Accidentes nucleares mas importantes

Dentro de los accidentes nucleares MAS IMPORTANTES están el de Chernobyl, el de Three Mile Island y el de Fukushima en Japón a raiz del terremoto y posterior tsunami. En el de Chernobil, URSS, un reactor experimental diseñado para uso  militar para convertir uranio en plutonio para armas atómicas, el error era de diseño y falta de seguridad. El de Three Mile Island, EE.UU.,  fue básicamente un error humano. El de Fukushima en Japón, fue un terremoto seguido de un tsunami lo que provocó el accidente, aparte de que la instalación llevaba funcionando más de cuarenta años y era algo obsoleta.

Nota: A lo largo del artículo se ha hecho un seguimiento a la evolución de la situación en la Central Nuclear de Fukusima desde el punto de vista técnico divulgativo.

Accidente de Chernobyl-URSS

El reactor soviético de Chernobyl era un reactor experimental para usos militares básicamente que no tiene nada que ver con los reactores nucleares comerciales occidentales . Su objetivo era convertir uranio en plutonio para las ojivas de los misiles de cabeza nuclear. Lo que pasa es que el calor generado decidieron aprovecharlo para vaporizar agua que moviera un turbo alternador y produjera potencia eléctrica.

Reactor Chernobil en la actualidad. Cubierto con un sarcófago de cemento.

El reactor de Chernobyl estaba funcionando y cuando se procedió a pararlo, se atoraron las barras de grafito que debían parar la fisión nuclear. Al no poder refrigerarlo suficiente, se produjo una alta temperatura que provocó el incendio del grafito de las barras moderadoras y el uranio fundido por el calor continuó generando más calor. Al no resistir la vasija especial de acero contenedora, ni ser suficiente la resistencia del edificio de contención, la radiación saltó al exterior libremente y el incendio se generalizó. Humo y radiactividad desataron el infierno en la zona. Tuvo que ser sepultado bajo toneladas de hormigón para siempre. El principal problema fue que el proceso de fisión no se pudo parar del todo.

Se discute mucho sobre las centrales nucleares, pero la realidad es que es impensable que la humanidad prescinda del uso de la energía nuclear para producir potencia eléctrica. Con casi siete mil millones de habitantes en el planeta y cada vez más aspirando a un nivel de vida confortable, no existe sustituto a medio plazo para sustituir la potencia que producen las centrales nucleares. Las del futuro, además, en vez de uranio, emplearan torio, mucho más abundante en el planeta, más potente y menos peligroso. El torio será la revolución de las centrales nucleares.

Accidente de Three Mile Island-EE.UU.

El accidente de Three Mile Island, EE.UU., en 1979, se produjo por un fallo de manipulación de refrigeración del reactor nuclear. Parece ser que sonó la alarma de fallo en la bomba principal de circulación de agua del reactor y entró en funcionamiento una segunda bomba. Estas bombas son enormes, de alta potencia y siempre son alimentadas por si acaso con líneas eléctricas que vienen de otras centrales para evitar que se queden sin corriente. Pero un técnico, como esa alarma solía sonar sin motivo, creyendo que era otra vez más de lo mismo, paró la bomba que había arrancado.

La alarma en este caso había sido real. El reactor se quedó sin refrigeración y el núcleo se fundió. El uranio fundido cayó al fondo de la vasija especial de acero que contiene al núcleo del reactor. Y allí se quedó y sigue. No emite radiación al exterior y seguirá ahí por siglos. Pero no supone una amenaza para nadie. De hecho, el otro grupo nuclear que está al lado de éste, sigue funcionando normalmente.

Esquema de un reactor nuclear tipo BWR, como el de Fukushima en Japón. El agua entra por una tubería (verde) y hierve dentro de la vasija donde está el núcleo del reactor produciendo calor por fisión de uranio. El vapor sale por otra tubería (roja) para mover el turbo alternador que produce potencia eléctrica. El de Fukushima llevaba en funcionamiento 40 años y era obsoleto. De hecho, en Marzo de 2011, estaba previsto su cierre. Pero días antes del día fijado, se produjo el terremoto. La demagogia pseudoecologista ha conducido a la paralización de programas de construcción de centrales nucleares y en muchos países se ha prolongado la vida activa de centrales antiguas cuando deberían haber sido sustituídas por otras más modernas y aún más seguras.

Otro esquema de una planta nuclear BWR, donde el agua hierve directamente en la vasija o contenedor del reactor nuclear: es la parte de la izquierda. La parte de la derecha es el esquema de la planta generadora de energía eléctrica que es similar a las plantas convencionales de vapor de agua. En el caso de Fukushima las barras de control ya se habían introducido para detener la fisión nuclear al detectarse el terremoto. Después hay que enfriar la vasija o contenedor del reactor durante unos días haciendo circular agua, pero el tsunami dejó a la planta sin suministro de energía eléctrica para mover las bombas.

Accidente de Fukushima en Japón

Esta la distribución de los reactores nucleares según gráfico publicado por elmundo.es. Otros dos reactores, el 5 y el 6, están situados a la derecha y no se ven aquí. Estaban apagados en el momento del terremoto y tsunami.

La central nuclear de Fukushima era ya algo obsoleta. Llevaba cuarenta años funcionando y alguno de sus reactores iba a ser cerrado precisamente el mismo mes de Marzo de 2011 en que se produjo el terremoto y posterior tsunami. Es una prueba de que alargar la vida de las centrales nucleares tiene su riesgo.

No creo que sea casualidad que es la más antigua de las plantas japonesas la que ha resistido peor el terremoto y posterior tsunami. Hay que pensar que después de cincuenta años en que se proyectó, los ingenieros que participaron en el proyecto y que mejor conocen los entresijos del mismo, ya habrán fallecido o estarán en una edad poco operativa como para poder dar consejos sobre determinadas formas de actuar.

Es uno de los problemas del paso del tiempo y de no llevar un plan de renovación de centrales nucleares. Y si no se quieren renovar porque la gente no lo desea, entonces no se debe prorrogar su uso. Si es necesario emplear energía más cara, la gente deberá pagar por ello. Y si no se consigue producir suficiente energía, habría que racionarla.

Los reactores,  tipo BWR,  son de agua hirviendo en el mismo núcleo del reactor, a diferencia de los PWR, donde el agua que se calienta en el reactor sirve después para calentar el agua que trabajará en los turboalternadores. En los BWR como estos de Fukushima el agua entra, hierve por el calor de la fisión nuclear y sale por otra tubería el vapor para mover el turbo alternador que produce la potencia eléctrica. En esencia es como el calentador de agua de gas de una casa. El gas encendido calienta el agua que pasa por un serpentin.

El agua siempre lleva algunos gases disueltos, gases que se encuentran en el aire que respiramos, en pequeñas cantidades, como el Xenon, el Radom, etc., y como en los reactores BWR, el agua que entra es el  mismo que trabaja después en las turbinas, se condensa y vuelve a entrar en el reactor, (es un circuito cerrado prácticamente), siempre contiene pequeñas cantidades de esos gases y con la radiactividad de la fisión, se producen isótopos del Xenon, del Radom, etc..

Si se abre la válvula de seguridad de la caldera del reactor para dejar salir vapor a la atmósfera y liberar presión en una emergencia como en la este terremoto, se liberan esos gases radiactivos. Son en poca cantidad y de periodo de vida muy corto, de segundos, pero naturalmente deben ser evitados por las personas.

El fallo en la central de Fukushima radicó en que cuando se paró la central por el terremoto según el protocolo, fallaron las líneas de suministro de emergencia de otras centrales y arrancaron los diesel generador de emergencia para alimentar las bombas de circulación del reactor  que bombean el agua de refrigeración. Pero el tsunami que vino después, inutilizó los grupos diesel generador y las bombas de circulación se pararon. El núcleo quedó sin refrigeración. Aunque estaba apagado, es necesario enfriarlo.

LA EXPLOSION DE FUKUSHIMA

La presión se descarga haciendo saltar una válvula de evacuación de vapo que descarga en un volumen torico que está debajo del reactor, el toro.  Pero el revestimiento del combustible son unas vainas de aleación de circonio. El circonio, con vapor de agua a alta temperatura se oxida y pasa a ser óxido de circonio. En esa reacción se libera hidrógeno.

Además, a esas altas temperaturas el vapor de agua tiende a disociarse en hidrógeno y oxigeno. Como tuvieron que soltar en una ocasión vapor dentro del edificio, por no soltarlo directamente al exterior, para que los isotopos radiactivos de los gases como el Radom se desintegren ahí (tienen un periodo de vida de segundos), es fácil la acumulación de bolsas de hidrogeno.

Una bolsa de ese hidrógeno, que es altamente inflamable, combinado con el oxigeno del aire provocó una explosión y daño en el edificio exterior, que protege la instalación de los cambios climáticos y de la lluvia, pero que no es el de contención del reactor ni la vasija de acero que contiene el núcleo del reactor.

También se produjeron bolsas de hidrógeno en las piscinas que contienen las barras de combustible usado de los reactores por el mismo procedimiento de oxidación por calentamiento y emisión de hidrógeno. Esas bolsas de hidrógeno explotaron reventando aparatosamente la techumbre pero no afectando al envoltorio de acero y hormigón que es la barrera secundaria que contiene al reactor y que está debajo de las piscinas.

Enfriamiento del reactor: calor a disipar

Se estima según las curvas de enfriamiento de los reactores que en estos días del 19 al 31 de Marzo de 2011, la potencia que generan los reactores por reacciones de desintegración de productos de fisión secundarios es de:

REACTOR 1:   6 MW

REACTOR 2: 10 MW

REACTOR 3: 10 MW

A principios de Abril de 2011 la potencia producida por los reactores será:

REACTOR 1: 5 MW

REACTOR 2: 8 MW

REACTOR 3: 8 MW

Las diferencias entre los Reactor 1 y los reactores 2 y 3 es debido a que el Reactor1 es de menor potencia. Esta potencia, que se traduce en subida de temperatura dentro del Reactor, era disipada en condiciones normales por el agua de refrigeración impulsada por las bombas de alimentación de los reactores y que se quedaron sin suminisro eléctrico a raiz del Tsunami. Por ello es vital contar con potencia eléctrica que permita poner en marcha las bombas de alimentación de agua de los reactores y las bombas de circulación de agua de mar que refrigera el agua caliente que saldría de los reactores.

¿Puede producirse una explosión nuclear?

Las barras de combustible de un reactor nuclear BWR parado o las barras usadas almacenadas en las piscinas no pueden entrar en fisión nuclear y mucho menos provocar una explosión nuclear.  La fisión nuclear se provoca por neutrones lentos. En los reactores BWR, el agua sirve para producir vapor y para ralentizar los neutrones, hacerlos más lentos.

Cuando el agua se convierte en vapor, los neutrones se frenan menos y al no ser lentos, no producen apenas fisiones. Si se queda sin agua, tampoco se frenan y no producen fisión.

O sea, que aunque el reactor parado se quede sin agua o la piscina que contiene las barras de combustible usado se quede sin agua, no se puede producir fisión nuclear activa de primer orden. Y por supuesto, tampoco se podría producir una explosión nuclear.

Otra cosa es que el calentamiento que va produciendo la fisión secundaria produciendo isótopos pueda llegar a fundir las vainas de circonio que contienen al combustible nuclear e incluso pueda llegar a fundir a dicho combustible y ponerlo a alta temperatura, más de 2.400 grados centigrados si se ha quedado sin agua demasiado tiempo. Pero no puede entrar en fisión nuclear ni explotar como si fuera una bomba atómica. Una bomba atómica es algo más complejo de fabricar que un reactor nuclear y hace falta uranio o plutonio muy puro, algo que no existe en los reactores nucleares comerciales.

¿Qué es fusion del nucleo?

Las bolas de oxido de uranio para la fisión nuclear se encuentran dentro de vainas de zircaloy. Cuando se apaga el reactor metiendo las barras de yoduro de cromo, que absorben los neutrones, el núcleo del reactor cesa la fisión pero las fisiones de elementos secundarios que desintegran siguen durante unos días y producen calor.

Ese calor residual debe ser eliminado haciendo circular agua de refrigeración en un proceso normal. Como en Fukushima se quedaron sin potencia eléctrica para hacer funcionar las bombas de circulación de agua, el calor va elevando la presión dentro de la vasija del reactor. Mientras tenga agua, de vez en cuando sueltan algo de presión de vapor al exterior para evitar que suba demasiado.

Si se alcanzase los 1850 grados centigrados por falta de refrigeración, las vainas de circaloy se fundirían dejando caer las bolas de oxido de uranio al fondo de la vasija. Si siguiera aumentando la temperatura por encima de los 2400 grados, se fundirían las bolas duras de óxido de uranio.

En las bolas de óxido de uranio existen los elementos intermedios isótopos de cesio y yodo radiactivos que están desintegrándose y produciendo ese calor residual hasta que se acaben. Toda liberación de vapor para bajar presión en la vasija emitirá isótopos radiactivos de estos elemenos.

Si se funde el óxido de uranio, por alcanzarse los 2.400 grados centigrados, es el edificio de contención de hormigón el que albergaría todo el material que pudiera alcanzar el exterior de la vasija de acero del reactor. El edificio de contención, de gruesos muros de hormigón, quedaría sellado conteniendo todo el material radiactivo dispersado por todas partes. No debería haber emisiones al exterior pero pasaría mucho tiempo antes de que todas las reacciones secundarias radiactivas cesen para poder proceder a la limpieza del lugar.

Como referencia puedo decir que en el caso de Three Mile Island se produjo la fusión del 50% del combustible del núcleo del reactor. La masa de circonio y oxido de uranio se desplomó sobre el fondo de la vasija sin poder perforarla. De un espesor de 9 pulgadas, perforó unos 5/8 pulgadas. La aportación de refrigeración de agua es fundamental para evitar que el calor de la masa fundida pueda atravesar el acero cuyo punto de fusión anda por los 1500 grados centigrados.

CONCLUSION

Los grupos diesel generador de una central nuclear deben tener una seguridad de funcionamiento superior incluso al del propio nucleo del reactor. Una caída general de la red eléctrica como sucedió en Japón deja a un reactor en proceso de parada sin otra manera de alimentar las bombas de circulación y alimentación de agua que mediante los motores diesel generadores. Es un grave defecto el que en Fukushima esos motores no estuvieran suficientemente aislados ante un tsunami.

Por otro lado, el accidente pone de relieve que los reactores nucleares son duros de pelar, incluso uno tan antiguo como éste, diseñado en los años 1950. Porque ha resistido un terremoto bestial, un tsunami posterior y se quedó sin refrigeración durante el proceso de enfriamiento. Lo peor de lo peor. De hecho, el fallo estuvo en lo que parece inadecuada protección de los diesel generadores de emergencia ante un tsunami o una inundación grave. De otro modo, estos reactores se hubieran enfriado como se hizo en otros once que en otras instalaciones se detuvieron por precaución ante el terremoto. Japón dispone de 54 reactores nucleares que le proporcionan sobre el 30% de la potencia que consume.


Una cosa debe quedar clara:
Si no se puede restablecer el sistema de refrigeración por bombas, es muy difícil que los reactores no acaben con fusión de nucleo. Si no es con su sistema de refrigeración por circulación de agua mediante bombas, metiendo siempre agua fría y sacando la caliente, no veo que pueda enfriarse el núcleo de los reactores aunque estén apagados y haya cesado la fisión principal. La desintegración secundaria de los elementos de fisión sigue generando calor y si no se refrigera adecuadamente, llevaría a la oxidación de las vainas que contienen el óxido de uranio, en primer lugar. Si sigue el calentamiento, llevaría a la fusión de estas y finalmente, serían las bolas de uranio las que comenzarían a fundirse, a partir de los 2.400 grados centígrados como mencioné anteriormente.

El sistema de bajar presión en la vasija abriendo vapor para que salga al toro que está debajo de la misma y bombear agua con una bomba de alta presión alimentada con el propio vapor de la vasija, descrita en Accidente nuclear japones: defectos, dado que se hace en un ambiente hostil para los técnicos que han de ejecutarla, es un método de mantener estable el reactor hasta que se consiga reponer la potencia eléctrica exterior y poner en marcha el sistema de refrigeración habitual, que permite quitar la presión en la vasija y dejar el agua en unos 30 grados centigrados, momento en que se pueden retirar las barras de combustible. Es entonces cuando se puede decir que el reactor se ha enfriado.

En el anillo torico que está debajo del reactor y contiene gran cantidad de agua para que el vapor de la vasija del reactor se pueda condendar en caso de emergencia se sintieron fuertes ruidos que fueron confundidos con explosiones en un primer momento. Probablemente estaban causados por la existencia de gases acumulados dentro.

En el momento en que el día de terremoto se quedaron sin corriente eléctrica por haberse averiado los diesels generadores por el tsunami, debieron recurrir inmediatamente a sistemas móviles de bombeo de agua y de generación de electricidad. Si Japón no disponía de sistemas adecuados, debía haberlos pedido con máxima urgencia a EE.UU. No parece de recibo que estén aún en camino, transportados por unidades del Ejército nipón cuando han pasado cinco días sin poder inyectar agua debidamente a los reactores y piscinas.

Parece increíble que en cinco días Japón no haya podido aportar grupos diesel generadores portátiles a la zona en número suficiente para generar potencia para ir moviendo las bombas de circulación de agua de los reactores de la central nuclear.

Aqui puede observarse la estructura de un grupo reactor de Fukushima. El techado que está sobre el edificio de contención del reactor, hecho de acero y hormigón, saltó por los aires por la explosión probablemente de una bolsa de hidrógeno. (Entiéndase que saltó el tejado, el ático, que está sobre el edificio de contención. No ha saltado el techo de dicho edificio de contención). Cabe pensar que el hidrógeno procede de la oxidación de las vainas de circonio que contienen las bolas de óxido de uranio que es el combustible nuclear. Se oxida y suelta hidrógeno en la reacción cuando se recalienta demasiado, en contacto con agua y oxigeno. Meter agua a la piscina que contiene las barras de combustible es de gran prioridad.

Foto de satélite que muestra los techos de los reactores 1, 3 y 4 rotos por las explosiones de hidrógeno originadas por la oxidación del circonio de las fundas que envuelven al combustible nuclear usado y almacenado en piscinas de agua. Debajo de esas techambres rotas, está el contenedor de seguridad de cemento y acero que envuelve a la vasija del reactor. El miércoles se lanzó agua sobre la piscina del Reactor 4. El jueves, sobre la del Reactor 3 y 4. Se espera que el viernes se siga lanzando agua sobre el Reactor 3. Mantener con agua dichas piscinas es fundamental.

NOTA.- Por extenderse demasiado la longitud del artículo, sigue actualizándose en:
Accidentes nucleares: Fukushima

TERREMOTO Y TSUNAMI

La linea coloreada muestra la costura de colisión de la placa continental asiática contra la del Pacífico. Japón está en primera línea de la colisión de las placas.

El tsunami que siguió al terremoto, inutilizó a los grupos diesel generador de la central nuclear. Eran los que estaban alimentando con su potencia eléctrica a las bombas de circulación de agua que refrigeraban al núcleo del reactor nuclear provocando el accidente: el calentamiento del núcleo. Es evidente que ese reactor no estaba debidamente protegido contra tsunamis, por cuanto el agua nunca debió alcanzar a los grupos diesel generador de emergencia. Fue diseñado hace más de cuarenta años y se nota.

La central nuclear Garoña, en España, es del tipo BWR como el reactor japonés. BWR es Boiling Water Reactor, o sea, Reactor de Aguar Hirviendo. El agua hierve en la misma vasija donde está el núcleo del reactor. Afortunadamente, en Garoña, Burgos, no es previsible que se produzca un terremoto como el de Japón y desde luego, un tsunami como el que se produjo allí.

La paralización de los proyectos nucleares en España llevó consigo un encarecimiento de la energía para los ciudadanos y empresas haciendo que el país sea menos competitiva. Hoy hay mucha gente en el paro como consecuencia de ello. Aparte naturalmente de la burbuja inmobiliaria, política y de corrupción que se formó en el país, asolado por nacionalismos y caciquismos.

El Banco de Japón reacciona ante la subida del yen insuflando la mayor cantidad de yenes de su historia.

Pueder ver también:

Accidente nuclear japones: defecto importante

Nota.- Por extenderse demasiado el artículo, sigue actualizándoes en:

Accidentes nucleares: Fukushima