Por J. Rubén Morones Ibarra
El accidente ocurrido en la planta nuclear de Fukushima en Japón nos obliga a hacer una reflexión sobre el uso de la energía nuclear en reactores de potencia, para generar energía eléctrica.
Para comprender mejor lo que sucedió en la central nuclear de Japón es conveniente hacer una sinopsis de lo que es un reactor nuclear y cuales son los sistemas de seguridad que se aplican en ellos.
Reactores Nucleares
Un reactor nuclear es esencialmente un calentador de agua que convierte a esta en vapor, el cual es transmitido por tubería hacia una turbina que genera electricidad. En general, todas las grandes plantas eléctricas que utilizan algún combustible, calientan agua para convertirla en vapor y generar electricidad mediante el movimiento de las turbinas por la presión del vapor de agua. La diferencia entre una planta nuclear y una termoeléctrica, por ejemplo, es que en esta se usa algún derivado del petróleo como combustible para calentar el agua, mientras que en la planta nucleoeléctrica se utilizan las reacciones nucleares para generar el calor que calienta el agua. Una vez que se produce el vapor de agua, los procesos que se siguen son muy parecidos en todas las plantas generadoras de electricidad. Nos concretaremos aquí a describir lo que pasa en el reactor nuclear sin entrar en detalles.
Las partes esenciales del reactor nuclear son tres: barras de combustible de uranio, barras de control de cadmio o de grafito y barras moderadoras. Todo esto, junto con el agua o refrigerante que absorbe el calor generado, se encuentran dentro de un recipiente de acero llamado vasija del reactor. A todo este conjunto de elementos se le conoce como núcleo o cabeza o corazón del reactor. Las barras de control son deslizantes y están intercaladas con las barras de combustible. Las barras de control se pueden mover introduciéndolas o sacándolas de entre las barras de combustible.
En las barras de uranio se producen las reacciones nucleares que generan el calor. Las barras de control sirven para acelerar o detener las reacciones nucleares para que funcione el reactor dentro de ciertos valores de generación de calor. Si las barras de control se introducen entonces la velocidad de las reacciones nucleares disminuye, generando menos calor. Si estas se introducen lo suficiente pueden llegar a detener el funcionamiento del reactor. Si por el contrario, las barras de control se sacan, la generación de calor aumenta. De aquí viene el nombre de barras de control, ya que controlan la velocidad de las reacciones nucleares en el reactor y por lo tanto la generación de calor. Las barras moderadoras tienen otra función que para los propósitos de esta descripción no resulta relevante describirla.
El refrigerante se encarga de sacar el calor generado en las reacciones nucleares. Si no se saca este calor, la temperatura aumenta sin control provocando que esta pueda llegar a cientos de grados fundiendo los materiales de los que está hecho el reactor, incluyendo las barras de combustible, las barras de control y la vasija del reactor. El derretimiento del reactor es el accidente más grave que puede ocurrir en una planta nuclear.
Accidentes en un reactor nuclear
Los accidentes más graves ocurren por fallas en el sistema de refrigeración, un fenómeno conocido como LOCA (Loss Of Coolant Accident) o por una falla en el deslizamiento de las barras de control. Esto último puede provocar que se detenga el funcionamiento del reactor, en cuyo caso no pasa nada grave. Pero puede ocurrir también que se salga fuera de control la generación de calor, en cuyo caso se puede derretir el corazón del reactor. Lo mismo ocurriría en caso de un accidente del tipo LOCA, en donde el sistema de refrigeración falla quedando fuera de control la temperatura de funcionamiento del reactor fundiendo la cabeza del reactor.
Es importante señalar que lo que nunca puede ocurrir es que un reactor explote como una bomba atómica. Las explosiones que pueden ocurrir son del tipo de explosiones químicas. Un caso de ellas es que el vapor a una gran temperatura, reaccione violentamente con algunos elementos del sistema provocando explosiones. Esto es lo que ha ocurrido ya en la planta de Fukushima.
Gravedad de un accidente nuclear
Como ocurre con los terremotos, donde la gravedad de estos está clasificada en una escala logarítmica conocida como Escala de Richter. En este caso cada aumento de una unidad en la escala significa una magnitud diez veces mayor que el anterior. En el caso de los accidentes nucleares estos se miden en una escala logarítmica del 1 al 7, llamada INES ( International Nuclear Event Scale) lo cual permite evaluar la magnitud del accidente. Accidentes clasificados de 0-3 son considerados incidentes nucleares y no ponen en peligro la salud de nadie. Un accidente de categoría 4 tiene consecuencias locales y en uno de nivel 5 los efectos se extienden a un área mayor. Uno de categoría 6 es aquel que impacta a las personas y al medio ambiente en un radio de alrededor de 40 kilómetros.
En un accidente de categoría 7 se tienen fugas importantes de material radiactivo que afectan a las personas y al medio ambiente en una extensión que abarca más de cien kilómetros de radio. En este último caso se requiere la aplicación de un plan de emergencia en el que se realiza la evacuación de todas las personas en un área de un radio de 40 kilómetros alrededor de la planta nuclear donde se produjo el accidente. Solo pueden permanecer en la zona los trabajadores de la planta encargados de controlar la situación. Después se requerirá un programa para limpiar el área de material radiactivo y posiblemente sepultar el reactor nuclear lanzándole costales de arena y placas de concreto para sellar el lugar y evitar fuga de radiación.
El desastre mayor
Como ya se mencionó, el accidente más grave en un reactor nuclear es el del derretimiento de este. La causa de este accidente es la elevación de temperatura sin control que puede deberse a dos tipos de fallas. Una de ellas es un desperfecto en el sistema de refrigeración (caso LOCA) y la otra es debida a que se traben las barras de control y se dispare la generación de calor. En el accidente de Chernobyl se derritió el reactor arrojando a la atmósfera gran cantidad de material radiactivo. Este accidente fue, por supuesto, de categoría 7.
Lo que ocurrió en la planta de Fukushima fue que el sistema de enfriamiento del reactor quedó afectado por el sismo y el tsunami lo cual dañó también las plantas eléctricas de emergencia. Estas plantas eléctricas entran en funcionamiento de manera automática en caso de accidente, para hacer funcionar el sistema de refrigeración. Estas fallas provocaron el sobrecalentamiento del reactor y ocasionaron explosiones químicas por fuga de vapor sobrecalentado. Estas explosiones causaron grietas en la vasija del reactor y ocasionaron que se escapara combustible nuclear. Los niveles de radiación aumentaron enormemente dentro del edificio del reactor, no fuera del edificio, así que quienes estuvieron expuestos a altos niveles de radiación fueron los trabajadores de la planta que estaban protegidos con ropas especiales.
Sistemas de blindaje en una planta nuclear
Las medidas de seguridad asociadas con el blindaje de un reactor consisten usualmente de tres cámaras de protección. El objetivo de estas cámaras es el de evitar la fuga de radiación o de material radiactivo al exterior de la planta. Cada cámara se encuentra dentro de otra, para aumentar la seguridad. La cámara más interior es la vasija del reactor la cual contiene las barras de combustible, las barras de control y moderadoras y entra en ella el refrigerante. La vasija es hermética y está formada por una placa de acero de cinco o más centímetros de espesor que evita que el combustible o la radiación salgan de ella.
La segunda cámara es conocida como edificio de contención el cual es una estructura hermética cuyas paredes son de acero y concreto de cerca de dos metros de espesor. Encerrando a esta estructura tenemos al edificio del reactor, el cual no es hermético pero está construido de concreto con paredes de 60 o más centímetros de espesor. Con estas estructuras la posibilidad de que se fugue al exterior la radiación o material radiactivo, es mínima.
El accidente de Fukushima Japón
Lo que ocurrió en la central nuclear de Fukushima Japón fue que el sismo y posteriormente el tsunami, interrumpieron el suministro de energía eléctrica y dañaron las plantas eléctricas de emergencia, interrumpiendo el sistema de refrigeración del reactor. El sistema automático de seguridad del reactor detuvo el funcionamiento de este pero las reacciones nucleares siguieron calentando al núcleo. Este calor produjo vapor sobrecalentado que aumentó considerablemente la presión y hubo que liberar este vapor radiactivo hacia el interior del edificio de contención. A su vez la presión del vapor radiactivo aumentó a niveles peligrosos y hubo que expulsarlo al exterior, a la atmósfera.
Debido a que se inundó el reactor con agua de mar para enfriarlo y el sismo había causado grietas en la loza de cimentación del contenedor del edificio, hubo fugas de agua radiactiva que contaminaron las aguas del mar en la vecindad del reactor.
Toda esta serie de acontecimientos desafortunados han provocado que se eleve al nivel 7 la categoría del accidente nuclear. Sin embargo, el riesgo a la salud y al medio ambiente en este accidente es mucho menor que el provocado por el accidente de Chernobyl. Es importante hacer notar que la planta de Chernobyl fue construida sin el contenedor primario que encierra herméticamente al reactor. Seguramente, si hubiera tenido esta planta la barrera de este contenedor, no se hubiera escapado radiación al exterior del edificio de la planta y el accidente de Chernobyl no se hubiera conocido.
Aun cuando el accidente de Fukushima es hoy declarado de categoría 7, las fugas de material radiactivo al exterior de la planta han sido mucho menores que en el caso de la planta de Chernobyl y hasta ahora no ha muerto ninguna persona por esta causa.
