15 de marzo de 2011

Fukushima, Chernobil, Three Miles Island. Nunca olvidar, pero hay que ser certeros

Traducido desde el blog de Nicolau Werneck en Nature Networks “Sufficient and necessary conditions

Unos días atrás hubo un gran terremoto en Japón. Entre toda la destrucción un problema en particular ocurrió que con justa razón llamó la atención de la prensa: una crisis en la planta de energía nuclear de Fukushima.
Como ingeniero eléctrico, tengo más que un simple interés en cómo funciona una planta nuclear. Creo que es parte de mi trabajo aprender sobre cómo operan y fallan, e informar al resto en tiempo como éste. Quise escribir una entrada tratando de explicar qué está ocurriendo en Fukushima y algo más importante: Por qué esto no es ni será un nuevo Chernobil, y cómo quizás podría compararse al accidente de Three Miles Island.

Si estás realmente interesando en el asunto, te recomiendo leer Why I am not worried about Japan’s nuclear reactors (Por qué no estoy preocupado por los reactores nucleares de Japón). Estoy haciendo mas o menos mi propia version de eso, junto a un par de pensamientos personales.



Cómo funcionan las plantas nucleares
El nucleo de un reactor nuclear es un conjunto de piedras mágicas que se calientan cuando se aproximan unas a otras. Éste calor se transfiere al agua que rodea el núcleo.
En un reactor de agua hirviendo como Fukushima y Chernobil, ésta agua se evapora y mueve una turbina que da energía a un generador eléctrico. En reactores de agua presurizada, esta agua sólo calienta un circuito de agua secundario  que se convierte en vapor e impulsa una turbina.

Nuestras piedras mágicas son en realidad pequeños cilindros hechos de Uranio (y otras cosas) que están apilados para formar varillas de combustible (fuel rods) largas y delgadas cubiertas por zirconio. Éstas varillas se agrupan en conjuntos y para controlar la energia que generan cuando se agrupan se colocan varillas de control alrededor de ellos. Cuando las varillas de control son insertadas se detiene la reacción, cuando sacamos las varillas de control y des-cubrimos las varillas de combustible, nuevamente hacen su magia.

Qué ocurre si hay un problema?
Si hay un problema en la planta, como un terremoto o si las turbinas se atascan o si las bombas que hacen fluir el agua y enfrian el nucleo se detienen, lo primero que hacemos es un SCRAM o apagado de emergencia en el reactor, insertar completamente las varillas de control para detener la reacción. Pero hay una pillería: las varillas de combustible siguen produciendo calor por un tiempo después de eso. Desafortunadamente no es como apagar un incendio, incluso luego del SCRAM algunos materiales radiactivos siguen existiendo dentro de las varillas de combustible que siguen liberando energía por más tiempo.

Entonces, aunque apaguemos el núcleo sigue produciendo entre un 7% o 3% de la energía inicial y eso se mantiene por aproximadamente 3 días. Eso significa que es crucial mantener refrigerado el reactor después de apagarlo. Y por esto el diseño de una planta nuclear existen miles de diferentes procedimientos de refrigeración y planes alternativos para enfriar el núcleo.

Y qué pasa si hay un problema con eso?
Si fallase el enfriamiento del núcleo de un reactor nuclear, el agua alrededor de las varillas y dentro del reactor comenzaría a calentarse cada vez más, aumentando su temperatura y presión. Si no se hace nada, el reactor estallaría como una olla a presión.

Así que una de las cosas que se hace es abrir una válvula que reduzca la presión al igual que una olla a presión. Pero hay un aspecto desagradable con ello: ese vapor y aire que es liberado es radiactivo!

Espera! Esto significa que cada vez que se libera vapor desde el nucleo al ambiente estamos contaminandolo y creando una catástrofe natural?
No!! Existen varias formas de ser radiactivos. Los elementos radiactivos emiten su radiación a diferentes longitudes de onda, intensidad y tiempos. Algunas cosas emiten radiacion “mala” de alta intensidad y por largo tiempo. Éstos son los elementos peligrosos. Pero otros materiales radiactivos se vuelven inertes después de un corto período de tiempo. Estos son elementos usualmente seguros. Éste es el caso con el vapor de agua y aire que se liberan desde el núcleo.

Así que la liberación de materiales radioactivos de un reactor no significa que estamos en peligro inminente. Si es sólo agua, estaremos bien.

Y qué pasa con esto del meltdown (fusión de nucleo, derretimiento)?
Durante un accidente de falla de enfriamiento, las condiciones pueden volverse tales que el nivel de agua va disminuyendo hasta eventualmente dejar de cubrir las varillas de combustible. Cuando eso ocurre la temperatura de las varillas puede tornarse tan altas que se derriten. Pero ten en cuenta que existen dos cosas diferentes que se derriten: primero la cobertura de zirconio y luego los pellets de uranio.

El derretimiento de la cobertura puede producir hidrógeno dentro del núcleo que puede explotar cuando se expulsa fuera del reactor. Esto pasó en el accidente de Three Mile Island y parece que eso pasó en Fukushima. Pero no soy un experto en el tema y pareciera que éste hidrógeno puede ser producido simplemente al sobrecalentar el agua… así que la presencia de hidrógeno en el vapor liberado del reactor no es un indicador de daño a la cobertura de las varillas de combustible.

Los pellets de uranio, luego de utilizarse para producir energía terminan con varios elementos diferentes, algunos de ellos radiactivos, y algunos peligrosos. Los materiales mas famosos y peligrosos que se forman son Cesio y Yodo. Su presencia en el vapor liberado significa que algunas varillas de combustible han sido dañadas y debiesemos preocuparnos por estos elementos.

Éso fue lo que pasó en Three Mile Island, y algunos materiales radiactivos fueron también detectados en los vapores liberados de Fukushima. Pero cuánto de éste material fue liberado y hacia dónde se dirigió hace toda la diferencia. Pueden haber sido trazas de Cesio o miligramos de Cesio. En el accidente de Goiania la gente manipuló el Cesio radiactivo directamente y esto es mucho peor que si la misma cantidad o una mayor cantidad de Cesio se hubiese liberado a la atmósfera moviéndose al océano. Pareciera que lo ocurrido en Fukushima fue esto: No habia mucho material radioactiv y ni siquiera fue hacia la ciudad.

Sobre la fusión del combustible, eso puede estropear el reactor. Los pellets derretidos pueden calentarse demasiado e incluso crear una sustancia radiactiva parecida a la lava que puede incluso corroer las paredes del reactor! Es espantoso y es lo que sucedió en Chernobil! Pero Fukushima, y la mayoria de los reactores diseñados y construidos poseen una gran estructura de contención alrededor del reactor. Esta estructura está diseñada para que incluso si se derritiera todo el núcleo en esta sustancia monstruosa, se pueda aislar de forma segura al mezclarse con mucho granito y concreto hasta que se detiene. Lamentablemente Chernobil no fue construida de esa manera  por lo que el daño al medio ambiente fue mucho mayor al que debió ser.

Pero entonces qué fue lo que ocurrió en Chernobil?
Chernobil no fué como Three Mile Island o Fukushima. En estos últimos hubo problemas con la refrigeración y terminaron con reactores dañados y alguna liberación de materiales radioactivos. Los accidentes ocurrieron de manera lenta y los ingenieros se encontraron problemas del estilo de equipos que no funcionaban adecuadamente o tsunamis que hicieron fallar las fuentes de poder secundarias utilizadas para la refrigeración.
En Chernobil hubo una explosión. El reactor estaba a máxima potencia pero no respondia adecuadamente por el envenenamiento de Xenon-135. Cuando el poder súbitamente aumento, los operadores decidieron colocar nuevamente las varillas de control, pero una falla en el diseño de las varillas de control terminaron en un aumento mayor de poder en esta situación. Ésto fue lo que ocasionó una explosión (Desconozco si fue exclusiva responsabilidad de produccion de vapor o de hidrógeno).

Resumiendo
El accidente de Fukushima es fundamentalmente diferente de Chernobil, primero que todo porque en Chernobil hubo una explosión súbita del reactor que nadie anticipó, y en Fukushima tenemos una surte de “crisis controlada”. Podemos no estar seguros por ejemplo de la temperatura exacta de cada varilla de combustible o el nivel del agua dentro del reactor o si falló el plan B, el plan C, etc. como en Three mile Island. Pero el peor escenario de Fukushima es mucho mejor que el de Chernobil.
Esto no quiere decir que esta todo bien y perfecto. Pero se esta trabajando de la mejor forma posible y no se ve ningun daño parecido al de Chernobil.

Algunas personas están utilizando el accidente para predicar que la energía nuclear debe ser abandonada. Lo que creo debe ser abandonado en primer lugar es el prejuicio y la ignorancia sobre la tecnología y su implementación en países distintos en tiempos distintos. Lo otro que debe ser abandonado son las tecnologías antiguas que deben actualizarse. La planta de Fukushima tiene 40 años, fue construida antes de Chernobil y antes que ocurriera lo de Three Mile Island. Pudo haber sido actualizada en varias formas diferentes pero yo hubiese preferido que si todo el mundo utilizase plantas nucleares que fueran diseñadas desde su base por personas que hayan vivido estos dos y ahora tres accidentes.