIVO DEL GDF

Historia de la gestión de residuos radiactivos

Primeros métodos (años 50-60): Vertido en océanos o almacenamiento superficial. Lecciones: migración inesperada y críticas ambientales.

Evolución hacia la disposición geológica: Canadá y Suecia iniciaron estudios en los 70; Finlandia perforó el proyecto ONKALO en 2004.

Hitos internacionales: IAEA publica el primer “Safety Fundamentals” (1994); en 1997, la OECD/NEA establece principios de respaldo geológico.

Marco regulatorio internacional

IAEA y estándares: GSR Part 5 (2006) define requisitos para almacenamiento y eliminación final.

OECD/NEA y acuerdos bilaterales: Guías complementarias para evaluación de desempeño y revisión por pares.

Benchmarking de requisitos: Países con GDF avanzados (Suecia, Finlandia) muestran cumplimiento de < 0,1 mSv/año en modelos de cálculo.

Legislación europea y nacional

Directivas UE: 2011/70/Euratom obliga a elaboración de programas nacionales de gestión.

Leyes y reglamentos españoles: Real Decreto 1891/1991 regula las instalaciones radiactivas; en 2020 se creó la Estrategia de Gestión de Residuos Radiactivos.

Órganos de supervisión: CSN en España, ASN en Francia, SSM en Suecia.

Gobernanza y participación ciudadana

Modelos de voluntariado local: Finlandia estableció acuerdos con el municipio de Eurajoki; la minería de granito convino a la comunidad.

Mecanismos de consulta pública: Foros de debate, talleres territoriales y encuestas; esencial para dar “consentimiento informado”.

Percepción social: Encuestas Eurobarómetro revelan 60 % de apoyo condicionado a transparencia y garantía de sellado seguro.

Los países pioneros demuestran que un GDF exitoso depende tanto de la certidumbre científica (modelos de migración, barreras multibarrera) como de la aceptación social. Suecia y Finlandia avanzan gracias a un enfoque de “consentimiento informado” y entornos geológicos de bajo flujo de agua, reduciendo el riesgo de migración de radionúclidos a menos de 10?? m/s en las formaciones escogidas.

CARACTERIZACIÓN DE RESIDUOS Y BARRERAS DE SEGURIDAD

Tipología y propiedades de residuos de alta actividad

Combustible gastado: Núcleo de uranio enriquecido, genera calor ~ 10 kW/tonelada tras 50 años.

Residuos de reprocesamiento: Compuestos líquidos y sólidos vitrificados; actividad inicial ~ 10¹? Bq/m³.

Subproductos médicos e I+D: Menor volumen pero alta concentración isotópica (Co-60, Cs-137).

Propiedades fisicoquímicas: Alta corrosión por generación de calor y radiactividad; requieren matricería vítrea para inmovilizar ^137Cs y ^90Sr.

Concepto de barreras multibarrera

Barrera geológica (roca huésped): Formaciones con porosidad < 1 % y permeabilidad < 10?¹? m² (ej. arcillolita de 100 m de espesor, granito macizo a 500 m).

Backfill artificial (bentonita): Montmorillonita con baja permeabilidad (< 10?¹? m² tras compactación), mantiene pH estable y limita flujo de agua.

Contenedores de residuos: Aleaciones de acero-cobre: capa exterior de cobre (espesor 50 mm) para resistencia a corrosión, interior de acero para soportar carga mecánica.

Interacción multibarrera: Modelos THMC (termo-hidro-mecánico-químico) simulan transferencia de calor, deformación y reacción química durante 1 M años.

Movilidad de radionúclidos en la geosfera

Mecanismos de migración: Difusión molecular en fase acuosa, dispersión advectiva en fracturas, retención por sorción en minerales arcillosos.

Interacciones suelo-agua: Especies de uranio (VI) se reducen en contacto con materia orgánica y sulfuro produciendo uraninita (UO?).

Modelos de laboratorio y campo: Ensayos en Cigar Lake (Canadá) miden difusividad de ^36Cl (10?¹² m²/s) en granito alterado.

SELECCIÓN DE EMPLAZAMIENTO Y ESTUDIOS GEOLÓGICOS

Criterios geológicos esenciales

Estabilidad estructural a largo plazo: Zonas con tectónica inactiva > 10 M años, sin riesgo de grandes fallas.

Propiedades litológicas: Roca argilosa con baja fracturación (< 5 redes/m²) o granito con fracturas selladas.

Historia geodinámica: Períodos de glaciaciones anteriores sin evidence de flujo de agua activo.

Estudios geotécnicos y perforaciones

Métodos de sondeo: N-muestreo rotatorio continuo en arcillolitas, test de núcleo en granito.

Ensayos in situ de resistencia: Pruebas de carga uniaxial (??–??) e índices de confianza (Rf > 80 %) para rocas duras.

Modelización geomecánica 3D: Software SIG-BIM integrado con petrofísicas para prever distribución de tensiones a 500 m de profundidad.

Análisis hidrogeológico detallado

Cartografía de acuíferos profundos: Identificación de pliegues y diaclasas que permitan flujo limitado (< 10?? m/s).

Simulaciones de transporte: Modelos MODFLOW calibrados con trazadores (^3H, ^36Cl) para estimar tiempo de viaje > 10? años.

Riesgos naturales: Evaluación de sismicidad con magnitudes máximas Mw ? 6.0 en un radio de 100 km; potencial de terremotos remotos mitigado por 500 m de roca sorda.

DISEÑO DE BARRERAS NATURALES Y ARTIFICIALES

Barrera geológica — roca huésped

Porosidad y permeabilidad: Arcillolitas de Finnish ONKALO (0,5 % porosidad; K < 10?¹? m/s) garantizan retención a largo plazo.

Integridad geoquímica: Comportamiento estable en pH 7–8; ausencia de minerales solubles.

Formaciones comparadas: Granito macizo de Olkiluoto (Finlandia) vs. arcilla de Bure (Francia).

Barreras de backfill

Bentonita compactada: Densidad 1,6 g/cm³; permeabilidad reducida a 10?¹? m/s; compatible con aguas salinas y pH 8.

Cementos de baja alcalinidad: Evitan alteración química de bentonita; reducen pH inicial a < 11.5.

Ensayos de compatibilidad: Proyectos FEBEX (España) y Mont Terri (Suiza) validan durabilidad a 100 °C y 15 MPa.

Contenedores de residuos

Acero-cobreado: Cobre exterior (50 mm) resistente a corrosion anaeróbica; acero interior (150 mm) para resistencia mecánica.

Dimensiones críticas: Diámetro estándar de 1,2 m, longitud 5 m para albergar insertos vitrificados de hasta 350 kg de residuo.

Modelos de corrosión acelerada: Pruebas con agua sintética muestran tasa < 1 µm/año de corrosión en cobre.

CONSTRUCCIÓN SUBTERRÁNEA Y OPERACIÓN

Técnicas de excavación

TBM (Tunnel Boring Machine) vs. voladura:

TBM: Precisión en túneles de 6 m de diámetro; menor vibración; coste ~ 12.000 €/m lineal en granito.

Voladura controlada: Economías en roca blanda (arcillolita); mayor flexibilidad en curvas pero más impacto ambiental.

Sistemas de soporte y monitoreo

Pernos y anclajes: Pernos de 25 MPa de pretensado, revestidos con resina epoxi.

Hormigón proyectado de baja alcalinidad: Espesor 50 mm para evitar interacción química con bentonita.

Instrumentación geotécnica: Cintas extensométricas (deformación 0,1 mm), celdas de presión hasta 10 MPa, monitorización remota con SCADA.

Gestión de aguas y ventilación

Drenaje temporal: Pozo de 20 m de profundidad con bomba sumergible — caudal Q < 5 L/min para mantener seco el túnel.

Tratamiento de efluentes: Filtrado físico-químico para pH 7, eliminación de sólidos < 5 µm.

Ventilación en túneles: Caudal de diseño 0,2 m³/s por trabajador; filtros HEPA con cambio cada 6 meses para evitar acumulación de radón.

Instalación de residuos y sellado operativo

Recepción e inspección: Verificación con detector gamma (< 0,5 µSv/h externo) y escáner láser de contenedor para comprobar integridad.

Manipulación remota: Carros automatizados guiados por láser colocan cada contenedor en cámara a 500 m de profundidad.

Relleno y compactación: Backfill de bentonita-pirofilita con densidad objetivo 1,6 g/cm³; compactación por tambores vibratorios hasta 200 kg/cm².

Sellado definitivo: Material compuesto de bentonita y cemento de baja alcalinidad; test de permeabilidad final < 10?¹? m/s.

MONITORIZACIÓN Y VIGILANCIA POST-CIERRE

Instrumentación radiológica y geotécnica

Sensores en túnel: Detectores de radiación gamma (HPGe) con umbral 0,01 µSv/h, piezómetros profundos que miden presión hasta 100 bar.

Red IIoT/SCADA: Datos transmitidos cada 60 s a centro de control en superficie; alarmas configuradas si > 0,02 mSv/año proyectado.

Robots de inspección: Drones subterráneos equipados con radiómetro y laser scanning 3D, permiten revisión sin intervención humana.

Vigilancia ambiental a largo plazo
Muestreo de agua: Puntos de referencia cada 500 m alrededor; análisis semestral de ^36Cl, ^129I, radionúclidos traza.

Control de biota: Uso de musgos y líquenes como bioindicadores; análisis anual de organismos para concentración de radionúclidos < 10 Bq/kg.

Reportes periódicos: Informes públicos cada 5 años, comparando datos con límites de fondo y criterios regulatorios.

Planificación post-cierre y memoria del sitio

Transición a seguridad pasiva: Sellado final tras 50 años de operación; responsabilidades transferidas a agencia estatal (ej. NDA en Reino Unido).

Conservación de la memoria: Señalización multigeneracional (pictogramas, mensajes trilingües) y archivos digitales cifrados en múltiples plataformas.

Gestión de incertidumbres: Actualización cada 100 años de FEPs (Features, Events & Processes), reevaluación de impacto con nuevos datos.

CASOS PRÁCTICOS INTERNACIONALES

ONKALO (Finlandia)

Emplazamiento: Roca granítica de 1.800 M años; perforaciones exploratorias desde 2004.

Diseño: Galerías a 400–450 m de profundidad; TBM en secciones de 7 m de diámetro.

Estado: Fase operativa de investigación geológica; previsto inicio de disposición de combustible en 2023.

Lecciones aprendidas: La baja permeabilidad (< 10?¹³ m/s) y la aceptación comunitaria lograda por acuerdos de voluntariado garantizan viabilidad.

Cigéo (Francia)

Emplazamiento: Arcillolita de 160 M años en Bure; flujo subterráneo < 10?¹³ m/s.

Diseño: Salas de 75 m de largo, 15 m de ancho, 70 m de altura; backfill de bentonita y barito.

Estado: Fase piloto con galería de ensayo; aprobación ambiental y social en 2020.

Lecciones aprendidas: Importancia de una fuerte comunicación pública y modelización THC para validar comportamiento ante glaciaciones.

CONCLUSIONES OPERATIVAS

Defensa en profundidad imprescindible: Integrar barrera geológica (roca con K < 10?¹³ m/s), backfill de bentonita (K < 10?¹? m/s) y contenedores de acero-cobre para asegurar aislamiento durante 10?–10? años.

Selección rigurosa del emplazamiento: Estudios geológicos 3D, modelización hidrogeológica y análisis sismotectónico deben confirmar estabilidad a largo plazo.

Participación social y transparencia: Modelos de “voluntarismo comunitario” y consulta pública aseguran aceptación; la memoria del sitio debe preservarse multigeneracionalmente.

Monitoreo continuo y flexibilidad: Sistemas IIoT/SCADA y robots subterráneos minimizan riesgos operativos; protocolos emergentes (actualización FEPs) deben revisarse periódicamente.

Lecciones de ONKALO y Cigéo: Los proyectos líderes muestran que un GDF viable combina excelencia técnica con gobernanza sólida, financiación segura (fideicomisos y garantías estatales) y comunicación clara.

Nota de complemento: Para profundizar en estándares IAEA, consulte “Siting of Geological Disposal Facilities” (IAEA SSG-29) y “Safety Case for Geological Disposal Facilities” (IAEA SSG-31).

Autoría: Fernando López – Ingeniero Geólogo Nuclear con experiencia en GDF y seguridad radiológica

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