Pero... ¿qué está pasando en Japón?

Hablamos con expertos en tecnología nuclear de la UNED,

para poner un poco de claridad

en toda la madeja de informaciones contradictorias

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• V 11/03/2011: 14:46 hora local. Japón sufre un terremoto de 8,9 grados, con epicentro en el océano Pacífico, a 130 km de la costa de la provincia oriental de Miyagi y a una profundidad de 24 km.
• V 11/03/2011: El tsunami provocado por el terremoto causa olas de hasta 10 m de altura, desplazándose a 500 km/h, y entrando 15 km tierra adentro; la ciudad de Sendai queda arrasada.
• V 11/03/2011: El Centro de Alertas de Tsunamis del Pacífico activa la alarma de maremoto en todo el océano.
• S 12/03/2011: A las 7.36h, la televisión recoge una gran explosión en la central Fukushima. La cifra oficial de fallecidos y desaparecidos por el desastre natural no para de subir.
• D 13/03/2011: Japón se enfrenta a su mayor crisis desde la Segunda Guerra Mundial.
• L 14/03/2011: Explosiones en el reactor 3. La Bolsa de Tokio cae el 6,2%. Se reabre el debate nuclear en todo el mundo.
• M 15/03/2011: Dos incendios en el reactor 4 y una explosión en el reactor 2.
• X 16/03/2011: Nuevo incendio en el reactor 4. Miles de personas abandonan el país por miedo.
• J 17/03/2011: Oficialmente, el número de fallecidos asciende ya a 5.692 y 9.506 personas continúan desaparecidas.
• V 18/03/2011: Japón eleva de 4 a 5 el nivel de alerta nuclear. Las cifras ascienden ya a 6.900 fallecidos y 10.300 desaparecidos por el terremoto y posterior tsunami, además de 530.000 desplazados.
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Viernes, 11 de marzo. Japón, 14.46 hora local. Un fuerte terremoto de 8,9 grados en la escala Richter se produce en el océano Pacífico, con su epicentro a 130 km de la costa de la provincia oriental de Miyagi, provocando un tsunami de proporciones devastadoras. Seis días después, el país se encuentra inmerso en una alerta nuclear, que se puede asemejar al accidente de Kyshtym (Rusia) en 1957; en aquella ocasión, un fallo en el sistema de refrigeración hizo estallar un tanque que contenía 300 metros cúbicos de residuos altamente radiactivos.

Y, mientras tanto, medio mundo está pendiente de las informaciones que nos proporcionan los medios y los especialistas, no sin cierto aire de angustia por no saber exactamente qué está pasando, ya que algunas de estas informaciones son contradictorias. A todo este ambiente tampoco ayuda la actitud de ciertos dirigentes políticos que, lejos de apaciguar inquietudes, las intensifican con sus palabras y acciones.

Pero nosotros queremos ir un poco más allá y pensamos que quienes mejor pueden ayudarnos a poner orden en este mare mágnum son los expertos en tecnología nuclear. Hemos hablado con Javier Sanz, Catedrático de Universidad y Subdirector de Investigación de la ETS Ingeniería Industrial de la UNED, y con su equipo de investigadores del TECF3IR (Grupo de Tecnología de Sistemas de Fusión, Fisión y Fuentes de Irradiación), y han tenido la gentileza de explicarnos en términos sencillos cómo funciona una central nuclear y qué ha podido pasar (y por qué) en la central de Fukushima, en Japón, con los datos de que disponen hasta el momento.

Pregunta: En pocas palabras, ¿cómo funciona una central nuclear?
(Ver infografía del Consejo de Seguridad Nuclear)

Javier Sanz, Subdirector de Investigación de la ETS Ingeniería Industrial de la UNED: Una central nuclear para producir electricidad (una central nucleoeléctrica) es una instalación bastante similar a cualquier otra central térmica que produce electricidad. La diferencia está en el combustible que utiliza, que en el caso de las centrales nucleares es uranio. En el uranio se producen reacciones nucleares. Como consecuencia de las reacciones nucleares de fisión, se produce energía (energía cinética fundamentalmente, que está asociada al movimiento de las partículas). Esta energía se transfiere al medio, por lo que el medio aumenta su energía térmica.

Esta energía térmica se transforma en energía mecánica en una turbina; esta turbina está acoplada a un alternador, que hace que esa energía mecánica se convierta en electricidad. Es decir, se produce una conversión de una forma de energía en otra. Las cenizas de las combustiones de uranio son, en buena parte, isótopos radiactivos. Esta es una de las principales diferencias con las centrales termoeléctricas que no son nucleares; cuando una central térmica (no nuclear) se para, quedan una cenizas y ya está, no hay que refrigerar. Pero cuando una central nuclear se para, cesando la producción de reacciones de fisión, esas cenizas, al ser radiactivas, siguen emitiendo radiación, o lo que es lo mismo, siguen emitiendo energía que ceden al medio (es lo que se llama calor residual). Si se refrigeran esas cenizas, no pasa nada porque el refrigerante extrae esa energía que se está cediendo. Si no, se tendría un gran problema porque esa energía cedida al medio haría que aumentara su temperatura, con el peligro de fusión después de un tiempo.

Patrick Sauvan, Profesor del Dpto. de Ingeniería Energética de la UNED: El combustible son pastillas de uranio, que se introducen en un cilindro (la vaina) de zircaloy (una aleación de zirconio). Un elemento de combustible está formado por una agrupación de vainas. Y ese combustible se introduce en el núcleo del reactor. Alrededor de las vainas circula agua que, al calentarse y transformarse en vapor, se lleva la energía para convertirla posteriormente en electricidad.

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En el dibujo se puede ver un esquema de un reactor BWR (Boiling Water Reactor, reactor de agua ebullición), similar a los reactores de Fukushima. Dentro de la vasija del reactor se encuentran las vainas con las pastillas de uranio (combustible). Aquí es donde ocurren las reacciones nucleares, y las mismas vainas constituyen ya una barrera de contención de los materiales radiactivos.

La vasija del reactor constituye la segunda barrera de protección. La contención en la cual se encuentra la vasija del reactor es la tercera barrera de protección. El blindaje biológico es una pared de hormigón, que constituye una cuarta barrera de protección, aunque habitualmente se la denomina de contención (también protege el interior de agentes externos). El propio edificio en el que se encuentra el reactor constituye además una última barrera de protección.
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P: ¿Qué ha ocurrido en los reactores? ¿Y por qué?

Rafael Juárez, doctorando del Dpto. de Ingeniería Energética de la UNED: Cuando ocurrió el terremoto estaban funcionando tres de los seis reactores de la central. Otro estaba vacío de combustible. Y los otros dos tenían elementos de combustible dentro, pero no estaban funcionando; en sus piscinas había combustible gastado de años anteriores. En el momento del terremoto, los reactores que estaban funcionando (1, 2 y 3) se pararon automáticamente. Los sistemas de refrigeración auxiliar funcionan con electricidad, porque hay bombas que hacen circular el agua. En caso de emergencia y pérdida de conexión a la red, los generadores eléctricos (que funcionan con diesel) son los encargados de proporcionar esa electricidad para bombear el agua. En el caso de Japón, el terremoto provocó la parada de los reactores y todo comenzó a funcionar perfectamente; pero al llegar el tsunami, inutilizó todos los generadores diesel. Por tanto, la refrigeración de emergencia dejó de funcionar.

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Todo tiene que ser redundante. Es decir, cada sistema debe ser capaz, por sí solo, de afrontar su misión; pero, si algo falla, siempre debe existir la posibilidad de que el sistema pueda funcionar. Si falla un sistema de refrigeración, debe haber otro que lo pueda sustituir; pero si este falla, debe haber otro respaldándolo. Así, varios sistemas sucesivos. En el caso de Japón, el tsunami se ha llevado todos
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R. J.: Por ese motivo empezó a haber problemas de refrigeración en los tres reactores. En un principio, en el reactor 2 se consiguió establecer alguna refrigeración con un sistema de emergencia (aunque luego también falló). Pero en los reactores 1 y 3 empezó a aumentar la presión y, para que no hubiera problemas, se venteó la vasija del reactor; la vasija de contención estaba bien y el hidrógeno que se estaba produciendo en su interior por los problemas de refrigeración quedó entre el acero y el hormigón. El problema fue que no se purgó correctamente el blindaje biológico y explotó; así que los daños estaban en la estructura externa de hormigón, no en la vasija de contención.

En el reactor 2 también se estaba acumulando hidrógeno, pero no se venteó la vasija de contención; después, se detectó la explosión y una bajada en los niveles de presión, lo cual hacía sospechar que se hubiera roto la vasija de contención, y justificaría los niveles de radiación detectados.

Los reactores 4, 5 y 6 estaban en parada cuando ocurrió el terremoto, pero tenían combustible en la piscina de transferencia. El número 4 tenía combustible recién sacado del reactor; así que todavía estaba caliente (es decir, las cenizas seguían emitiendo mucha radiación). Como el calor que desprende este combustible en las piscinas es menor, los problemas llegaron más tarde que en los núcleos 1, 2 y 3.

Lo prioritario era concentrarse en los reactores 1, 2 y 3; y parece ser que no prestaron la suficiente atención a la refrigeración de las piscinas de combustible. Pero, con el tiempo, también se calentaron y se produjeron dos incendios, que se autoextinguieron. Esto es lo que provocó la explosión del reactor 4, y es aquí donde se ha producido la principal emisión de radiación. Al apagarse los fuegos, las emisiones y la presencia de radiación disminuyeron. En los incendios fue donde sucedieron los principales momentos de emisión de radiación, aunque fueron no los únicos.

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Los problemas posteriores han venido a partir de estos primeros, ya sea a partir de la falta de recursos humanos o tecnológicos. La situación de los reactores al término de esta información, según el Consejo de Seguridad Nuclear, es la siguiente:

• el reactor 1 no muestra evidencias de haber roto su vasija de contención y se continúa inyectando agua de mar borada a la misma; también se aporta agua a la vasija del reactor, aunque el núcleo está descubierto

• el reactor 2 sigue refrigerándose mediante agua de mar borada (la vasija del reactor), pero el núcleo continúa descubierto; se observa vapor saliendo por la parte alta del edificio

• se cree que la vasija de contención del reactor 3 está dañada y se continúa inyectando agua de mar borada en su interior, aunque su núcleo sigue descubierto; a la piscina de combustible, que había llegado a vaciarse, se ha aportado agua desde helicópteros y mediante aspersión desde camiones cisterna

• los incendios que se produjeron en el reactor 4 están extinguidos, y se está estudiando la posibilidad de aportar agua a la piscina

• en el reactor 5, la vasija permanece con combustible y en la piscina hay elementos combustibles gastados; se está estudiando el aporte de agua adicional; como consecuencia del suministro de energía eléctrica del generador diesel de la unidad 6, ha aumentado ligeramente el nivel de agua en la vasija del reactor; la temperatura de la piscina de combustible se ha estabilizado

• en el reactor 6, la vasija permanece con combustible y en la piscina hay elementos combustibles gastados; se está estudiando el aporte de agua adicional; el generador diesel está logrando un ligero aumento en el nivel de agua en la vasija del reactor y la temperatura en la piscina de combustible gastado permanece estable.
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Más info:
Consejo de Seguridad Nuclear (CSN)
Agencia Internacional para la Energía Atómica (IAEA)

Noticia publicada en la UNED
Noticia publicada en DivulgaUNED
Noticia publicada en SINC

dibujos: Dpto. Ingeniería Energética, UNED, y kalipedia
fotos: IAEA