Si definisce rifiuto radioattivo ogni materiale derivante dall'utilizzo pacifico dell'energia nucleare o di altre tecnologie nucleari, che contenga isotopi radioattivi, e di cui non è previsto il riutilizzo. Lo scarto di combustibile nucleare esausto derivante dalla fissione nucleare nel nocciolo o nucleo del reattore nucleare a fissione rappresenta la forma più conosciuta di rifiuto radioattivo, oltre che una delle più difficili da gestire in virtù della sua lunga permanenza nell'ambiente; ma anche altre attività umane portano alla produzione di questo tipo di rifiuti.
Storia
A partire dal 1946 la Marina degli Stati Uniti gettava nell'oceano, principalmente nei pressi delle Isole Farallon, i fusti da 200 litri contenenti i fanghi radioattivi fino agli anni novanta, pensando fosse il luogo più idoneo, non era un segreto in quanto anche Cina, Russia, Giappone, Nuova Zelanda, e nazioni europee scaricavano la propria spazzatura radioattiva nei mariRobert Kunzig, La frontiera profonda, Milano, Longanesi, 2000, trad. Libero Sosio.
Nella storia dell'industria, molti rifiuti di processi produttivi sono stati riconosciuti tossici per l'uomo o pericolosi per l'ambiente solo dopo molti anni dalla loro comparsa e talvolta solo dopo che emergenze ambientali o sanitarie erano occorse ad allarmare l'opinione pubblica, spingendo ad adottare specifiche legislazioni restrittive o processi di smaltimento più efficaci. Rispetto a questo quadro, i rischi potenziali dovuti ai rifiuti provenienti dall'energia nucleare sono stati invece subito riconosciuti e per questo motivo, già con lo sviluppo delle prime centrali nucleari commerciali, soluzioni complete per il trattamento dei rifiuti erano state immaginate e sono state implementate ben prima che, alla fine del boom economico, si sviluppassero nella popolazione dei paesi industrializzati un maggior allarmismo e diffidenza nei confronti di queste tematiche..
Classificazione Il termine "rifiuti radioattivi" comprende categorie di rifiuti fra loro molto diverse, fra cui quelli provenienti dai reattori di ritrattamento del combustibile nucleare, quelli prodotti dallo smantellamento di vecchi impianti, e gli elementi di combustibile esauriti... I radionuclidi dell'uranio e del torio normalmente presenti nei rifiuti non sono da considerarsi in tal senso materiale radioattivo (a meno che non si superino determinate soglie).
La classificazione del rifiuti radioattivi può essere molto diversa da paese a paese. La IAEA fornisce regolarmente indicazioni sui sistemi di classificazione, ma la decisione di recepire tali suggerimenti è rimessa ai singoli stati.
IAEA (1981) Il sistema di classificazione più diffuso è quello definito dalla IAEA nel 1981 e recepito quasi integralmente dall'ente regolatore statunitense, che distingue in rifiuti a bassa, media ed alta attività, con un'ulteriore suddivisione legata alla vita media dei radionuclidi.
Rifiuti ad alta attività I rifiuti ad alta attività (High Level Waste o HLW) includono il combustibile irraggiato all'interno dei reattori nucleari, i liquidi risultanti dalle attività di riprocessamento contenenti attinidi e prodotti di fissione e qualunque materiale con un'attività sufficientemente intensa da generare quantità di calore sufficientemente elevate (di norma superiore a 2 kW/m3) da richiedere un raffreddamento adeguato.
Rifiuti a media attività I rifiuti ad attività intermedia (in inglese Intermediate-level waste o ILW) includono quei materiali non inclusi negli HLW con un'attività sufficientemente alta da dover essere schermati durante il trasporto, ma senza necessità di raffreddamento. Questa categoria include resine, fanghi chimici, rivestimenti metallici del combustibile nucleare e materiali derivanti del smantellamento degli impianti nucleari. Prima dello smaltimento di solito questi rifiuti sono inglobati in una matrice di cemento o bitume.
Rifiuti a bassa attività I rifiuti a bassa attività (in inglese Low level waste o LLW) sono tutti i rifiuti la cui attività è sufficientemente bassa da non richiedere schermature nell'essere maneggiati, ma è comunque superiore alla soglia di attività (clearance) necessaria a declassarli fra i rifiuti comuni. I LLW sono di solito prodotti dagli ospedali, dall'industria o anche dal ciclo di processamento del combustibile fissile; in questa categoria sono inclusi tutti quei materiali che contengono una bassa radioattività, dovuta a nuclidi a breve emivita (es. vestiti o carta contaminati, attrezzi, dispositivi medici, carcasse di animali, filtri...). Tutti i rifiuti creati all'interno di un'area ove possono essere presenti radiazioni vengono sempre misurati, anche se non intenzionalmente contaminati, per verificare che non contengano neanche piccole tracce di radioattività prima di decidere come smaltirli (come non radioattivi o LLW).
Stati Uniti d'America L'ente regolatore statunitense ha recepito quasi integralmente le raccomandazioni della IAEA del 1981, rispetto alle quali la maggiore differenza riguarda l'assenza della classe degli ILW. Questo implica che alcuni rifiuti classificati come LLW debbano essere schermati durante il trasporto, ma mantenendo uno smaltimento per interramento in depositi superficiali, eventualmente dopo essere stati compattati e/o inceneriti per ridurne il volume. I rifiuti LLW sono divisi ulteriormente in 4 classi.
Vengono inoltre introdotte specifiche classi per i residui di estrazione dell'uranio dalle miniere (che presentano radioattività molto bassa e sono perlopiù pericolosi per il rischio chimico dovuto ai metalli pesanti che contengono) e per i materiali contaminati da elementi transuranici.
Rifiuti Transuranici Questa categoria di rifiuti (in inglese Transuranic Waste o TRUW) include materiali contaminati da radioisotopi transuranici alfa-emettitori con emivita maggiore di 20 anni ed attività maggiore di 100 nCi/g. Questi rifiuti, che negli USA di solito derivano dalla produzione di armi, sono ulteriormente divisi in "contact-handled" (traducibile come maneggiabili a breve distanza) o "remote-handled" (cioè da maneggiare a distanza) in base all'attività misurata dal bordo del loro contenitore; il limite (cut-off) fra le due categorie è fissato a 2 mSv/h. I TRUW sono prodotti in un solo impianto negli USA e sono smaltiti presso il Waste Isolation Pilot Plant in Nuovo Messico.
IAEA La IAEA ha successivamente rivisto la precedente classificazione, prima nel 1994Classification of Radioactive Waste. IAEA, Vienna (1994), infine nel 2009Classification of Radioactive Waste. IAEA, Vienna (2009).
Il nuovo schema, articolato su 7 classi, pone molta attenzione al tempo necessario prima che un rifiuto radioattivo possa essere considerato non-radioattivo (Exempt waste o EW), oltre che sul livello di radioattività.
Italia La legislazione italiana classifica i rifiuti radioattivi in 3 categorie a seconda della vita media dei radioisotopi in questi contenuti. Per ogni categoria sono previste dalla normativa vigente diverse tipologie di trattamento.
In Italia, come già detto, i rifiuti radioattivi sono divisi in 3 categorie; tuttavia il decreto legislativo 230/95 esclude da questa classificazione quei rifiuti radioattivi contenenti radioisotopi con un tempo di dimezzamento inferiore a settantacinque giorni e con concentrazione inferiore alla soglia di un becquerel/grammo ed entro limiti specifici per ogni radioisotopo riportati in una tabella allegata al decreto. In tali casi infatti (es. rifiuti da radiofarmaci impiegati in medicina nucleare) si provvede di norma a far decadere il materiale radioattivo in un opportuno deposito e successivamente allo smaltimento come rifiuto o rischio biologico o di altro tipo.
Rifiuti radioattivi di prima categoria Questi rifiuti contengono radioisotopi che necessitano al massimo di alcuni mesi o anni per decadere entro i limiti previsti dal Decreto Ministeriale del 14 Luglio del 1970, articolo 6, commi b e c del punto 2. Tali rifiuti di solito derivano da attività di ricerca scientifica o medica (ad esempio: carbonio-14 o trizio). Anche in questo caso si provvede al decadimento dei rifiuti fino a che le concentrazioni dei radioisotopi siano inferiori a soglie prestabilite (indicate nel decreto citato prima). Successivamente lo smaltimento può avvenire come rifiuto non radioattivo.
Rifiuti radioattivi di seconda categoria Questa categoria comprende rifiuti contenenti radionuclidi che impiegano da decine a centinaia di anni per decadere entro un'attività pari a poche centinaia di bequerel per grammo, così come radionuclidi a più lunga emivita ma con concentrazione inferiore a tale soglia. A tale categoria sono accorpati anche quei rifiuti radioattivi che, dopo processamento, rientrano negli stessi limiti. In questa categoria sono inclusi rifiuti originanti da attività mediche (es. sorgenti per radioterapia), di ricerca scientifica, industriali, ma anche da centrali elettronucleari di bassa potenza. Sono inclusi in questa categoria anche alcuni componenti provenienti dallo smantellamento di impianti nucleari.
Rifiuti radioattivi di terza categoria Questa categoria include tutti i rifiuti radioattivi non compresi nelle precedenti e che di solito hanno una vita media nell'ordine di migliaia di anni per raggiungere concentrazioni pari ad alcune centinaia di bequerel per grammo. Rientra in questa categoria la maggior parte del combustibile esausto delle centrali nucleari, oltre a rifiuti di altra origine emittenti particelle alfa o neutroni.
Combustibile esausto All'interno di un reattore nucleare a fissione il materiale fissile (uranio, plutonio ecc.) viene bombardato dai neutroni prodotti dalla reazione a catena; tuttavia, non si ha mai una fissione totale di tutto il "combustibile", anzi la quantità di atomi effettivamente coinvolta nella reazione a catena è molto bassa. In questo processo si generano quindi due principali categorie di atomi: una quota di atomi "trasmutati" che hanno "catturato" uno o più neutroni senza "spezzarsi" e si sono dunque "appesantiti" (si tratta di elementi facenti parte del gruppo degli attinidi). una parte di cosiddetti prodotti di fissione cioè di atomi che sono stati effettivamente "spezzati" dalla fissione e sono pertanto molto più "leggeri" dei nuclei di partenza (cesio, stronzio ecc); in parte sono allo stato gassoso.
Come visibile in figura, a seconda del "combustibile" e del ciclo (cioè in pratica della tipologia di reattore/i) utilizzati, la radiotossicità dei rifiuti può essere nettamente differente; questo si traduce in tempi di isolamento degli stessi che oscillano indicativamente dai 300 anni al milione di anni. Questo è il tempo necessario affinché i rifiuti diminuiscano la loro radiotossicità fino al valore dell'uranio naturale; dopo tale periodo la radiotossicità non è zero, ma comunque, essendo pari a quella dei giacimenti di uranio normalmente presenti nella crosta terrestre, è accettabile in quanto sostanzialmente si ritorna -in termini di radiotossicità- alla situazione di partenza.
Riprocessamento
Come detto, in realtà, il combustibile estratto ("scaricato") dai reattori contiene ancora una grandissima quantità di elementi fertili (torio, uranio 238...) e fissili (uranio 233, 235, plutonio) potenzialmente utilizzabili. In particolare i rifiuti provenienti dagli attuali reattori (2ª e 3ª generazione funzionanti ad uranio) contengono una grandissima quantità di U238 (94%), una piccola quantità di U235 e di plutonio (2%) un'ancor minore quantità di altri nuclei pesanti (attinoidi) mentre un 3-4% è dato dagli atomi "spezzati" cioè dai prodotti di fissione.