(foto: Edificios de los reactores antes y después de la explosión)
¿Qué pasó en la planta nuclear de Fukushima, Japón, el 12 de marzo?
Por: Cuitláhuac García Jiménez [4]
Un poquito de información previa.
La fisión nuclear es la división del núcleo de un átomo y produce una gran cantidad de calor. La energía calorífica liberada por 1 gramo de uranio equivale a la que se obtendría con 2700 kg de carbón.
La planta nuclear de Fukushima, Japón, es del tipo de Reactor de Agua en Ebullición (BWR, por sus siglas en inglés) [similar al que existe en Laguna Verde, México]. Estos reactores utilizan el calor producido por la fisión nuclear del uranio para “hervir” el agua, generando vapor caliente que va a mover unas turbinas conectadas a los generadores de electricidad. El reactor opera a una temperatura de 285° C [1].
El uranio (en forma de pastillas de dióxido de uranio) es bombardeado con neutrones para dividir sus átomos, por cada división (fisión) atómica se liberan más neutrones que a su vez producen más divisiones generándose una reacción en cadena dentro de unos tubos largos donde son contenidas las pastillas herméticamente. Una vez iniciada la reacción en cadena, si hay suficiente concentración de uranio fisible, las fisiones no se pueden detener de inmediato, solo se controla la rapidez y frecuencia con que suceden. Por lo que, aún detenida la generación de energía eléctrica, se sigue produciendo calor al interior de los tubos que cubren el uranio y es de extrema importancia enfriar dichos tubos a fin de que el calor remanente no funda el material protector.
Los tubos están hechos de una aleación de zirconio (zircaloy, que empieza a romperse a los 1200° C) y tienen la importantísima función de contener los nuevos átomos formados y otros residuos altamente radioactivos resultantes de la división del átomo de uranio. Los residuos radioactivos son altamente inestables y siguen dividiéndose emitiendo neutrones, rayos gamma, beta, alfa y otros elementos hasta que se estabilizan con el tiempo. La rapidez e intensidad de las fisiones es controlada por unas barras largas que se insertan entre los tubos y que están hechas de carburo de boro, material que absorbe neutrones y que al capturarlos evita que golpeen otros átomos de uranio disminuyendo el número de fisiones. A menor número de fisiones, menor calor, por lo que las barras son utilizadas para controlar la intensidad de generación de vapor.
Los tubos y las barras controladoras están en el interior de una vasija gruesa de metal (que opera a una presión 35 veces mayor a la que está inflada una llanta de automóvil). Ahí se introduce agua que al estar en contacto con los tubos hierve y se convierte en vapor caliente que es enviado a las turbinas de la planta (después, el vapor al ser condensado se recicla a la vasija nuevamente). El agua al interior de la vasija también hace el papel de refrigerante y de moderador de la reacción en cadena puesto que disminuye la velocidad de algunos de los neutrones que se liberan en la fisión nuclear. Por lo que la presencia de agua adentro de la vasija es también de vital importancia en la seguridad.
La vasija está dentro de dos estructuras de metal y concreto, llamadas contenciones primaria y secundaria. Todo esto está dentro de un edificio que es la última protección del exterior. Existensistemas auxiliares para enfriar el interior en caso de que suceda un paro total de la planta o una pérdida del agua refrigerante por accidente (se llaman sistemas de remoción de calor residual y son vitales para evitar que sobrecaliente la planta aún estando sin generar electricidad). Dichos sistemas auxiliares pueden enfriar tanto el interior de la vasija como a su alrededor e incluso el agua de la alberca que se encuentra debajo de ella (en la contención primaria). Estos sistemas pueden reducir la temperatura del reactor hasta los 52° C, pero requieren de 20 horas posteriores al paro total de la planta.
¿Qué falló en la planta de Fukushima?
El temblor fue de una intensidad de 9 grados Richter y la planta fue diseñada para operar por debajo de ese valor. Por lo que actuó el sistema de seguridad y paró la planta, es decir se dejó de producir energía eléctrica, y se insertaron las barras de control para detener la reacción en cadena, solo restaba que las bombas del sistema de enfriamiento actuaran con la electricidad producida por plantas generadoras auxiliares que funcionan con diesel. Pero estas fueron destruidas por el temblor. Así que entraron las plantas de respaldo diseñadas para este caso; sin embargo, el tsunami al poco tiempo y de un tamaño inimaginable las inundó y dejaron de funcionar. Entró entonces un último sistema de remplazo que está basado en baterías con el fin de mantener funcionando las bombas del sistema auxiliar de enfriamiento; las cuales se detuvieron 8 horas después al consumirse las baterías.
Utilizando otras plantas generadoras móviles traídas posteriormente, se mantuvieron algunos de los sistemas de emergencia de enfriamiento para casos de pérdida del refrigerante (que utilizan agua de mar), pero se supone que parte de los sistemas emergentes estaban dañados por el terremoto, lo que dificultaba la disminución del calor producido por las fisiones atómicas remanentes. Este calor produjo alta presión al interior de la vasija y válvulas de seguridad dejaron escapar parte del vapor que está en contacto con los tubos disminuyendo así la presión. Ese vapor liberado quedó entonces fuera de la vasija pero dentro de la estructura de la contención primaria, que cuenta con una alberca para condensar vapor y disminuir la presión. Cabe señalar que el vapor proveniente del interior de la vasija tiene, aunque muy bajos, niveles de radioactividad.
Sin embargo, lo peor estaba por venir, por los intermitentes intentos fallidos por enfriar el núcleo de la vasija, la temperatura estuvo fuera de control durante momentos y los tubos llenos de uranio y que contienen gran parte de la radiación empezaron a reaccionar con el agua (proceso llamado oxidación del zircaloy que sucede a altas temperaturas) liberando el hidrógeno de la molécula del agua en forma de gas y éste se mezcló con el vapor liberado. El hidrógeno en gran cantidad es altamente reactivo con el aire y produce una explosión, pero mezclado con vapor no reacciona.
Al ir aumentando el calor, aumentó la presión y tuvieron que tomar una medida extrema, liberaron la mezcla de vapor e hidrógeno fuera de la contención primaria; la parte superior de la contención secundaria y del edificio es más fría y condensó el vapor, dejando que el hidrógeno se acumulara y se mezclara con el aire de adentro del edificio y produjera las explosiones. Eso fue lo que destruyó los techos de los edificios donde estaban los reactores de las unidades 3 y 1. Sucediendo esto, el vapor sale a la atmósfera con algunos productos radioactivos debido a que el zircaloy al reaccionar con agua los deja libres y se habían mezclado previamente con el vapor.
En la unidad 2, sobrellevaban los mismos problemas que las unidades 1 y 3, pero un problema adicional fue la falla de una válvula de escape de vapor a alta presión y se hizo más complicada la inyección de agua de mar. La explosión sucedida aquí dejó al reactor en una situación más seria puesto que fue dañado el interior de la contención primaria. En la unidad 4 que estaba fuera de servicio se incendió una bomba de enfriamiento del combustible en desuso, por lo que la temperatura se empezó a incrementar ahí. Posteriormente hubo otro incendio en el edificio de esta unidad y se desconoce el motivo. Las unidades 5 y 6 han reportado incremento en la temperatura con dificultad para mantenerlas bajo control. La agencia internacional de energía nuclear ha informado daños en los núcleos de los reactores 1, 2 y 3 y se sigue intentando disminuir su temperatura y bajar la presión, incluso por métodos inéditos [2]. Según un periódico inglés, cables filtrados por Wikileaks, indican que la misma agencia de energía nuclear había advertido que esas plantas japonesas no resistirían un sismo de magnitud por arriba de 7 en escala de Richter.
Fuentes:
[1] http://mitnse.com/2011/03/13/why-i-am-not-worried-about-japans-nuclear-reactors/
[2] Periódico La Jornada. Y otras agencias de noticias.
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