Impacto ambiental de la energía nuclear

El combustible nuclear gastado procedente de la fisión nuclear de uranio-235 y plutonio-239 contiene una amplia variedad de isótopos de radionúclidos cancerígenos como el estroncio-90 , el yodo-131 y el cesio-137 . Estos residuos incluyen algunos de los elementos transuránicos de mayor vida media, como el americio-241 y los isótopos de plutonio . ^{[ 10 ]} Los residuos radiactivos de mayor vida media, incluido el combustible nuclear gastado, generalmente deben ser contenidos y aislados del medio ambiente durante un largo período de tiempo. El almacenamiento de combustible nuclear gastado es un problema principalmente en Estados Unidos, tras la prohibición del reciclaje de combustible nuclear impuesta en 1977 por el entonces presidente Jimmy Carter . Francia, el Reino Unido y Japón son algunos de los países que han rechazado la solución del depósito. El combustible nuclear gastado producido por algunos tipos de reactores es un activo valioso, no simplemente un residuo. ^{[ 11 ]}

La eliminación de estos desechos en depósitos subterráneos especialmente diseñados es la solución de almacenamiento a largo plazo preferida. ^{[ 12 ]} El Panel Internacional sobre Materiales Fisionables ha dicho:

Es ampliamente aceptado que el combustible nuclear gastado, el reprocesamiento de alto nivel y los residuos de plutonio requieren un almacenamiento bien diseñado durante largos períodos de tiempo para minimizar las emisiones de la radiactividad contenida al medio ambiente. También se requieren medidas de seguridad para garantizar que ni el plutonio ni el uranio altamente enriquecido se desvíen para su uso en armas. Existe un consenso general en que depositar el combustible nuclear gastado en repositorios a cientos de metros bajo la superficie sería más seguro que almacenarlo indefinidamente en la superficie. ^{[ 13 ]}

Al diseñar instalaciones de almacenamiento a largo plazo, existen varias consideraciones cruciales, entre ellas el tipo específico de residuos radiactivos, los contenedores que los albergan, otras barreras o sellos de ingeniería alrededor de los contenedores, los túneles que los albergan y la composición geológica del área circundante. ^{[ 14 ]}

La capacidad de las barreras geológicas naturales para aislar los residuos radiactivos queda demostrada por los reactores de fisión nuclear naturales de Oklo , en África. Durante su largo período de reacción, se generaron aproximadamente 5,4 toneladas métricas de productos de fisión, 1,5 toneladas métricas de plutonio y otros elementos transuránicos en el yacimiento de uranio. Estos elementos permanecen inmóviles y estables hasta el día de hoy, tras casi 2000 millones de años. ^{[ 15 ]}

A pesar del consenso generalizado entre muchos expertos de que el almacenamiento geológico puede ser seguro, tecnológicamente viable y ambientalmente responsable, gran parte del público en general en muchos países sigue mostrándose escéptico. ^{[ 16 ]} Uno de los desafíos que enfrentan los defensores de estos esfuerzos es demostrar con certeza que un depósito contendrá los desechos durante tanto tiempo que las futuras fugas de contención no representarán riesgos significativos para la salud o el medio ambiente .

El reprocesamiento nuclear no elimina la necesidad de un depósito, pero reduce el volumen requerido, la necesidad de disipación de calor a largo plazo y el riesgo de radiación a largo plazo. El reprocesamiento no elimina los desafíos políticos y sociales relacionados con la ubicación de un depósito. ^{[ 13 ]}

Los países que más han avanzado hacia la creación de un depósito para residuos radiactivos de alta actividad generalmente han comenzado con consultas públicas y han establecido la elección voluntaria del emplazamiento como condición necesaria. Se cree que este enfoque de búsqueda de consenso tiene mayores probabilidades de éxito que los métodos de toma de decisiones jerárquicos, pero el proceso es necesariamente lento y existe una experiencia insuficiente a nivel mundial para saber si tendrá éxito en todas las naciones nucleares, tanto las existentes como las que aspiran a serlo. ^{[ 17 ]} Además, muchas comunidades no desean albergar un depósito de residuos nucleares, ya que les preocupa que su comunidad se convierta de facto en un vertedero de residuos durante miles de años, las consecuencias para la salud y el medio ambiente de un accidente y la disminución del valor de las propiedades. ^{[ 18 ]}

En un Memorando Presidencial de 2010, el Presidente de los Estados Unidos, Obama, estableció la Comisión de Alto Nivel sobre el Futuro Nuclear de los Estados Unidos. ^{[ 19 ]} La comisión, compuesta por quince miembros, llevó a cabo un extenso estudio de dos años sobre la eliminación de desechos nucleares. ^{[ 19 ]} Durante su investigación, la Comisión visitó Finlandia, Francia, Japón, Rusia, Suecia y el Reino Unido, y en 2012, presentó su informe final. ^{[ 20 ]} La Comisión no emitió recomendaciones para un sitio específico, sino que presentó una recomendación integral para estrategias de eliminación. ^{[ 21 ]} Una recomendación importante fue que "Estados Unidos debería emprender un programa integrado de gestión de desechos nucleares que conduzca al desarrollo oportuno de una o más instalaciones geológicas profundas permanentes para la eliminación segura de combustible gastado y desechos nucleares de alta actividad". ^{[ 21 ]}

Los reactores de agua pesada presurizada, como el CANDU canadiense o el IPHWR indio , no necesitan combustible enriquecido y pueden funcionar con uranio natural . Esto permite un mejor uso de la energía contenida en el mineral de uranio inicial (si bien un mayor enriquecimiento permite una mayor quema , la cantidad de uranio natural necesaria para producir este combustible aumenta más rápido que la quema alcanzable) ^{[ 22 ]} y reduce la energía necesaria en la fabricación del combustible, ya que se puede omitir la conversión del concentrado de uranio en hexafluoruro de uranio y de nuevo en un combustible de óxido, así como el proceso de enriquecimiento que consume mucha energía.

Las cantidades moderadas de residuos de baja actividad se gestionan mediante un sistema de control químico y de volumen (SCCV). Este sistema incluye los residuos gaseosos, líquidos y sólidos generados durante el proceso de purificación del agua por evaporación. Los residuos líquidos se reprocesan continuamente, mientras que los residuos gaseosos se filtran, comprimen, almacenan para su desintegración, se diluyen y, finalmente, se descargan. La tasa de descarga permitida está regulada y los estudios deben demostrar que dicha descarga no supone riesgos para la salud pública (véase emisiones de efluentes radiactivos ).

Los residuos sólidos pueden eliminarse simplemente colocándolos en un lugar donde no se alteren durante algunos años. Existen tres vertederos de residuos de baja actividad en Estados Unidos, en Carolina del Sur, Utah y Washington. ^{[ 23 ]} Los residuos sólidos del CVCS se combinan con los residuos sólidos provenientes de la manipulación de materiales antes de ser enterrados fuera del sitio. ^{[ 24 ]}

La mayoría de las centrales nucleares comerciales liberan efluentes radiológicos gaseosos y líquidos al medio ambiente como subproducto del Sistema de Control de Volumen Químico. Estos efluentes son monitoreados en los EE. UU. por la EPA y la NRC. Los civiles que viven a menos de 80 km (50 millas) de una central nuclear reciben, por lo general, alrededor de 0,1 μSv por año. ^{[ 25 ]} En comparación, la persona promedio que vive al nivel del mar o por encima de él recibe al menos 260 μSv por año debido a la radiación cósmica . ^{[ 25 ]}   

Todos los reactores en los Estados Unidos están obligados por ley a tener un edificio de contención. Las paredes de los edificios de contención tienen varios pies de espesor y están hechas de hormigón diseñado para detener la liberación de cualquier radiación emitida por el reactor al medio ambiente. Para comparar: ^{[ 26 ]}

Los residuos producidos por las centrales de carbón son, de hecho, más radiactivos que los generados por sus homólogas nucleares. De hecho, las cenizas volantes emitidas por una central eléctrica de carbón —un subproducto de la combustión del carbón para generar electricidad— transportan al medio ambiente circundante 100 veces más radiación que una central nuclear que produce la misma cantidad de energía. . . . Las dosis de radiación estimadas ingeridas por las personas que viven cerca de las centrales de carbón fueron iguales o superiores a las dosis para las personas que viven cerca de las instalaciones nucleares. En un extremo, los científicos estimaron la radiación de las cenizas volantes en los huesos de las personas en alrededor de 18 milirems (milésimas de rem, una unidad para medir dosis de radiación ionizante) al año. Las dosis para las dos centrales nucleares, en cambio, oscilaron entre tres y seis milirems para el mismo período. Y cuando todos los alimentos se cultivaban en la zona, las dosis de radiación eran entre un 50 y un 200 por ciento más altas alrededor de las centrales de carbón.

La cantidad total de radiactividad liberada por el sistema CVCS depende de la central eléctrica, los requisitos reglamentarios y el rendimiento de la planta. Se emplean modelos de dispersión atmosférica combinados con modelos de trayectoria para aproximar con precisión la exposición de la población a los efluentes emitidos. El monitoreo de los efluentes se realiza de forma continua en la planta.

Extracción de uranio

La minería de uranio es el proceso de extracción del mineral de uranio del subsuelo. Kazajistán , Canadá y Australia son los tres principales productores y, en conjunto, representan el 63 % de la producción mundial de uranio. ^{[ 30 ]} Un uso destacado del uranio es como combustible para centrales nucleares . La minería y el procesamiento del uranio presentan riesgos significativos para el medio ambiente. ^{[ 31 ]}

En 2010, el 41% de la producción mundial de uranio se obtuvo mediante lixiviación in situ , que utiliza soluciones para disolver el uranio sin dañar la roca. ^{[ 32 ]} El resto se obtuvo mediante minería convencional, en la que el mineral de uranio extraído se muele hasta obtener un tamaño de partícula uniforme y luego se extrae el uranio mediante lixiviación química. El producto es un polvo de _uranio no enriquecido , denominado " yellowcake", que se comercializa como U₃O₈ . La _minería de uranio puede consumir grandes cantidades de agua; por ejemplo, la mina Roxby Downs Olympic Dam en Australia Meridional utiliza 35 000 m³ de ^agua al día y planea aumentar esta cantidad a 150 000 m³ ^diarios . ^{[ 33 ]}  

El derrame de la planta de uranio de Church Rock ocurrió en Nuevo México el 16 de julio de 1979, cuando la presa del estanque de disposición de relaves se rompió. ^{[ 34 ] [ 35 ]} Más de 1000 toneladas de residuos sólidos radiactivos de la planta y 93 millones de galones de solución ácida y radiactiva de relaves fluyeron al río Puerco , y los contaminantes viajaron 80 millas (130 km) río abajo hasta el condado de Navajo, Arizona , y a la Nación Navajo . ^{[ 35 ]} El accidente liberó más radiación que el accidente de Three Mile Island que ocurrió cuatro meses antes y fue la mayor liberación de material radiactivo en la historia de los EE. UU., aunque el material radiactivo fue diluido por los 93 millones de galones de agua y ácido sulfúrico. ^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]} El agua subterránea cerca del derrame se contaminó y el Puerco quedó inutilizable para los residentes locales, quienes no fueron conscientes de inmediato del peligro tóxico. ^{[ 39 ]} 

A pesar de los esfuerzos realizados para limpiar los sitios de uranio de la carrera armamentística nuclear de la Guerra Fría , persisten problemas significativos derivados del legado del desarrollo del uranio en la Nación Navajo y en los estados de Utah, Colorado, Nuevo México y Arizona. Cientos de minas abandonadas, utilizadas principalmente para la carrera armamentística estadounidense y no para la producción de energía nuclear, no se han limpiado y representan riesgos ambientales y para la salud en muchas comunidades. ^{[ 40 ]} La Agencia de Protección Ambiental estima que existen 4000 minas con producción documentada de uranio y otros 15 000 lugares con presencia de uranio en 14 estados del oeste, ^{[ 41 ]} la mayoría ubicados en la región de las Cuatro Esquinas y Wyoming. ^{[ 42 ]} La Ley de Control de Radiación de Residuos de Molinos de Uranio es una ley ambiental de los Estados Unidos que enmendó la Ley de Energía Atómica de 1954 y otorgó a la Agencia de Protección Ambiental la autoridad para establecer estándares de salud y ambientales para la estabilización, restauración y eliminación de los residuos de los molinos de uranio . ^{[ 43 ]}

Se han realizado numerosos estudios sobre la posible relación entre la energía nuclear y el cáncer . Dichos estudios han buscado un exceso de casos de cáncer tanto en los trabajadores de las centrales como en las poblaciones circundantes debido a las emisiones durante las operaciones normales de las centrales nucleares y otras partes de la industria de la energía nuclear, así como un exceso de casos de cáncer en los trabajadores y el público debido a emisiones accidentales. Existe consenso en que el exceso de casos de cáncer tanto en los trabajadores de las centrales como en el público circundante ha sido causado por emisiones accidentales, como el accidente de Chernóbil . ^{[ 44 ]} También existe consenso en que algunos trabajadores en otras partes del ciclo del combustible nuclear (en particular, la minería de uranio) han tenido tasas elevadas de cáncer, al menos en las últimas décadas. ^{[ 45 ]} El exceso de mortalidad está asociado con toda la actividad minera y no es exclusivo de la minería de uranio. ^{[ 46 ]} Sin embargo, numerosos estudios sobre posibles casos de cáncer causados ​​por centrales nucleares en operación normal han llegado a conclusiones opuestas, y el tema es objeto de controversia científica y estudio continuo. ^{[ 47 ] [ 48 ] [ 49 ]}

Varios estudios epidemiológicos han encontrado que existe un mayor riesgo de varias enfermedades, especialmente cáncer, entre las personas que viven cerca de instalaciones nucleares. Un metaanálisis de 2007, ampliamente citado , realizado por Baker et al. , que incluyó 17 artículos de investigación, se publicó en el European Journal of Cancer Care . ^{[ 50 ]} Este estudio ofreció evidencia de tasas elevadas de leucemia entre niños que vivían cerca de 136 instalaciones nucleares en el Reino Unido, Canadá, Francia, Estados Unidos, Alemania, Japón y España. Sin embargo, este estudio ha sido criticado por varias razones, como la combinación de datos heterogéneos (diferentes grupos de edad, sitios que no eran centrales nucleares, diferentes definiciones de zona), la selección arbitraria de 17 de 37 estudios individuales y la exclusión de sitios con cero casos o muertes observadas. ^{[ 51 ] [ 52 ]}

También se encontraron tasas elevadas de leucemia entre niños en un estudio alemán de 2008 realizado por Kaatsch et al. que examinó a residentes que vivían cerca de 16 importantes centrales nucleares en Alemania. ^{[ 50 ]} Este estudio también ha sido criticado por razones similares a las descritas anteriormente. ^{[ 52 ] [ 53 ]} Estos resultados de 2007 y 2008 no son consistentes con muchos otros estudios que han tendido a no mostrar tales asociaciones. ^{[ 54 ] [ 55 ] [ 56 ] [ 57 ] [ 58 ]} El Comité Británico sobre Aspectos Médicos de la Radiación en el Medio Ambiente publicó un estudio en 2011 de niños menores de cinco años que vivían cerca de 13 centrales nucleares en el Reino Unido durante el período 1969-2004. El comité encontró que los niños que viven cerca de centrales eléctricas en Gran Bretaña no tienen más probabilidades de desarrollar leucemia que aquellos que viven en otros lugares. ^{[ 52 ]} De manera similar, un estudio de 1991 para el Instituto Nacional del Cáncer no encontró un exceso de mortalidad por cáncer en 107 condados de EE. UU. cercanos a centrales nucleares. ^{[ 59 ]} Sin embargo, en vista de la controversia en curso, la Comisión Reguladora Nuclear de EE. UU. ha solicitado a la Academia Nacional de Ciencias que supervise un estudio de vanguardia sobre el riesgo de cáncer en poblaciones cercanas a instalaciones con licencia de la NRC. ^{[ 47 ]}

Una subcultura de trabajadores nucleares, frecuentemente indocumentados, realiza el trabajo sucio, difícil y potencialmente peligroso que a menudo rehúyen los empleados regulares. La Asociación Nuclear Mundial afirma que la fuerza laboral transitoria de los "gitanos nucleares" —trabajadores ocasionales empleados por subcontratistas— ha sido "parte del panorama nuclear durante al menos cuatro décadas". ^{[ 60 ]} Las leyes laborales vigentes en materia de salud de los trabajadores no siempre se aplican correctamente. ^{[ 61 ]} Un estudio de cohorte colaborativo de 15 países sobre los riesgos de cáncer debido a la exposición a radiación ionizante de baja dosis, que involucró a 407.391 trabajadores de la industria nuclear, mostró un aumento significativo en la mortalidad por cáncer. El estudio evaluó 31 tipos de cáncer, primarios y secundarios. ^{[ 62 ]}

Los accidentes en reactores nucleares pueden provocar la liberación de diversos radioisótopos al medio ambiente. El impacto de cada radioisótopo en la salud depende de varios factores. El yodo-131 es una fuente potencialmente importante de morbilidad en descargas accidentales debido a su prevalencia y a que se deposita en el suelo. Cuando se libera, el yodo-131 puede inhalarse o consumirse tras entrar en la cadena alimentaria, principalmente a través de frutas, verduras, leche y agua subterránea contaminadas. El yodo-131 se acumula rápidamente en la glándula tiroides, convirtiéndose en una fuente de radiación beta . ^{[ 63 ]}

El desastre nuclear de Fukushima Daiichi de 2011, el accidente nuclear más grave desde 1986, provocó el desplazamiento de 50 000 familias. ^{[ 64 ]} Los controles de radiación llevaron a la prohibición de algunos envíos de verduras y pescado. ^{[ 65 ]} Sin embargo, según informes de la ONU, las fugas de radiación fueron pequeñas y no causaron problemas de salud a los residentes. ^{[ 66 ]} La evacuación de los residentes fue criticada por no estar científicamente justificada. ^{[ 67 ]}

La producción de energía nuclear depende del ciclo del combustible nuclear, que incluye la extracción y el procesamiento del uranio. Los trabajadores del uranio están expuestos habitualmente a bajos niveles de productos de desintegración del radón y a radiación gamma . Los riesgos de leucemia por dosis agudas y altas de radiación gamma son bien conocidos, pero existe debate sobre los riesgos derivados de dosis más bajas. Solo unos pocos estudios han examinado los riesgos de otros cánceres hematológicos en los trabajadores del uranio. ^{[ 68 ]}

En términos de liberación neta de radiactividad, el Consejo Nacional de Protección Radiológica y Mediciones (NCRP, por sus siglas en inglés) estimó que la radiactividad promedio por tonelada corta de carbón es de 17.100 milicurios por cada 4.000.000 de toneladas. Con 154 centrales eléctricas de carbón en Estados Unidos, esto equivale a emisiones de 0,6319 TBq por año y por central.

A veces se cita que las centrales de carbón liberan 100 veces más radiactividad que las centrales nucleares. Esto proviene de los Informes n.° 92 y n.° 95 del NCRP, que estiman la dosis para la población de centrales de carbón y nucleares de 1000 MWe en 4,9 man-Sv /año y 0,048 man-Sv/año, respectivamente (una radiografía de tórax típica da una dosis de aproximadamente 0,06 mSv, a modo de comparación). ^{[ 69 ]} La Agencia de Protección Ambiental estima una dosis adicional de 0,3 μSv por año para quienes viven a menos de 80 km (50 millas) de una central de carbón y 0,009 mili-rem por año para quienes viven a la misma distancia de una central nuclear. ^{[ 70 ]} Las centrales nucleares en funcionamiento normal emiten menos radiactividad que las centrales de carbón. ^{[ 69 ] [ 70 ]} 

A diferencia de la generación de energía a partir de carbón o petróleo, la generación de energía nuclear no produce directamente dióxido de azufre , óxidos de nitrógeno ni mercurio (la contaminación por combustibles fósiles es responsable de 24 000 muertes prematuras cada año solo en Estados Unidos ^{[ 71 ]} ). Sin embargo, como ocurre con todas las fuentes de energía, existe cierta contaminación asociada a actividades de apoyo como la minería, la fabricación y el transporte.

Un importante estudio de investigación financiado por la Unión Europea, conocido como ExternE ( Externalidades de la Energía), realizado entre 1995 y 2005, concluyó que los costes ambientales y sanitarios de la energía nuclear, por unidad de energía suministrada, eran de 0,0019 €/kWh. Esta cifra es inferior a la de muchas fuentes renovables , incluido el impacto ambiental causado por el uso de biomasa y la fabricación de paneles solares fotovoltaicos , y fue más de treinta veces inferior al impacto del carbón, que era de 0,06 €/kWh (o 6 céntimos/kWh). Sin embargo, el impacto de la energía eólica fue de 0,0009 €/kWh, algo menos de la mitad del precio de la energía nuclear. ^{[ 72 ]}

En mayo de 2023, el Washington Post escribió: «Si Alemania hubiera mantenido sus centrales nucleares en funcionamiento desde 2010, podría haber reducido su consumo de carbón para la generación de electricidad al 13 por ciento a estas alturas. La cifra actual es del 31 por ciento... Es posible que ya se hayan perdido más vidas solo en Alemania debido a la contaminación atmosférica derivada de la generación de energía a partir del carbón que por todos los accidentes nucleares ocurridos en el mundo hasta la fecha, incluidos Fukushima y Chernóbil». ^{[ 73 ]}

Los defensores de la energía nuclear argumentan que los problemas de los residuos nucleares "no se acercan ni remotamente" a los problemas de los residuos de combustibles fósiles. ^{[ 74 ] [ 75 ]} Un artículo de 2004 de la BBC afirma: "La Organización Mundial de la Salud (OMS) dice que 3 millones de personas mueren anualmente en todo el mundo por la contaminación del aire exterior proveniente de vehículos y emisiones industriales, y 1,6 millones en interiores por el uso de combustible sólido". ^{[ 76 ]} Solo en los EE. UU., los residuos de combustibles fósiles matan a 20.000 personas cada año. ^{[ 77 ]} Una central eléctrica de carbón libera 100 veces más radiación que una central nuclear de la misma potencia. ^{[ 78 ]} Se estima que durante 1982, la quema de carbón en los EE. UU. liberó 155 veces más radiactividad a la atmósfera que el accidente de Three Mile Island . ^{[ 79 ]} La Asociación Nuclear Mundial proporciona una comparación de muertes debidas a accidentes entre diferentes formas de producción de energía. En su comparación del ciclo de vida, las muertes por TW-año de electricidad producida entre 1970 y 1992 se citan como 885 para la energía hidroeléctrica, 342 para el carbón, 85 para el gas natural y 8 para la energía nuclear. ^{[ 80 ]} Las cifras incluyen la minería de uranio , que puede ser una industria peligrosa, con muchos accidentes y muertes. ^{[ 81 ]}

Al igual que todas las centrales termoeléctricas, las centrales nucleares necesitan sistemas de refrigeración. Los sistemas más comunes para centrales térmicas, incluidas las nucleares, son:

• En el sistema de refrigeración de paso único, el agua se extrae de un gran depósito, pasa a través del sistema de refrigeración y luego vuelve a fluir hacia el depósito de agua.
• Estanque de enfriamiento, en el que el agua se extrae de un estanque dedicado a tal fin, pasa por el sistema de enfriamiento y luego regresa al estanque. Ejemplos de esto son la Central Nuclear del Sur de Texas y la Central Nuclear de North Anna . Esta última utiliza un estanque de enfriamiento o lago artificial, que en el canal de descarga de la planta suele estar unos 30  °F más caliente que en otras partes del lago o en lagos normales (esto es citado como un atractivo de la zona por algunos residentes). ^{[ 82 ]} Los efectos ambientales de los lagos artificiales a menudo se tienen en cuenta en los argumentos en contra de la construcción de nuevas plantas, y durante las sequías, dichos lagos han atraído la atención de los medios. ^{[ 83 ]} Se le atribuye a la Central Nuclear de Turkey Point haber ayudado al estado de conservación del cocodrilo americano , en gran parte debido al calor residual producido. ^{[ 84 ]}
• Torres de refrigeración, en las que el agua recircula a través del sistema de refrigeración hasta que se evapora de la torre. Un ejemplo es la central nuclear Shearon Harris .

Un estudio de 2011 del Laboratorio Nacional de Energías Renovables determinó que la planta nuclear promedio con torres de enfriamiento consumía 672 galones de agua por megavatio-hora, menos que el consumo promedio de energía solar de concentración (865 gal/MWh para el tipo de colector parabólico y 786 gal/MWh para el tipo de torre de energía), ligeramente menos que el carbón (687 gal/MWh), pero más que el gas natural (198 gal/MWh). Los sistemas de enfriamiento de paso único utilizan más agua, pero se pierde menos agua por evaporación. En la planta nuclear promedio de EE. UU. con enfriamiento de paso único, 44 ​​350 gal/MWh pasan por el sistema de enfriamiento, pero solo 269 gal/MWh (menos del 1 %) se consumen por evaporación. ^{[ 85 ]}

Las centrales nucleares intercambian entre el 60 y el 70 % de su energía térmica mediante ciclos con una masa de agua o mediante la evaporación de agua a través de una torre de refrigeración . Esta eficiencia térmica es algo menor que la de las centrales eléctricas de carbón, ^{[ 86 ]} lo que genera más calor residual .

Es posible utilizar el calor residual en aplicaciones de cogeneración, como la calefacción urbana . Los principios de la cogeneración y la calefacción urbana con energía nuclear son los mismos que los de cualquier otra forma de producción de energía térmica . La central nuclear de Ågesta, en Suecia, proporciona generación de calor nuclear. En Suiza, la central nuclear de Beznau proporciona calefacción a unas 20 000 personas. ^{[ 87 ]} Sin embargo, la calefacción urbana con centrales nucleares es menos común que con otros modos de generación de calor residual; debido a las normativas de ubicación y/o al efecto NIMBY (Not In My Back Yard, "no en mi patio trasero"), las centrales nucleares generalmente no se construyen en zonas densamente pobladas. El calor residual se utiliza más comúnmente en aplicaciones industriales. ^{[ 88 ]} Dado que la calefacción urbana tiene una curva de demanda estacional, a menudo solo constituye una solución estacional al problema del calor residual. Además, la calefacción urbana es menos eficiente en zonas menos densamente pobladas y, dado que las centrales nucleares suelen construirse lejos de los centros de población debido al efecto NIMBY y a las preocupaciones de seguridad, el uso de la calefacción urbana nuclear no se ha generalizado. ^{[ 89 ]}

Durante las olas de calor de 2003 y 2006 en Europa , las empresas de servicios públicos francesas, españolas y alemanas tuvieron que obtener exenciones de las regulaciones para poder verter agua sobrecalentada al medio ambiente. Algunos reactores nucleares se cerraron. ^{[ 90 ] [ 91 ]}

Con el cambio climático provocando fenómenos meteorológicos extremos como olas de calor , la disminución de los niveles de precipitación y las sequías pueden tener un impacto significativo en la infraestructura de las centrales termoeléctricas , incluidas las grandes centrales de biomasa y de fisión, si la refrigeración en estas centrales se proporciona mediante ciertas fuentes de agua dulce . ^{[ 92 ]} Varias centrales termoeléctricas utilizan refrigeración indirecta con agua de mar o torres de refrigeración que utilizan poca o ninguna agua dulce. Durante las olas de calor, algunas centrales diseñadas para intercambiar calor con ríos y lagos están obligadas por ley a reducir la producción o detener sus operaciones para proteger los niveles de agua y la vida acuática.

Este problema, actualmente poco frecuente y común en todas las centrales térmicas, podría volverse cada vez más significativo con el tiempo. ^{[ 92 ]} Si el calentamiento global continúa, podrían producirse interrupciones en el suministro eléctrico si los operadores de las centrales no disponen de otros medios de refrigeración, como torres de refrigeración .

Las centrales nucleares, al igual que todas las centrales térmicas, incluidas las de carbón, geotérmicas y de biomasa , utilizan estructuras especiales para aspirar agua para la refrigeración. El agua suele aspirarse a través de rejillas para minimizar los residuos. Muchos organismos acuáticos quedan atrapados y mueren al chocar contra las rejillas, mediante un proceso conocido como impacto. Los organismos acuáticos lo suficientemente pequeños como para atravesar las rejillas sufren estrés tóxico en un proceso conocido como arrastre. ^{[ 93 ] [ 94 ]}

Los cortes de suministro eléctrico durante el verano son especialmente pronunciados en Francia , país que genera cerca del 70 % de su electricidad mediante centrales nucleares y donde la calefacción eléctrica doméstica está muy extendida. Sin embargo, en regiones con un alto consumo energético para calefacción, ventilación y aire acondicionado , el verano, lejos de reducir la demanda, puede convertirse en la temporada alta, lo que complica los cortes programados.

En marzo de 2011, un terremoto y un tsunami causaron daños que provocaron explosiones y fusiones parciales en la central nuclear de Fukushima I en Japón.

Desde entonces, los niveles de radiación en la central nuclear de Fukushima I han variado, alcanzando picos de hasta 1000  mSv/h ( milisievert por hora), ^{[ 106 ]} lo que puede provocar síndrome de irradiación aguda tras una exposición de una hora. ^{[ 107 ]} Se produjeron importantes emisiones de partículas radiactivas tras explosiones de hidrógeno en tres reactores, mientras los técnicos intentaban bombear agua de mar para mantener frías las barras de combustible de uranio y extraer el gas radiactivo de los reactores para hacer espacio para el agua de mar. ^{[ 108 ]}

La preocupación por la posibilidad de una liberación a gran escala de material radiactivo llevó al  establecimiento de una zona de exclusión de 20 km alrededor de la central eléctrica y  a la recomendación de que las personas dentro de la franja de 20 a 30 km permanecieran en sus casas. Posteriormente, el Reino Unido, Francia y otros países aconsejaron a sus ciudadanos que consideraran abandonar Tokio, en respuesta a los temores de propagación de la contaminación nuclear. ^{[ 109 ]} New Scientist informó que las emisiones de yodo y cesio radiactivos de la central nuclear de Fukushima I, dañada por el accidente, se acercaron a los niveles observados tras el desastre de Chernóbil en 1986. ^{[ 110 ]} El 24 de marzo de 2011, las autoridades japonesas anunciaron que "se había detectado yodo-131 radiactivo que superaba los límites de seguridad para bebés en 18 plantas potabilizadoras de Tokio y otras cinco prefecturas". Las autoridades también dijeron que la lluvia radiactiva de la central de Dai-ichi estaba "dificultando las labores de búsqueda de víctimas del terremoto y tsunami del 11 de marzo". ^{[ 111 ]}

Según la Federación de Compañías Eléctricas de Japón, "para el 27 de abril, aproximadamente el 55 por ciento del combustible en la unidad del reactor 1 se había fundido, junto con el 35 por ciento del combustible en la unidad 2 y el 30 por ciento del combustible en la unidad 3; y los combustibles gastados sobrecalentados en las piscinas de almacenamiento de las unidades 3 y 4 probablemente también resultaron dañados". ^{[ 112 ]} En abril de 2011, todavía se vertía agua en los reactores dañados para enfriar las barras de combustible fundidas. ^{[ 113 ]} El accidente ha superado en gravedad al accidente de Three Mile Island de 1979 y es comparable al desastre de Chernóbil de 1986. ^{[ 112 ]} The Economist informó que el desastre de Fukushima es "un poco como tres Three Mile Island seguidas, con daños adicionales en los depósitos de combustible gastado", ^{[ 114 ]} y que habrá impactos continuos:

Los trabajos de limpieza, que durarán años, se prolongarán durante décadas. Una zona de exclusión permanente podría extenderse más allá del perímetro de la planta. Los trabajadores gravemente expuestos podrían tener un mayor riesgo de padecer cáncer durante el resto de sus vidas... ^{[ 114 ]}

John Price, exmiembro de la Unidad de Política de Seguridad de la Corporación Nuclear Nacional del Reino Unido, dijo que "podrían pasar 100 años antes de que las barras de combustible fundido puedan retirarse de forma segura de la central nuclear de Fukushima en Japón". ^{[ 113 ]}

En la segunda quincena de agosto de 2011, los legisladores japoneses anunciaron que el primer ministro Naoto Kan probablemente visitaría la prefectura de Fukushima para anunciar que la extensa área contaminada alrededor de los reactores destruidos sería declarada inhabitable, quizás durante décadas. Según un estudio publicado por el Ministerio de Ciencia y Educación de Japón , algunas de las áreas dentro de la zona de evacuación temporal de 19 kilómetros (12 millas) de radio alrededor de Fukushima presentaban una alta contaminación por radionúclidos. 

A partir de 2016, el gobierno espera levantar gradualmente la designación de algunas "zonas de difícil retorno", un área total de 337 kilómetros cuadrados (130 millas cuadradas ) , para 2021. La lluvia, el viento y la disipación natural han eliminado muchos contaminantes radiactivos, reduciendo los niveles en el distrito central de la ciudad de Okuma a 9 mSv/año, una quinta parte del nivel registrado en 2011. ^{[ 115 ]}  

Sin embargo, según informes de la ONU, las fugas de radiación fueron pequeñas y no causaron ningún daño a la salud de los residentes. ^{[ 66 ]} La evacuación apresurada de los residentes fue criticada por no estar justificada científicamente, por estar motivada por la radiofobia y por causar más daño que el propio incidente. ^{[ 67 ] [ 116 ]}

Hasta 2013, el desastre de Chernóbil de 1986 en Ucrania seguía siendo el peor desastre de una central nuclear en el mundo. Las estimaciones de su número de muertos son controvertidas y varían entre 62 y 25 000, incluyendo las proyecciones más altas muertes que aún no se han producido. Las publicaciones revisadas por pares generalmente han respaldado una cifra total proyectada de unas pocas decenas de miles. Por ejemplo, se estima que se producirán 16 000 muertes adicionales por cáncer debido al accidente de Chernóbil hasta el año 2065, mientras que, en el mismo período, se esperan varios cientos de millones de casos de cáncer por otras causas. ^{[ 117 ]} La IARC también declaró en un comunicado de prensa: «Para ponerlo en perspectiva, fumar tabaco causará varios miles de veces más cánceres en la misma población», pero también, refiriéndose a las cifras de diferentes tipos de cáncer, «La excepción es el cáncer de tiroides , que, hace más de diez años, ya se demostró que había aumentado en las regiones más contaminadas alrededor del lugar del accidente». ^{[ 118 ]} La versión completa del informe de efectos en la salud de la Organización Mundial de la Salud adoptado por las Naciones Unidas , también publicado en 2006, incluía la predicción de, en total, no más de 4000 muertes por cáncer. ^{[ 119 ]} La Unión de Científicos Preocupados cuestionó el informe y, siguiendo el controvertido modelo lineal sin umbral (LNT) de susceptibilidad al cáncer, ^{[ 120 ]} estimó en cambio que el desastre de Chernóbil causaría un total de 25 000 muertes adicionales por cáncer en todo el mundo. ^{[ 121 ]} Eso colocaría el número total de muertes de Chernóbil por debajo del del peor accidente de falla de presa en la historia, el desastre de la presa de Banqiao de 1975 en China.

El desastre de Chernóbil provocó la dispersión de grandes cantidades de contaminación radiactiva por toda Europa; el cesio y el estroncio contaminaron numerosos productos agrícolas, ganado y suelos. El accidente obligó a evacuar toda la ciudad de Pripyat y a 300 000 personas de Kiev , dejando una zona inutilizable para el ser humano durante un período indeterminado. ^{[ 122 ]}

A medida que los materiales radiactivos se desintegran, liberan partículas que pueden dañar el cuerpo y provocar cáncer, en particular el cesio-137 y el yodo-131 . En el desastre de Chernóbil, las emisiones de cesio-137 contaminaron el terreno . Algunas comunidades, incluida la ciudad entera de Pripyat, fueron abandonadas indefinidamente. Un medio de comunicación informó que miles de personas que bebieron leche contaminada con yodo radiactivo desarrollaron cáncer de tiroides. ^{[ 123 ]} La zona de exclusión (aproximadamente un  radio de 30 km alrededor de Chernóbil) puede tener niveles de radiación significativamente elevados, que ahora se deben principalmente a la desintegración del cesio-137 . Se espera que esta contaminación dure aproximadamente 300 años. ^{[ 124 ]}

Debido a la bioacumulación de cesio-137, algunos hongos, así como los animales salvajes que los consumen, pueden tener niveles que no se consideran seguros para el consumo humano. ^{[ 125 ]} Las pruebas de radiación obligatorias para ovejas en algunas zonas del Reino Unido que pastan en tierras con turba contaminada se levantaron en 2012. ^{[ 126 ]}

En 2007, el gobierno ucraniano declaró gran parte de la Zona de Exclusión de Chernóbil , casi 490 kilómetros cuadrados (190 millas cuadradas ) , como reserva zoológica de animales. ^{[ 127 ]} Muchas especies de animales han experimentado aumentos de población desde que la influencia humana se ha retirado en gran medida de la región, incluyendo alces, bisontes y lobos. ^{[ 128 ]} Sin embargo, otras especies, como las golondrinas comunes y muchos invertebrados, han disminuido. ^{[ 129 ]} Existe mucha controversia entre los biólogos sobre si Chernóbil es ahora una reserva de vida silvestre. ^{[ 130 ]}  

El SL-1 , o Reactor Estacionario de Baja Potencia Número Uno, fue un reactor nuclear experimental del Ejército de los Estados Unidos que sufrió una explosión de vapor y una fusión el 3 de enero de 1961, matando a sus tres operadores: John Byrnes, Richard McKinley y Richard Legg. ^{[ 131 ]} La causa directa fue la extracción manual incorrecta de la barra de control central , que era responsable de absorber neutrones en el núcleo del reactor. Esto provocó que la potencia del reactor aumentara a unos 20 000 MW y, a su vez, se produjo una explosión. El evento es el único accidente mortal de reactor conocido en los Estados Unidos y el primero en ocurrir en el mundo. ^{[ 132 ] [ 131 ]} El accidente liberó unos 80 curies (3,0 TBq ) de yodo-131 , ^{[ 133 ]} lo que no se consideró significativo debido a su ubicación en un desierto remoto de Idaho . Se liberaron a la atmósfera unos 1100 curies (41 TBq) de productos de fisión . ^{[ 134 ]}  

Los límites de exposición a la radiación antes del accidente eran de 100 röntgens para salvar una vida y de 25 para salvar bienes valiosos. Durante la respuesta al accidente, 22 personas recibieron dosis de 3 a 27 röntgens. ^{[ 135 ]} La remoción de desechos radiactivos y la eliminación de los tres cuerpos expusieron finalmente a 790 personas a niveles nocivos de radiación. ^{[ 136 ]} Las manos de las víctimas iniciales fueron enterradas separadas de sus cuerpos debido a sus niveles de radiación. ^{[ 131 ]}

Las centrales nucleares , las plantas de enriquecimiento de uranio , las plantas de fabricación de combustible e incluso las minas de uranio son vulnerables a ataques que podrían provocar una contaminación radiactiva generalizada . La amenaza de ataque es de varios tipos generales: ataques terrestres tipo comando contra equipos que, de quedar inutilizados, podrían provocar la fusión del núcleo del reactor o la dispersión generalizada de la radiactividad; y ataques externos, como el impacto de un avión contra un complejo de reactores o ciberataques. ^{[ 137 ]} Los terroristas podrían atacar las centrales nucleares en un intento de liberar contaminación radiactiva en el medio ambiente y la comunidad.

Los reactores nucleares se convierten en objetivos preferidos durante los conflictos militares y han sido atacados repetidamente por ataques aéreos militares: ^{[ 138 ]}

• En septiembre de 1980, Irán bombardeó el complejo del reactor de Osirak, aún sin terminar, en Irak.
• En junio de 1981, un ataque aéreo israelí destruyó por completo el reactor iraquí de Osirak.
• Entre 1984 y 1987, Irak bombardeó seis veces la planta nuclear iraní de Bushehr, que aún estaba incompleta.
• En Irak, en 1991, Estados Unidos bombardeó tres reactores nucleares y una planta piloto de enriquecimiento de uranio.

La Comisión del 11-S de Estados Unidos afirmó que las centrales nucleares fueron objetivos potenciales considerados inicialmente para los ataques del 11 de septiembre de 2001. Si los grupos terroristas lograran dañar suficientemente los sistemas de seguridad como para provocar una fusión del núcleo de una central nuclear o dañar suficientemente las piscinas de combustible gastado, dicho ataque podría causar una contaminación radiactiva generalizada. Según un informe de 2004 de la Oficina de Presupuesto del Congreso de Estados Unidos , «los costos humanos, ambientales y económicos de un ataque exitoso contra una central nuclear que resulte en la liberación de cantidades sustanciales de material radiactivo al medio ambiente podrían ser enormes». ^{[ 139 ]} Un ataque contra la piscina de combustible gastado de un reactor también podría ser grave, ya que estas piscinas están menos protegidas que el núcleo del reactor. La liberación de radiactividad podría causar miles de muertes a corto plazo y un mayor número de víctimas mortales a largo plazo. ^{[ 137 ]}

El sabotaje interno se produce porque los empleados internos pueden observar y eludir las medidas de seguridad. En un estudio sobre delitos internos, los autores afirmaron repetidamente que el éxito de estos delitos dependía de la observación y el conocimiento de las vulnerabilidades de seguridad por parte de los perpetradores. Desde el inicio de la era atómica , los laboratorios nucleares del Departamento de Energía de EE. UU. han sido conocidos por violaciones generalizadas de las normas de seguridad. Una mejor comprensión del alcance de la amenaza interna ayudará a superar la complacencia y es fundamental para que los países adopten medidas preventivas más contundentes. ^{[ 140 ]}

Los investigadores han enfatizado la necesidad de que las instalaciones nucleares sean extremadamente seguras frente a sabotajes y ataques que podrían liberar grandes cantidades de radiactividad. Los nuevos diseños de reactores cuentan con características de seguridad pasiva , como la inundación automática del núcleo del reactor sin intervención activa de los operadores. Estas medidas de seguridad se han desarrollado y estudiado generalmente en relación con accidentes, no con ataques deliberados a reactores por parte de grupos terroristas. Sin embargo, la Comisión Reguladora Nuclear de EE. UU. ahora exige que las nuevas solicitudes de licencia para reactores consideren la seguridad durante la etapa de diseño. ^{[ 137 ]}