Uranio altamente enriquecido: menos es más

Las iniciativas internacionales para reducir el uso de uranio altamente enriquecido (HEU, por sus siglas en inglés) ameritan el apoyo incondicional, pero la conversión a uranio poco enriquecido (LEU, por sus siglas en inglés) a menudo es un proyecto difícil. Los reactores de investigación emplean una serie de diseños que se utilizan para propósitos distintos, y diversos países difieren sobre cómo se debe realizar la conversión. En mi propio país, Kazajistán, se han puesto en práctica planes preliminares para convertir el combustible a LEU en tres reactores de investigación. Pero el avance no ha sido tan rápido como pudiera haberlo sido.

¿Por qué? Para responder a la pregunta, uno debe entender la burocracia alrededor de los reactores de investigación de Kazajistán, los cuales pertenecen y operan bajo entidades gubernamentales. Dos de los cuatro reactores de investigación del país, conocidos como IVG e IGR, son propiedad del Centro Nuclear Nacional y son operados por una de las divisiones del Centro, el Instituto de Energía Atómica, que también es mi empleador. El tercer reactor es propiedad del Instituto de Física Nuclear, una entidad separada del Centro Nuclear Nacional. El cuarto reactor está cerrado por un plazo indefinido, tras haberle descargado el combustible y no sirve ningún propósito en términos de la conversión.

La conversión a LEU debe ser aprobada por dos oficinas gubernamentales — la Agencia de Energía Atómica, quien regula los reactores y supervisa temas tales como permisos y seguridad, y también por el Ministerio de Industria y Nuevas Tecnologías. El ministerio ha aprobado la conversión en los reactores IVG e IGR. Pero la Agencia de Energía Atómica (que pronto se reorganizará como el Comité de Energía Atómica) no ha dado su aprobación. La agencia sólo dará su aprobación a la conversión si el diseñador principal y el gerente de investigación de las instalaciones están de acuerdo con los cambios en los reactores; las leyes y regulaciones kazajas requieren, para las decisiones acerca de la conversión de LEU, que se involucren los diseñadores principales y los gerentes de investigación de cada uno de los reactores.

Y aquí se complican aún más las cosas porque estos mismos no son entidades kazajas. Al contrario, debido a los orígenes soviéticos de los reactores, son entidades estatales rusas que ahora tienen un rol mínimo en la operación de los reactores. Más concretamente, las acciones de los diseñadores principales y los gerentes de investigación hasta ahora no han sido coordinadas por una sola entidad en Rusia, dejando que el Instituto de Energía Atómica se coordine entre ellos. Pero esto va más allá de la capacidad del instituto de coordinar las acciones de entidades en otro país.

Aquí es útil recordar la estructura organizativa que fue utilizada cuando se establecieron los reactores de investigación por primera vez en Kazajistán. Todo el trabajo se realizó bajo el liderazgo unificado del ministerio soviético a cargo de la ciencia nuclear, energía e industria. Tanto el gerente de investigación, como el diseñador principal y la organización para la operación eran parte de este ministerio y estaban conectados por una serie de obligaciones y responsabilidades claras. Este sistema interactivo ayudó a crear los sectores científicos e industriales más avanzados en la Unión Soviética, y una de las industrias más avanzadas de energía nuclear en el mundo. Lamentablemente, el gobierno kazajo, sin mencionar el Instituto de Energía Atómica, carece de las capacidades que poseía el anterior ministerio soviético.

Ante todo esto, los representantes de la Iniciativa Global para la Reducción de Amenazas, un proyecto de EE.UU. para la minimización de HEU, han intentando trabajar con otra entidad, los fabricantes rusos de combustible para reactores. El plan sería que el suministrador de combustible desarrollara combustible de LEU que permitiese la conversión en los reactores. Pero aunque esto resuelva algunos problemas técnicos, no resolvería los problemas burocráticos. De todas formas, se requeriría la participación completa del diseñador principal y del gerente de investigación.

El Instituto de Energía Atómica ahora está intentando evitar estos problemas negociando con los suministradores de combustible para reactores, con la esperanza de que el suministrador se responsabilice de la coordinación entre todas las entidades rusas involucradas. Efectivamente, en el reactor kazajo de investigación, operado por el Instituto de Física Nuclear, los esfuerzos para la conversión avanzan sin complicaciones, precisamente porque el productor estatal ruso de combustible está coordinado con las entidades rusas más relevantes.

La solución ideal para el proceso de conversión de Kazajistán podría haber sido que los representantes del gobierno de EE.UU. establecieran más enlaces con los funcionarios de Rusia, alentando al gobierno ruso a interesarse verdaderamente en el trabajo — aceptando la responsabilidad de todos los aspectos del proceso de conversión que requieren la experiencia del gerente de investigación, diseñador principal y fabricante de combustible rusos. Al fin y al cabo, la conversión no puede proceder sin esa clase de cooperación intergubernamental. En todo caso, la experiencia de conversión kazaja sirve como ejemplo de los problemas a los que los reactores hacen frente cuando intentan minimizar su uso de uranio altamente enriquecido.

Cerca de un 85 % de los procedimientos de medicina nuclear para diagnóstico, el equivalente de 30 millones de procedimientos por año, utiliza tecnecio 99, un isótopo médico metaestable. Éste es el producto de descomposición de molibdeno 99, el que es considerado como el radioisótopo más importante utilizado en la medicina nuclear.

Se puede producir molibdeno 99 de varias maneras, pero la forma más eficaz para la aplicación médica es la fisión — mediante el uso de neutrones térmicos producidos en un reactor nuclear para irradiar a los blancos que contienen uranio. Esto resulta en la ruptura (o fisión) de los átomos de uranio para la obtención de varios isótopos estables y radioactivos; uno de ellos es el molibdeno 99. Al final, este isótopo es transportado a los fabricantes de generadores, que a su vez entregan los generadores a centros de medicina nuclear. Ahí, se utiliza el tecnecio 99 para marcar las moléculas que se utilizan en los procedimientos para diagnósticos.

Se puede emplear tanto el uranio altamente enriquecido (HEU) como el uranio poco enriquecido (LEU) a modo de blanco (el material hacia donde se lanzan los neutrones para inducir la fisión en el núcleo del reactor). El uso de HEU conlleva riesgos intrínsecos para la proliferación nuclear y el terrorismo. Utilizar el LEU reduce estos riesgos de manera significativa.

De altamente a poco enriquecido. La Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) de Argentina, la que es responsable de realizar investigaciones y desarrollo nucleares y también de aplicaciones y servicios, tales como la producción de radioisótopos, empezó a producir molibdeno 99 en 1985, utilizando blancos enriquecidos con más de un 90 % del isótopo 235. En 1988 y 1989, el reactor RA-3 de la comisión –en ese entonces, y al igual que hoy en día, el reactor más importante para la producción de radioisótopos de Latinoamérica– reemplazó su combustible por LEU para responder a las preocupaciones internacionales sobre la proliferación. El siguiente paso para minimizar el uso de HEU fue desarrollar un procedimiento para la producción de molibdeno usando blancos de uranio poco enriquecido.

El primer reto suponía desarrollar blancos de LEU adecuados que producirían por lo menos la misma cantidad de molibdeno obtenida durante la producción de blancos de HEU. Para conseguir esto, un proyecto conjunto fue llevado a cabo por grupos en la CNEA a cargo de los elementos de combustible, la fabricación de blancos y el procesamiento químico de blancos para la separación y purificación de molibdeno. Se realizaron pruebas de varios compuestos de uranio hasta que, finalmente, se desarrolló un blanco de LEU con una geometría similar a la del blanco previo de HEU, pero con un mayor contenido de uranio.

Para empezar a utilizar estos nuevos blancos, se requerían varios cambios en los procedimientos de separación y purificación de la instalación, aunque la infraestructura sólo requería leves modificaciones. En 2002, comenzó la producción comercial de molibdeno 99 de blancos de LEU. Todo el proyecto de conversión fue realizado por el personal de la comisión, sin apoyo externo técnico o financiero. Hoy, la CNEA produce molibdeno 99 de alta calidad que satisface toda la demanda de Argentina y un tercio de la de Brasil.   Además, alrededor de un 15 % del molibdeno 99 producido se exporta a la región de Latinoamérica, más allá de Brasil, en forma de generadores de tecnecio 99.

La experiencia argentina con la conversión de HEU a LEU, a menudo, se ha presentado en el ámbito internacional como prueba de que ésta es factible técnica y económicamente. Varios ejemplos incluyen un estudio en 2009 encargado por el Congreso de EE.UU., "Producción de isótopos médicos sin uranio altamente enriquecido"; las publicaciones del Grupo de Alto Nivel sobre la Seguridad del Suministro de Radioisótopos Médicos, una iniciativa que abarca temas sobre el suministro global y también sobre la conversión a blancos de LEU para la producción de radioisótopos vía fisión; y el programa del Departamento de Energía de EE.UU. también conocido como Enriquecimiento Reducido para Reactores de Investigación y de Ensayo.

Los esfuerzos actuales de la CNEA para construir un nuevo reactor de investigación y de producción, así como también para una planta nueva de producción de radioisótopos vía fisión con mayor capacidad, ayudarán a aumentar la disponibilidad de radioisótopos médicos producidos con blancos de LEU. Esto ayudará a evitar una crisis de suministro de tecnecio 99 — en 2009, fallas en una instalación de tecnecio canadiense provocaron dicha crisis — y también contribuirá a la iniciativa global para la minimización de uranio altamente enriquecido.

Alentar la conversión. Los esfuerzos internacionales para minimizar el uso de HEU en el sector civil van en buen camino. Varias iniciativas arriba mencionadas son instrumentos poderosos para hacer pública la viabilidad y la importancia de la conversión hacia LEU; también lo son los esfuerzos del Organismo Internacional de Energía Atómica para coordinar reuniones y establecer proyectos de investigación en este tema. A nivel nacional, los países con una demanda fuerte de productos de molibdeno vía fisión deben demostrar su preferencia por los suministradores que utilizan LEU e imponer restricciones a productos de HEU.

La CNEA ha contribuido significativamente al proceso de conversión, no sólo por convertir los núcleos de los reactores de RA-3 y RA-6 y su proceso de producción de molibdeno 99 a LEU, pero también por transferir con éxito su tecnología para la producción de LEU a entidades extranjeras. Éstas incluyen la Organización Australiana de Ciencia Nuclear y Tecnología y la Autoridad de Energía Atómica de Egipto.

De manera conjunta, los esfuerzos nacionales y multilaterales están ayudando a crear un mejor entendimiento de la importancia de la eliminación de HEU en las aplicaciones civiles. Esto ayudará a hacer del mundo un lugar más seguro.

Controlar el acceso a materiales fisibles se encuentra entre las medidas más importantes que pueden ser aplicadas para prevenir la proliferación de armas nucleares, además se reconoce ampliamente que el uranio altamente enriquecido (HEU, por sus siglas en inglés) es una amenaza de proliferación, aunque sea para el uso militar o civil. Esto explica por qué la comunidad internacional prefiere apoyar el uso de uranio poco enriquecido (LEU, por siglas en inglés) en vez del uranio altamente enriquecido.

En el mundo en desarrollo, el uranio altamente enriquecido se usa de dos maneras que son relevantes para las iniciativas de reducción: como combustible para reactores de investigación que aún no ha sido convertido o que no puede convertirse en LEU y como blancos que contienen uranio fisionable para la producción de radioisótopos médicos. (Podríamos discutir otros dos usos en el futuro: el combustible para reactores navales y para reactores rápidos).

Las organizaciones que promueven la conversión a uranio poco enriquecido, tales como la Administración Nacional de Seguridad Nuclear de EE.UU. (NNSA, por sus siglas en inglés) y el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA), a veces utilizan la política del palo y la zanahoria para alentar a las naciones a efectuar la conversión. Como parte de las amenazas estas organizaciones podrían blandir la idea de que los países en desarrollo perderían todo su uranio enriquecido si no cambian a LEU. Como parte de los incentivos, podrían ofrecer apoyo a los países en desarrollo para llevar a cabo investigaciones e iniciativas de desarrollo o darles la oportunidad de exportar radioisótopos. Muchos países en desarrollo, como respuesta a la presión política o a las restricciones comerciales y en un esfuerzo por cooperar con actores internacionales, están intentando reducir lo más posible su uso de HEU. Sin embargo, una complicación para los reactores de investigación del mundo en desarrollo es que los supervisores de las instalaciones a menudo hacen frente a presiones para reducir los costos de las partes interesadas — y la conversión a LEU, ya sea para combustible o blancos, conlleva implicaciones financieras significativas.

¿El costo es muy alto? Varios reactores de investigación que usan uranio altamente enriquecido para combustible no necesitan cambiar a LEU urgentemente — tienen a su alcance suficientes reservas de combustible para muchos ciclos operacionales. Pero los reactores que sí requieren provisiones nuevas de combustible tienen ante sí una pregunta doble: ¿es factible que un reactor cambie a LEU? y ¿se podría hacer esta conversión de manera eficaz y económica? Si la administración decidiera convertir el combustible, tendría que encontrar apoyo financiero adecuado para asegurar que la transición hacia LEU sea fácil y que garantice la sustentabilidad operacional de la instalación. 

La conversión a blancos de LEU para la producción de radioisótopos médicos presenta una serie diferente de problemas. La producción de radioisótopos es una industria internacional importante; el molibdeno 99, y en particular, su producto de desintegración, el tecnecio 99 (un isótopo médico metaestable) desempeñan una función en aproximadamente 30 millones de aplicaciones para pacientes por año. Históricamente, la industria se ha concentrado en la irradiación de blancos de HEU (a menudo, es uranio 235 enriquecido a más de un 90 %). La conversión hacia blancos de LEU requiere que el contenido de uranio del blanco se multiplique por dos o más. Esto representa un reto técnico. Además, para que la producción de radioisótopos permanezca constante, se requieren más blancos y se producen mayores volúmenes de deshechos.

Otro obstáculo se presenta cuando las instalaciones cambian a LEU, ya sea en combustible o blancos experimentando la conversión. A menudo se requiere un tiempo de espera de varios años, durante los cuales se deben poner al corriente las licencias nucleares y permisos para desarrollar aplicaciones médicas. Todo esto implica costos significativos por adelantado, de los que se encargarían o los reactores, o sus productores de isótopos o las partes interesadas más importantes (como por ejemplo, el gobierno). Además, los reactores de investigación y las instalaciones de producción de isótopos deben preocuparse por las pérdidas de ventas durante cualquier cambio, lo que significa que con frecuencia la conversión debe realizarse aún cuando se está llevando a cabo el proceso de producción actual. Esto implica serias preocupaciones para la capacidad y los costos.

Para los reactores de investigación en el mundo en desarrollo que hacen frente a estos problemas, las opciones financieras, por lo general, tienen sus límites. Podrían pedir ayuda de los actores interesados, como el gobierno. Podrían intentar arreglárselas con el financiamiento disponible de la producción comercial de isótopos. O, cuando estuviera disponible, podrían pedir asistencia a los países desarrollados, es decir, incentivos. (A veces, los mejores resultados se alcanzan al combinar estos tres métodos). La asistencia técnica y financiera significativa de los países desarrollados proviene, entre otras fuentes, del Departamento de Energía de EE.UU. y de la iniciativa del NNSA, conocida como el Programa de Enriquecimiento Reducido para Reactores de Investigación y de Ensayo (RERTR, por sus siglas en inglés), así como también del Programa ruso de Devolución de Combustible de Reactores de Investigación; ambos han recibido apoyo organizativo y financiero significativo del OIEA.

¿Estará muy bajo el límite? A menudo, cuando los países desarrollados y en desarrollo discuten la reducción de HEU, lo primero en la agenda es la conversión al uso de uranio poco enriquecido de los reactores. El segundo punto es el traslado oportuno y la eliminación de los materiales nucleares de las instalaciones que ya no utilizan estos mismos. Para asistir en la conversión del reactor, los países desarrollados, por lo regular, proporcionan evaluaciones computacionales y subsidiadas sobre la viabilidad de la operación de reactores utilizando LEU y sobre los aumentos previstos de los costos de la producción de isótopos después de la conversión. El traslado y la eliminación de materiales nucleares plantean problemas, incluyendo el almacenamiento seguro de materiales fisibles gastados hasta que puedan ser procesados de manera adecuada o repatriados. Se ha realizado un avance significativo en los últimos años en la devolución de material fisible gastado de reactores de investigación hacia Estados Unidos y Rusia, pero persisten problemas — por ejemplo, cómo repatriar los materiales residuales vinculados al combustible que no es originario de Estados Unidos o Rusia. Además, el Programa Gap Material, una parte de la Iniciativa para la Reducción de la Amenaza Global de EE.UU., la que pretende encargarse de materiales de alto riesgo no mencionados en otros programas parece acercarse a un punto muerto.

Dejando de lado esto, la pregunta planteada en esta Mesa Redonda — "¿Cómo podrían los países desarrollados incentivar de la mejor manera posible los programas de reducción de HEU en el mundo emergente y en desarrollo?" — pide a gritos una aclaración del término "reducción de HEU".

La gran motivación detrás de la reducción de HEU está relacionada al Tratado sobre no proliferación nuclear y al esfuerzo de casi 200 naciones signatarias para la prevención de la propagación de armas nucleares. Minimizar el uso de HEU en las aplicaciones civiles es una consecuencia natural del tratado. Pero a pesar de las discusiones regulares sobre este tema, no existe un consenso universal sobre lo que significa la reducción de HEU, a diferencia del término eliminación de HEU, sobre el que sí existe un consenso. Además, existe un escepticismo notable alrededor de la idea de que todos los niveles de utilización de HEU representan un problema verdadero de proliferación.

Por definición, el HEU contiene más de un 20 % de uranio 235 concentrados; el LEU tiene menos de un 20 % de uranio 235 concentrado. Aquí plantearé una pregunta que tal vez sea contenciosa pero que no obstante, amerita su consideración: ¿por qué no se podría aumentar el límite de LEU a algo más del 20 %, para así ayudar a que los reactores de investigación alrededor del mundo en desarrollo puedan superar los retos tecnológicos y financieros a los que se enfrentan durante el proceso de conversión?