Por qué no estoy preocupado por los reactores nucleares de Japón.

Con el fuerte terremoto en Japón y el Tsunami que le siguió la planta nuclear de Fukushima sufrió daños, pero ¿pueden estos daños generar una hecatombe nuclear? La respuesta es un rotundo NO. La situación ya está controlada y las fugas radioactivas no presentan un riesgo para los seres humanos. Los medios han manejado mal la información y se ha dado a entender a la población que en cualquier momento ocurrirá una explosión nuclear. Esto es ridículo y para esto fué escrito lo siguiente:

El siguiente artículo fué escrito por el Dr Josef Oehmen, científico de MIT en Boston. El articulo original puede ser leído aquí (en ingés) y la persona que realizó la traducción al español la publico en este link. Yo coloco esa traducción acá con algunas correcciones personales.

(El artículo es largo, pero si quieres entender lo que sucedió en su totalidad leelo, no tiene pérdida)

Cito:

“Estoy escribiendo este texto (12 de marzo) para darles cierta tranquilidad sobre algunos de los problemas en Japón, que es la seguridad de los reactores nucleares japoneses. Es decir, el asunto es serio, pero está bajo control. El texto es largo! Pero después de leerlo sabrás más sobre centrales nucleares que todos los periodistas del mundo juntos.

En Fukushima “No” habrá algún escape de radiactividad importante.

Por “importante” me refiero a un nivel de radiación mayor del que recibirías en – digamos, un vuelo de larga distancia o beber un vaso de cerveza que viene desde ciertas áreas con altos niveles de radiación natural.

He estado leyendo cada noticia publicada sobre el incidente desde el terremoto y no ha habido ni una sola noticia (!) que fuera precisa y libre de errores. Por “no libre de errores” no me refiero a periodismo que tiende a lo “anti-nuclear”- que es algo normal estos días sino que me refiero a evidentes errores con respecto a las leyes físicas y naturales, así como una inmensa malinterpretación de los hechos, debido a una falta (obvia) de conocimientos fundamentales y básicos sobre cómo funcionan y se operan los reactores nucleares. He leído un reportaje de 3 páginas de la CNN en donde cada párrafo contenía un error.

Tendremos que cubrir algunos principios antes de que nos metamos a fondo en qué está pasando.

Construcción de las plantas nucleares de Fukushima

Las plantas de Fukushima son los llamados “Boiling Water Reactors” (Reactores de agua hirviente?) o BWR en adelante (para acortar). Estos reactores son similares a una olla a presión. El combustible nuclear calienta agua, el agua hierve y crea vapor, el vapor entonces se lleva a unas turbinas que crean la electricidad, tras ello el vapor es enfriado y condensado a agua y dicho agua se reenvía para que sea calentado de nuevo por el combustible nuclear. La olla a presión opera a unos 250ºC.

El combustible nuclear es óxido de uranio. El óxido de uranio es una cerámica con un alto punto de fusión sobre los 3000ºC. El combustible es manufacturado en bolitas (piensa en pequeños cilindros del tamaño de piezas de Lego). Esas piezas son puestas en un tubo largo hecho de Zircaloy con un punto de fusión de 2200ºC, y son sellados herméticamente. Eso forma lo que se llama las varillas de combustible. Estas varillas son unidas para formar bultos más grandes, y un número de estos bultos son metidos en el reactor. Al conjunto de todos estos “bultos” se les llama “el núcleo”.

El recubrimiento de Zircaloy es la primera contención (“defensa”) y separa el combustible radiactivo del resto del mundo.

El núcleo es colocado en unos “recipientes de presión”. Esto es, la olla a presión de la que hemos hablado antes. Los recipientes de pressión conforman la segunda contención. Es una robusta ‘olla’, diseñada para contener el núcleo de manera segura por temperaturas de varios centenares de ºC. Eso incluye los escenarios donde la refrigeración puede ser renaudada en cierto punto.

Todo el “hardware” del reactor nuclear – el recipiente a presión, las tuberías, las bombas y las reservas de refrigerante (agua), son encerradas en una tercera contención. La tercera contención está herméticamente sellada, creando una gran “burbuja” formada por el más resistente acero. Esta contención está diseñada, construída y probada para una sola función: Contener, indefinidamente la completa fusión de un reactor (núcleo) [revisar esta traducción]. Para ese cometido, una cuenca de hormigón de gran espesor se coloca debajo del recipiente a presión (la segunda contención), la cual está rellena de grafito, todo dentro de la tercera contención. Esto es lo que se llama “receptor del núcleo”. Si el núcleo se funde y el recipiente a presión explota (y finalmente se funde), el “receptor del núcleo” recogerá el combustible fundido y todo lo demás. Está construido de tal manera que el combustible nuclear se esparzca para que pueda enfriarse.

La tercera contención es entonces rodeada por el edificio del reactor. Dicho edificio es un caparazón externo que “supuestamente” mantiene el (ambiente fuera?), pero nada dentro. (esta es la parte que fue dañada en la explosión, pero más de eso luego).

Principios de las reacciones nucleares

El combustible de uranio genera calor por la fisión nuclear. Grandes átomos de uranio son divididos en átomos más pequeños. Eso genera más calor junto con neutrones (una de las partes que forma un átomo). Cuando el neutrón golpea otro átomo de uranio, se parte, generando más neutrones y así en adelante. Eso es lo que se llama reacción nuclear en cadena.

Ahora, si se empaqueta un montón de varillas unas cerca de otras, se produciría un rápido sobrecalentamiento y pasados 45 minutos llevaría a un derretimiento de las varillas de combustible. Vale al pena mencionar que llegados a este punto, el combustible nuclear no podrá “nunca” causar una explosión nuclear del tipo de ‘bomba nuclear’. Construir una bomba nuclear es bastante difícil (preguntad a Irán). En Chernóbil, la explosión fue causada por un acumulamiento excesivo de presión, una explosión de hidrógeno y una ruptura de todas las contenciones, ‘empujando’ material fundido del núcleo al medio ambiente (una “bomba sucia/casera”). Por qué eso no pasó y no pasará en Japón? Un poco más abajo.

Para controlar las reacciones nucleares en cadena, los operadores del reactor usan las tan llamadas “varas de contención”. Estas varas absorben los neutrones y detienen la reacción en cadena de manera instantánea. Un reactor nuclear está construído de tal manera que operando normalmente, se pueda sacar todas las varas de contención. El agua refrigerante entonces se lleva consigo el calor (que convierte al agua en calor y luego en electricidad) en la misma proporción en que el núcleo lo produce. (Calor producido = calor que se lleva el agua). Trabajando de este modo, con temperaturas sobre los 250ºC.

El reto aquí es que después de insertar las varillas y parar la reacción en cadena, el núcleo sigue produciendo calor. El uranio “paralizó” la reacción en cadena. Pero un número de elementos radiactivos intermedios son creados por el uranio durante su proceso de fisión, en concreto son los isótopos de cesio y yodo, versiones radiactivas de estos elementos que acabarán dividiéndose en átomos más pequeños y dejarían de ser radiactivos. Estos elemenos siguen descomponiéndose y produciendo calor porque no son regenerados por el uranio (el uranio dejó de descomponerse despues de que las varas de contención fueran introducidas), entonces se obtienen menos y menos y el núcleo se enfría en cuestión de días, hasta que esos elementos radiactivos intermedios se agotan.

El calor residual es lo que está causando dolores de cabeza ahora.

Por lo que el primer “tipo” de material radiactivo es el uranio en las varas de combustible, más el elemento radiactivo intermedio en el que se divide el uranio, también dentro de las varas de combustible (Cesio y yodo).

Existe un segundo tipo de material radiactivo creado en el exterior de las varas de combustible. La principal diferencia reside en que esos materiales radiactivos tienen una vida media muy corta, eso quiere decir que descomponen muy rápidamente y se parten en materiales no radiactivos. Por rápido me refiero a segundos. Así que si estos materiales radiactivos fueran liberados al medio ambiente, sí, cierta radiactividad fue liberada, pero no, no es peligroso… del todo.

¿Por qué? Para cuando hayas deletreado “R-A-D-I-O-N-U-C-L-E-I-D-O”, ya serán inofensivos, porque se han dividido en elementos no radiactivos. Esos elementos radiactivos son el N-16, el isótopo radiactivo (o versión) del nitrógeno (en estado gaseoso). Los otros son gases nobles como el Xenon.

¿Pero de dónde vienen? Cuando el uranio se parte, genera un neutrón. Gran parte de estos neutrones golpearán otros átomos de uranio y seguirán manteniendo la reacción en cadena. Pero algunas abandonan la vara de combustible y golpean moléculas de agua, o el aire que está en el agua. Entonces, un elemento no radiactivo podrá “capturar” el neutrón convirtiéndose en radiactivo. Como se ha descrito antes, se deshará rápidamente (en segundos) del neutrón para volver a su estado anterior.

Este segundo “tipo” de radiación será muy importante cuando hablemos más adelante de “radiactividad liberada al medio ambiente”.

Lo que ocurrió en Fukushima

Intentaré resumir los hechos principales. El terremoto que alcanzó Japón era 7 veces más potente que el peor terremoto para el cual se había construido la planta nuclear (la escala de Ritcher funciona logarítmicamente; la diferencia entre 8.2 que la planta puede soportar y el 8.9 que golpeó Japón son 7 veces, no 0.7). Así que el primer ‘hurra’ es para la ingeniería japonesa, ya que todo consiguió mantenerse en pie.

Cuando el terremoto golpeó con 8.9, todos los reactores nucleares se apagaron automáticamente. Segundos después de que comenzara el terremoto, las varas de contención habían sido insertadas dentro del núcleo y la reacción en cadena del uranio se detuvo. Ahora, el sistema de refrigeración tiene que llevarse todo el calor residual. Este calor, es sobre el 3% del calor que surge cuando se opera en condiciones normales.

El terremoto destruyó la fuente externa de electricidad del reactor nuclear. Eso es una de los accidentes más graves para una central eléctrica nuclear, y por tanto, un “apagado de la central” recibe mucha atención a la hora de diseñar sistemas de seguridad. La energía es necesaria para mantener las bombas de refrigerante funcionando. Como la central eléctrica se ha apagado, ya no puede producir más electricidad por sí misma.

Las cosas fueron bien durante una hora. Uno de los múltiples juegos de generadores de energía Diésel comezó a funcionar y suministró la electricidad necesaria. Cuando vino el Tsumani, más grande de lo que la gente se había esperado, se llevó todos los equipos generadores de energía Diésel de reserva.

A la hora de diseñar una central nuclear eléctrica, los ingenieros siguen una filosofía llamada “Defense of Depth” (Defender lo profundo). Eso quiere decir que primero contruyes todo lo necesario para soportar la peor catástrofe que te puedas imaginar, y entonces diseñas la central de tal modo que pueda ‘manejar’ un fallo del sistema adicional (que pensaste que nunca podría ocurrir). El tsunmi llevándose todas las reservas de energía de un golpe es uno de esos casos. La última línea de defensa es poner todo en la tercera contención, que mantendría todo, da igual el “estropicio”, tanto sea las varas de contención dentro o fuera, el núcleo fundido o no; dentro del reactor.

Cuando los generadores diésel ‘desaparecieron’, los operadores del reactor utilizaron la energía de la batería de emergencia. Las baterías fueron diseñadas como una de las reservas a las reservas (una medida de seguridad por si falla otra medida previamente), y así poder proporcionar la energía necesaria para refrigerar el núcleo durante 8 horas. Y eso hicieron.

Dentro de esas 8 horas, tenían que encontrar otra fuente de energia y conectarlo a la central eléctrica. La red energética se vino abajo debido al terremoto. Los generadores diésel fueron destruidos por el tsunami, por lo que se usaron generadores diésel portátiles (móviles).

Aquí es cuando las cosas empezaron a ir terriblemente mal. Los generadores externos de energía no pudieron ser conectados a la central eléctrica (los enchufes no encajaban). Así que después de que las baterías se agotaran, el calor residual ya no pudo ser transladado.

En este momento, los operadores de la central empezaron a seguir procedimientos de emergencia en caso de que fallara el sistema de refrigeración. Los sistemas de refrigeración no tendrían que haber fallado por completo, pero fallaron, asi que “se retiraron” a la siguiente línea de defensa. Todo esto, aunque nos parezca sorprendente, es parte del entrenamiento día a día por el que atraviesas como operador, hasta que se llega a la situación de gestionar una fusión del núcleo.

Fue en esta fase en la que la gente comenzó a hablar de ‘fusión del núcleo’. Porque al final del día, si la refrigeración no se retomaba, el núcleo acabaría derritiéndose (después de horas o días), y la última línea de defensa, el ‘receptor del núcleo’ y la tercera contención, entraría en juego.

Pero la meta en esta fase era controlar el núcleo mientras se estaba calentando y asegurar que la primera contención (los tubos de Zircaloy que contienen el combustible nuclear) así como la segunda contención (nuestra olla a presión) quedaran intactas y operativas durante el mayor tiempo posible para poder dar de este modo, el tiempo necesario a los ingenieros con el fin de arreglar los sistemas de refrigeración.

Porque refrigerar el núcleo es un gran reto pues el reactor tiene una serie de sistemas de refrigeración, cada uno en distintas versiones (el sistema de limpieza de agua del reactor, la disipación del calor, el enfriamiento del núcleo del reactor, el líquido ‘en espera’ del sistema de refrigeración y el núcleo del sistema de refrigeración de emergencia). En este momento todavía no se sabe ni cuándo ni cuál de ellos falló o no.

Así que imagina nuestra olla a presión en la cocina, a un fuego lento, pero calentando. Los operadores usan cualquier sistema de refrigeración que tienen para desprenderse de todo el calor posible, pero la presión comienza a aumentar. La prioridad ahora es mantener la integridad de la primera contención (mantener la temperatura de las varas de combustible por debajo de 2200ºC), así como de la segunda contención, la olla a presión. Con el fin de manntener la integridad de la olla a presión (segunda contención), la presión tiene que ser liberada de vez en cuando. El poder ‘liberar vapor de la olla’ en una emergencia es muy importante y para ello el reactor dispone de 11 válvulas capaces de liberar presión. Los operadores han empezado a expulsar vapor de vez en cuando para controlar dicha presión. La temperatura en este punto rondaba los 550ºC.

Esto es lo que los reportajes llaman como “fuga de radiación”. Creo que he explicado por qué dejar escapar vapor es teoréticamente lo mismo que liberar radiación al medio ambiente, pero por qué era y no es tan peligroso. El nitrógeno radiactivo es, del mismo modo, un gas noble que no tiene riesgo para la salud humana.

Durante alguna fase de esta “ventilación”, ocurrió la explosión, que tuvo lugar en el exterior de la tercera contención y del edificio del reactor. (nuestra ‘última línea de defensa’). Recuerda que el edificio del reactor no tiene ninguna función de mantener la radiactvidad contenida. Todavía no está del todo claro qué es lo que ha sucedido, pero el escenario tiene pinta de que: Los operadores no decidieron expulsar el vapor del recipiente de presión directamente a la atmósfera, sino al espacio entre la tercera contención y el edificio del reactor (para dar más tiempo a disminuir la radiactividad en el vapor de agua antes de arrojarse a la atmósfera). El problema son las altas temperaturas a las que el núcleo había alcanzado llegados a este punto, las moléculas de agua se “disociaron” en oxígeno e hidrógeno – una combinación explosiva. Y explotó en el exterior de la tercera contención, dañando el edificio del reactor. Fue este tipo de explosión (pero dentro del recipiente de presión) lo que llevó a la explosión de Chernóbil, pero esto nunca ha sido un riesgo en Fukushima. El problema de la formación de hidrógeno-oxígeno es uno de los grandes problemas al diseñar una central eléctrica (si no eres soviético, claro), así que el reactor es construido y manejado de tal manera que la explosión no ocurra dentro del ‘contenedor’.

Asi que, la presión estaba bajo control tras expulsar vapor de agua. Ahora, si sigues hirviendo tu cazerola, el problema es que el nivel de agua sigue disminuyendo con el tiempo. El núcleo está cubierto por varios metros de agua para permitir cierto tiempo (horas, días) antes de que esté expuesto. Una vez que las varas empiezan a ser expuestas empezando por lo más alto, las partes expuestas alcanzan temperaturas críticas de 2200ºC tras haber pasado unos 45 minutos. Aquí sería cuando la primera contención, los tubos de Zircaloy, falla.

Y esto es lo que empezó a ocurrir: La refrigeración no pudo ser reanudada antes de que hubiera cierto daño al recubrimiento del combustible. El material nuclear seguía intacto, pero la carcasa de Zircaloy empezó a derretirse. Lo que sucede ahora es que algunos de los subproductos provenientes de la descomposición del uranio – Cesio y yodo radiactivo – empezaron a mezclarse con el vapor. El gran problema, el uranio, seguía bajo control, porque las varas de óxido de uranio aguantarían hasta los 3000ºC. Se ha confirmado que pequeñas cantidades de cesio y yodo fueron detectadas en el vapor liberado a la atmósfera.

Parece que fue la señal para un plan B. Las pequeñas cantidades de cesio que fueron detectadas ‘avisaron’ a los operadores de que la primera contención de una de las varas (de algún lado) iba a ceder. El plan A había sido recuperar uno de los sistemas de refrigeración para bajar la temperatura del núcleo. La razón por la que falló sigue sin saberse. Una posible explicación es que el tsunami también se llevo / contaminó todo el agua necesaria para los sistemas de refrigeración normales.

El agua usada en estos sistemas de refrigeración es muy limpia, agua desmineralizada (como destilada). La razón para usar agua pura es la anterior mencionada, es decir, la activación de neutrones procedentes del Uranio: El agua pura no consigue activarse mucho, por lo que permanece casi libre de radiación. Agua sucia o salada absorberá los neutrones más rápidamente, conviertiéndose más radiactivo. Esto da igual en el núcleo – sea lo que sea que lo refrigere. Pero se convierte en un problema para los operadores y mecánicos cuando tienen que hacerse cargo con el agua activada (ligeramente radiactiva).

Pero el plan A falló – los sistemas de refrigeración o agua limpia no estaban disponibles – así que se cambió a un plan B. Esto es lo que parece que sucedió:

Con el fin de prevenir una fusión de nucleo, los operadores empezaron a usar agua de mar para enfriar el núcleo. No estoy muy seguro de si inundaron nuestra olla a presión con ese agua de mar (la segunda contención) o si inundaron la tercera contención. Pero no nos es relevante.

La central casi sufre una fusión de núcleo. El peor de los escenarios fue evitado : Si el agua de mar no hubiera podido ser utilizado para el tratamiento, los operadores hubieran continuado expulsando el vapor de agua para evitar una acumulación de la presión. La tercera contención hubiera tenido que ser completamente sellada para permitir que ocurriera la fusión de núcleo sin liberar material radiactivo. Después de la fusión, hubiera habido un periodo de espera a que los materiales radiactivos intermedios se degeneraran dentro del reactor y que todas las partículas radiactivas se encuentren dentro de la contención. El sistema de refrigeración acabaría siendo arreglado y el núcleo fundido sería enfriado a unas temperaturas más estables. La contención tendría que limpiarse por dentro. Entonces hubiera comenzado una ardua tarea de remover el núcleo fundido de la contención, empaquetando el (ahora sólido de nuevo) combustible poco a poco en contenedores de transporte para que sean enviados a centrales de tratamiento. Dependiendo del daño, el bloque de la central tendría que ser o desmantelado o reparado.

Ahora, en qué nos deja esto?

– La central se encuentra segura y permanecerá segura.

– Japón lo ve como un Accidente INES de Nivel 4: Accidente nuclear con consecuencias locales. Esto es malo para la compañía propietaria de la central, pero no para nadie más.

– Cierta radiación fue liberada cuando el contenedor de presión fue ventilado. Todos los isótopos radiactivos del vapor activado se han ido (decaído). Una pequeña porción de yodo y cesio fue liberado. Si estuvieras sentándote en lo más alto de las chimeneas de las centrales cuando estaban ventilando, tal vez deberías de dejar de fumar para volver a tu esperanza de vida anterior. Los isótopos del cesio y del yodo fueron llevados al mar y nunca serán vistos de nuevo.

– Hubo un cierto (pero limitado) daño a la primera contención. Eso significa que ciertas cantidades radiactivas de cesio y yodo también serán expulsadas junto con el agua refrigerante, pero no uranio o sustancias repugnantes (el óxido de uranio no se disuelve en agua). Hay instalaciones para tratar el agua refrigerante que permanece dentro de la tercera contención. El cesio y yodo radiacitivo será retirado allí y acabarán almacenándose como desecho radiactivo en almacenes (para ello).

– Con el paso del tiempo, el agua de mar será reemplazado por agua “normal”.

– El núcleo del reactor será desmantelado y transportado a una instalación de tratamiento, como se hace cuando se cambia el combustible.

– Las varas de combustible y la central entera serán revisadas para ver si hay daños potenciales. Esto llevará 4 o 5 años.

– La seguridad de los sistemas de todas las centrales japonesas se remodelarán para soportar terremotos y magnitudes de magnitud 9 o más.

– Creo que el mayor problema significante será la prolongación de la escasez de energía. Más o menos, la mitad de los reactores nucleares de Japón tendrán que ser inspeccionados, reduciendo la capacidad de generar energía del país en un 15%. Esto será cubierto probablemente con centrales térmicas (con gas) que suelen ser utilizadas sólo cuando se alcanzan picos. Esto incrementará tu factura eléctrica, así como, llevará a una carestía de energía durante picos de demanda, en Japón.

Si quieres estar informado, por favor, olvida los medios de comunicación habituales y consulta los siguientes enlaces:

http://bravenewclimate.com/

http://www.world-nuclear-news.org/default.aspx

http://www.world-nuclear-news.org/RS_Venting_at_Fukushima_Daiichi_3_1303111.html

http://www.world-nuclear-news.org/RS_Battle_to_stabilise_earthquake_reactors_1203111.html

http://bravenewclimate.com/2011/03/12/japan-nuclear-earthquake/

http://ansnuclearcafe.org/2011/03/11/media-updates-on-nuclear-power-stations-in-japan/

16.40

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Acerca de esquizonauta

Me gusta bloguear sobre curiosidades o cosas que poca gente conoce. También amo la poesía y de vez en cuando escribo y publico mis propios pensamientos. Este blog lo escribo para cuando esté anciano y tenga alzheimer poder recordar la música y pensamientos de mi juventud.
Esta entrada fue publicada en ¿Sabías que..., curiosidades, informacion, politica, rumores, tecnologia. Guarda el enlace permanente.

4 respuestas a Por qué no estoy preocupado por los reactores nucleares de Japón.

  1. Henxu dijo:

    Muy buenas.
    Agradezco haber enlazado tu entrada a mi traducción sobre el asunto.
    Quisiera preguntarte, aparte de haber suprimido un “Ha habido” has corregido algo personalmente? Sólo por curiosidad, hasta la hora en la que terminé de traducir eso (1ª revisión) la has copiado sin borrarlo.

    😉 Un saludo

    • esquizonauta dijo:

      Hola gracias a tí por tan excelente traducción. Además de eso le quité algunas cosas que tenías entre paréntesis y corregí una parte que pusiste (ceramica?) que efectivamente era cerámica. Detalles menores, el credito va para ti.

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