Informe sobre el funcionamiento de la Central de FUKUSHIMA

PARTE 1:
Bueno he estado viendo entre ayer y hoy en los temas de la energia nuclear que hay mucha gente que tiene errores graves de concepto o que directamente no tiene ni idea de lo que paso y pasa en la central de Fukushima.
Si pues me dispongo a poneros un Informe muy bien explicado sobre como funciona una central nuclear y que es lo que paso y pasa actualmente en la central de Fukushima Dai-ichi.

ACLARO QUE ESTE INFORME NO LO HE ESCRITO YO aunque he añadido varias cosas aclaraciones y explicaciones ademas de pequeños incisos sobre Chernobyl en vista de algunos errores comentados en temas de este foro estos días.
Este informe fue redactado por Manuel Fernández Ordóñez doctor en Física Nuclear. Especialista en Energía Nuclear y Transmutación de Residuos Radiactivos. Analista de Estrategias Energéticas, Proliferación y Desarrollo Energético y asesor habitual de la OIEA para España.

Bueno empecemos:

Primero os definiré que es la Radiactividad:

La radiactividad o radioactividad es un fenómeno físico por el cual algunos cuerpos o elementos químicos, llamados radiactivos, emiten radiaciones que tienen la propiedad de impresionar placas fotográficas, ionizar gases, producir fluorescencia, atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria, entre otros.

La radiactividad es una propiedad de los isótopos que son "inestables", es decir, que se mantienen en un estado excitado en sus capas electrónicas o nucleares, con lo que, para alcanzar su estado fundamental, deben perder energía. Lo hacen en emisiones electromagnéticas o en emisiones de partículas con una determinada energía cinética. Esto se produce variando la energía de sus electrones (emitiendo rayos X) o de sus nucleones (rayo gamma) o variando el isótopo (al emitir desde el núcleo electrones, positrones, neutrones, protones o partículas más pesadas), y en varios pasos sucesivos, con lo que un isótopo pesado puede terminar convirtiéndose en uno mucho más ligero, como el uranio que, con el transcurrir de los siglos, acaba convirtiéndose en Plomo o Bismuto que son los dos últimos elementos de la tabla periódica en ser estables y por lo tanto no radiactivos.

Existen los tres tipos siguientes, que se diferencian por el tipo de partículas emitidas y por su poder de penetración en la materia:

Radiación alfa: Está constituida por partículas alfa, que son núcleos de helio formados por dos protones y dos neutrones. Se producen al desintegrarse un núcleo padre en un núcleo hijo que posee dos neutrones y dos protones menos. Las partículas alfa tienen carga eléctrica positiva y penetran muy poco en la materia.

Radiación beta: También está formada por partículas, en este caso electrones. Estos electrones no proceden de la corteza sino de la desintegración de neutrones del núcleo: un neutrón de un núcleo padre origina un electrón, un protón y otra partícula sin carga llamada antineutrino. El núcleo hijo posee, por tanto, un protón más y un neutrón menos. La radiación beta posee carga
negativa y su poder de penetración es mayor que el de las partículas alfa.

Radiación gamma: Es de naturaleza electromagnética; está formada por fotones. Se produce porque los núcleos pueden estar en diferentes estados energéticos. Cuando un núcleo pasa de un estado excitado a otro de menor energía, se emite un fotón de alta frecuencia. Como los fotones no tienen carga, la radiación gamma no sufre desviación al atravesar un campo eléctrico o
magnético. La radiación gamma es la que mayor poder de penetración tiene.

Por ultimo os dejo información sobre los efectos que causa la Radiación adsorbida por hora (ya que no es lo mismo adsorber dicha cantidad en una hora que en un año) en el cuerpo humano para que podáis entender mejor algunas partes de este texto.



Importante saber que:

Sievert (Sv): dosis equivalente de radiación ionizante.
Representa la cantidad de radiación absorbida por los tejidos de un cuerpo humano o de cualquier otro mamífero. Esta medida es la que nos interesa para saber cuánto nos está afectando la radiación.
Esta dosis se suele expresar por unidad de tiempo para medir la exposición (cantidad de radiación que se absorbe a cada hora que pasa): Sieverts/hora (Sv/h)

Becquerel (Bq): unidad de actividad radiactiva, equivalente a 1 desintegración por segundo. Representa la cantidad de fenómenos emisores de radiación que se han dado en un segundo. Cuantos más sean, más grave es en términos absolutos. Se suele expresar por kilogramo o por litro.

Convertir Becquerels a Sieverts:
Al parecer no se pueden convertir Becquerels a Sieverts sin saber a ciencia cierta el tipo de radiación de la que se trata (alfa, gamma...), ya que para la conversión se necesitan unos coeficientes específicos (factores correctores que mencioné arriba) para cada tipo de radiación y de tejido. Sin embargo se pueden hacer aproximaciones en general se acepta que:

1 Bq = 2.2e-8Sv (en adultos)
1 Bq = 2.5e-8Sv (en jovenes)
1 Bq = 7.5e-8Sv (en niños)
1 Bq = 1.4e-7Sv (en bebés)

Y por ultimo decir que:
1 Sv = a 1000mSv

Ahora doy ya paso a esta serie de 12 artículos sobre Fukushima de mi amigo Manuel

Accidente de Fukushima (Parte 0): El Tsunami



Como ya sabemos, el terremoto tuvo lugar a las 14:46 del viernes 11 de Marzo. Apenas 50 minutos después, a las 15:41, el tsunami impactó contra la central nuclear de Fukushima Dai-ichi. Existe un vídeo grabado por uno de los trabajadores de la central nuclear en el que se puede ver el momento del impacto del tsunami contra el edificio de turbinas de la central. Lo podéis ver en: https://www.youtube.com/watch?v=f9AcMn6ygq8
A partir de ese momento, los generadores diésel de emergencia dejaron de funcionar y TEPCO presentó el primer suceso notificable a su organismo regulador. Los hechos que voy a mostrar en este artículo demuestran que el tsunami era un muro de agua con una altura aproximada de 15 metros en la zona de la central. Se ha demostrado que, en otros puntos de Japón, el tsunami alcanzó alturas de hasta 38 metros.

TEPCO hizo pública la siguiente vista esquemática de la central de Fukushima Dai-ichi.
Lo interesante de este esquema son las cotas de las alturas.



Comenzando por la izquierda, pueden observar una leyenda que pone “Base level O.P. Om”. En España, cuando se dan las altitudes, siempre se pone algo así como “237 metros sobre el nivel medio del Mediterráneo en Alicante”. Seguro que lo han visto escrito en muchas placas de altitud. En Japón se hace de manera análoga, solo que en lugar de referirse al mar Mediterráneo lo hacen con respecto a “Onahama Port”, de ahí el O.P. Ése es, por tanto, el nivel cero.

Cuando el tsunami llegó, lo primero que se encontró fue un dique que levantaba 5,7 metros por encima del nivel medio del agua. Lo pueden ver en la figura denotado como “Seawell”. Es un dique que puede observarse en casi todas las fotos aéreas que se han publicado de Fukushima. ¿Por qué este muro tenía una altura de 5.7 metros? Pues porque el organismo regulador japonés (NISA) estableció que con esa altura era suficiente. Conviene dejar claro que no es el dueño de la central nuclear el que decide cuál es la altura a la que va a construir ese muro. Es el organismo regulador (es decir, un estamento del Gobierno de Japón) el que estudia y aprueba los análisis de seguridad. Sabemos que en la historia de Japón ha habido muchos tsunamis, muchos de ellos mayores de 5,7 metros, pero en los registros históricos de la zona en la que está la central probablemente no los haya. ¿Que visto con perspectiva es evidente que ese muro era pequeño? Pues sí, efectivamente. Sin embargo, todos los estudios de seguridad establecían que con esa altura era suficiente. Si dichos estudios de seguridad hubieran establecido que se necesitaba más altura el muro sería más alto porque, de lo contrario, TEPCO no hubiera obtenido el permiso de explotación de la central.

Hay otra cuestión para la que aún no tenemos respuesta: ¿Se estropearon los generadores diésel por el impacto del tsunami o se estropearon porque se inundaron? Esto es importante porque, tal vez, diera exactamente igual la altura del muro porque el agua hubiera inundado la central de todos modos. Conviene matizar un hecho, el tsunami llegó a toda la costa noreste de Japón, creo que más de 200 km de costa. Tal vez, con un muro más alto, el tsunami no lo hubiera “saltado”, pero lo hubiera “bordeado” igualmente y el resultado final hubiera sido similar. Como ven, todo son condicionales, todo son “tal vez”, todo son “hubieras”. Y es que, como les dije el otro día, hay muchas preguntas para las que no tengo respuesta. Las respuestas vendrán con los informes oficiales, pero para eso faltan todavía muchos meses.

Siguiendo con la discusión de los hechos, el suelo de la central nuclear (los reactores 1, 2 3 y 4) se sitúa 10 metros por encima del nivel medio del mar, tal y como pueden observar en la figura (en rojo pone “Height in Site O.P. +10m (Unit 1~4)”). La realidad es que el tsunami inundó todo con una altura de 5 metros por encima del suelo de la central. Es decir, que el tsunami tuvo una altura media de 15 metros sobre el nivel del mar. La siguiente serie de fotos, publicada por TEPCO, muestra cómo quedó la zona después de que el nivel del agua volvió a retirarse hacia el mar:





Estas fotos son realmente impresionantes, especialmente la segunda de ellas, donde se ve cómo los coches estuvieron flotando por la central nuclear como si fueran corchos. Las dos fotos que pueden ver a continuación establecen el nivel que alcanzó el agua en la zona de la central. El agua dejó marcas en las paredes de los edificios 4-5 metros por encima del nivel del suelo. Es decir, 14-15 metros sobre el nivel medio del mar. Es de suponer que si el agua inundó toda la zona con una altura de 15 metros, el frente de la ola tendría bastante más altura.




El tsunami fue el que inundó los sótanos de los edificios de turbinas. Los miles de litros de agua que hay bajo las turbinas fueron metidos allí por el tsunami. Posteriormente, alguna fuga en los reactores (especialmente) en el número 2, hizo que esa agua se contaminará radiactivamente. Es decir, el agua que hay en los edificios de turbinas no es (en su mayoría) agua que se ha fugado de los reactores, sino agua que entró allí merced a la inundación producida por el tsunami y que, posteriormente, se contaminó con agua de los reactores. El resultado es que, ahora, toda esa agua está contaminada y está siendo bombeada a una instalación temporal donde podrá ser tratada y filtrada.

En la central nuclear de Fukushima Dai-ni el efecto del tsunami fue similar, pero las consecuencias no fueran ni remotamente parecidas por una sencilla razón: no perdieron la electricidad exterior. Si bien el nivel del agua no fue tan elevado como en Fukushima Dai-ichi, alcanzó 12 metros sobre el nivel medio del mar. En la siguiente foto pueden ustedes observar cómo estaba la zona antes de la llegada del tsunami y cómo estaba entrando el agua cuando el tsunami llegó. Para mí, esta foto es un documento gráfico impresionante, ver cómo el agua estaba rodeando el edificio de la central e inundándolo todo. Tengan en cuenta que esta foto corresponde a la parte trasera de la central, no la que está situada frente al mar. Desconozco a ciencia cierta si los generadores diésel de emergencia quedaron también dañados a consecuencia del tsunami porque no he seguido de cerca la evolución de la central de Fukushima Dai-ni, por razones obvias. Será también, sin duda, objeto de futuros artículos al respecto.





Accidente de Fukushima (Parte I): Las Primeras Horas



14:46 (día 11 de marzo): El terremoto más grande la historia de Japón sacude la parte este del país. Alcanzando 9.0 en la escala de Richter, es el segundo terremoto más grande de la Historia. Debido al terremoto, las centrales nucleares afectadas detienen inmediata y automáticamente su operación. Entre ellos los reactores 1, 2 y 3 de Fukushima Dai-ichi, los únicos que estaban en funcionamiento. Debido al terremoto, además de pararse todas las centrales nucleares, lo hacen también la mayoría de centrales productoras de electricidad de otras tecnologías (térmicas, hidráulicas, etc). Más de 4 millones de hogares se quedan sin electricidad y, por supuesto, la central nuclear de Fukushima Dai-ichi también. Al quedarse sin suministro eléctrico, arrancan automáticamente los generadores diésel de emergencia que están diseñados para eso. Hasta aquí todo iba con normalidad y como estaba previsto.

15:41 (día 11 de marzo): Aproximadamente 50 minutos después del terremoto los generadores diésel de emergencia dejaron de funcionar. Ahora sabemos que se debió al tsunami que impactó contra la central justo a esa hora. La NHK hizo público un vídeo grabado por un trabajador de la central en el que se ve cómo un tsunami de unos 15 metros impacta contra los edificios de turbinas. Recordad que la central tenía una base de diseño para tsunami de unos 6 metros. En ese momento se quedaron completamente sin corriente alterna para alimentar los sistemas convencionales de refrigeración del reactor. En los tres reactores arrancó el sistema de refrigeración de emergencia de aislamiento, el RCIC, que no necesita corriente alterna exterior y que ya explicamos en este artículo.

15:42 (día 11 de marzo): TEPCO notifica a las autoridades que se han quedado sin corriente alterna tanto del exterior como sin generadores diésel de emergencia. La legislación establece que ciertos sucesos en una central nuclear son notificables, es decir, tienen que ser notificados de inmediato al organismo regulador de cada país. TEPCO lo hizo un minuto después de quedarse sin generadores diésel. Entre otros, se avisa al Ministerio de Economía, Comercio y Turismo, al Gobernador de la Prefectura de Fukushima, al alcalde de la ciudad de Okuma y al alcalde de la ciudad de Futaba. Estaban en una situación de emergencia, pero reversible si se recuperaba la electricidad exterior.

16:36 (día 11 de marzo): TEPCO notifica a las autoridades que no es capaz de confirmar si el agua de refrigeración está entrando en los reactores 1 y 2. Después de ver varios documentos estos días, creemos que más o menos a esa hora dejó de funcionar el sistema RCIC del reactor 1, pero no sabemos por qué, si es porque se acabaron las baterías (en sólo 1 hora????) o por otras causas. Esta es la primera pregunta para la que no tengo respuesta: ¿A qué hora y por qué dejó de funcionar el RCIC del reactor número 1? Cuando el RCIC dejó de funcionar, el reactor comenzó a refrigerarse mediante el Condensador de Aislamiento.

Entre las 16:36 de la tarde y las 22:00 de la noche no hubo ningún dato oficial más. Lo que suponemos es que al tener una refrigeración deficiente, el nivel de agua en el reactor 1 habría comenzado a descender paulatinamente al evaporarse agua en el interior de la vasija. Debido a esto, a su vez, la presión en el interior del reactor habría comenzado a aumentar.

22:00 (día 11 de marzo): El Gobierno de Japón ordena la evacuación de la población en 3 km alrededor de la central de Fukushima Dai-ichi. Esta fue una medida preventiva establecida en los protocolos de seguridad. Hay que tener en cuenta que, en ese momento, tenían 3 reactores nucleares parados pero con los sistemas de refrigeración funcionando de manera deficiente en, al menos, 2 de los 3 reactores. El tiempo ha demostrado que esta medida de evacuación fue del todo acertada.

00:00 (día 12 de marzo): El reactor 1 está siendo refrigerado mediante agua del condensador de aislamiento, pero se confirma que el nivel de agua ha bajado y que parte de los elementos combustibles pueden estar descubiertos y tener algún daño. El reactor 2 está siendo refrigerado mediante el sistema RCIC, pero el parte oficial dice que “la situación actual no está clara” (no estaban convencidos de que el RCIC estuviera refrigerando adecuadamente porque el nivel de agua en la vasija había bajado, aunque ahora permanecía estable). En el reactor 3 el sistema RCIC está funcionando perfectamente y no había nada extraño en este reactor.

03:00 (día 12 de marzo): La presión en la vasija de contención del reactor 1 alcanzó 840 kPa, un valor muy elevado teniendo en cuenta que la presión de diseño es de 400 kPa. Con una presión tal alta tenían que implementar medidas para dismiunirla y esas medidas consistían en ventear parte del gas hacia el exterior. Se alcanzó una presión tan alta por un doble motivo: por un lado la refrigeración era deficiente y se estaban alcanzando altas temperaturas que aceleraban la evaporación de agua y, por tanto, la presión. Por otro lado, al quedarse parte del combustible descubierto, se alcanzó una temperatura lo suficientemente elevada como para que comenzaran las reacciones de oxidación del circonio que compone las varillas donde está alojado el combustible de uranio. Fíjense ustedes en la reacción de oxidación: Zr + 2H2O –> ZrO2 + 2H2. Esta reacción, que tiene lugar cuando la temperatura alcanza los 1.200 ºC, hace que el agua oxide el circonio produciendo hidrógeno. La acumulación de hidrógeno hace, a su vez, que aumente la presión en el interior de la vasija del reactor.

04:30 (día 12 de marzo): A esta hora se detecta, por primera vez, un aumento de la radiación en el exterior. Mientras que el nivel normal del fondo radiactivo natural es del orden de 0,07 uSv/h en Fukushima, se midieron valores de 0,59 uSv/h y 0,38 uSv/h en dos puntos en el interior del perímetro de la propia central nuclear. En los datos oficiales no aparecen por ninguna parte la hora a la que comenzaron a ventear la contención del reactor 1, pero es más que probable que el aumento del nivel de radiación está ocasionada por el venteo y no por otra causa. En cuanto se detecta radiación más alta de lo normal, TEPCO notifica el suceso a las autoridades.

07:00 (día 12 de marzo): El Gobierno japonés ordena la evacuación de la población en 10 km alrededor de la central nuclear. Se aumenta el radio de evacuación preventiva debido a la medición de radiación fuera de los reactores.

11:00 (día 12 de marzo): Las cosas empeoran aún más en el reactor 1, primero falló el sistema RCIC y ahora la refrigeración mediante el Condensador de Aislamiento había dejado de funcionar (probablemente porque se ha saturado). Lo que hacía este sistema era recibir el vapor proveniente de la vasija en un tanque muy grande de agua. El vapor se enfría y se condensa de nuevo en agua. Es evidente que este sistema deja de funcionar cuando el agua del tanque está demasiado caliente como para condensar el vapor de nuevo en agua. Eso pasó a las 11 de la mañana. Ahora ya no había nada que enfriara el reactor y el nivel de agua en el interior de la vasija seguiría bajando paulatinamente.

14:30 (día 12 de marzo): Terminaron las labores de venteo en el reactor 1. Se supone que llevaron la presión en la contención primaria de nuevo por debajo de 400 kPa.

15:29 (día 12 de marzo): Se midió la tasa de dosis más alta hasta el momento 1,015 mSv/h en el perímetro de la central. Al medirse radiación debida al Yodo-131 y Cesio-137 era ya evidente que parte del combustible había sufrido daños y se estaban liberando aerosoles provenientes del combustible nuclear.

15:36 (día 12 de marzo): Tiene lugar una explosión de hidrógeno en el edificio del reactor número 1 cuyas consecuencias han podido ver ustedes en innumerables fotos a lo largo de estos días. A pesar de la espectacularidad de la explosión y el daño sufrido por el edificio del reactor, la contención primaria no sufrió daños en su integridad y mantuvo su hermeticidad. Esto, en sí mismo, es una de las cosas más impresionantes que he visto en mi vida, que después de esa explosión la contención estuviera intacta es algo más que digno de mención (aunque la explosión del edificio del reactor 3 fue todavía más impresionante). Si bien la explosión captó los titulares de toda la prensa mundial como sinónimo de catástrofe nuclear, conviene reiterar una vez más que lo acontecido no fue una explosión nuclear sino una explosión de hidrógeno, una explosión química. La parte nuclear del reactor no se vio afectada por la explosión y la radiación no aumentó debido a ella. Llenó los titulares de todo el mundo, pero en realidad fue probablemente lo menos grave que pasó aquel día. Aquí dejo una foto de cómo quedó el edificio del reactor 1:



Cuando uno mira todos los informes oficiales de ese día, en todos ellos aparece que a las 15:36 hubo un terremoto que provocó una explosión. Aún a día de hoy no sé si hubo un terremoto o fue directamente la explosión y todos pensaron que era un terremoto. La cuestión es que hay una duda fundamental: ¿Por qué fue la explosión a las 15:36? La explosión fue originada por la acumulación de hidrógeno en la parte de arriba del edificio del reactor. Ya hemos explicado que ese hidrógeno proviene de las reacciones de oxidación del circonio y proviene, por tanto, del venteo de gases de la contención primaria para disminuir su presión. Pero, si el venteo finalizó a las 14:30, ¿por qué tiene lugar la explosión casi una hora después? Esta es la segunda pregunta para la que no tengo respuesta. Además de otras de tipo técnico como ¿por qué no ventearon directamente al exterior en lugar de al edificio del reactor si sabían que el nivel de agua en la vasija era bajo? ¿No había recombinadores de hidrógeno en el edificio del reactor?

La explosión no originó, como hemos dicho, un aumento de radiación en el exterior del edificio. De hecho, desde que finalizaron de ventear la contención a las 14:30, las tasas de dosis en la central habían estado disminuyendo, demostrando que la emisión de material radiactivo correspondía, en su mayoría, a aerosoles.

19:11 (día 12 de marzo): El Gobierno japonés ordena la evacuación de la población en 20 km alrededor de Fukushima Dai-ichi y en 10 km en Fukushima Dai-ni.

20:20 (día 12 de marzo): Comienzan la inyección de agua de mar y ácido bórico en el reactor número 1. Los reactores 2 y 3 siguen en refrigeración con el sistema RCIC, que había fallado en el reactor 1 hacía ya casi 28 horas. En éstos seguía funcionando, de momento…

22:15 (día 12 de marzo): A esta hora se detiene la inyección de agua en el reactor 1 porque ha habido un nuevo terremoto y se ha establecido una alerta de nuevo tsnuami. Los trabajadores que estaban en la calle, a pie de reactor, fueron evacuados por la alerta.




¿Qué pasa en Fukushima (Parte 1)? Así funciona un reactor BWR.



El accidente de Fukushima Dai-ichi aún no ha terminado. La situación está estabilizada, pero no terminada. No hay que adornarlo, no hay que quitarle hierro, la situación es delicada, grave. Pero tampoco hay que exagerarla. Las cosa pueden dar un vuelco e ir a peor, pero lo normal sería que un vez recuperada la potencia externa los reactores comenzaran a refrigerarse de manera estable y se llevaran a parada fría. Eso sería todo, el final, el “apocalipsis” se verá aplazado para la próxima, el “fin del mundo” llegará otro día y en otro lugar y, sobre todo, “Chernobyl” únicamente hubo uno. Fukushima, probablemente, no se lleve ninguna vida humana, pero ha costado muchas cosas. Conviene tener en cuenta que el accidente de Fukushima no ha tenido lugar por un fallo humano, por un error en el diseño o por un mal funcionamiento de la central. Este accidente tuvo lugar porque la naturaleza, desatada y devastadora, sobrepasó todos los límites para los cuales están diseñadas las centrales nucleares. No culpemos a la energía nuclear también de esto, el resto de industrias (de cualquier tipo) aguantaron muchísimo menos. Lo único que aguantó en pie, de hecho, fueron las centrales nucleares.

Para entender los eventos que desencadenaron el accidente nuclear de Fukushima Dai-ichi hay que comprender, en primer lugar, cómo funciona una central nuclear. Durante una serie de artículos trataremos de explicar este funcionamiento. Nos centraremos especialmente en la tecnología de reactores BWR como los de Fukushima y trataremos de explicar qué fue lo que falló, por qué lo hizo y qué consecuencias trajo. En este primer artículo trataremos de describir, de manera muy superficial, el funcionamiento en operación normal de una central nuclear.

En la siguiente figura se muestra una visión esquemática de los componentes principales en la generación nuclear de electricidad. Podemos ver la vasija del reactor, que contiene el núcleo y otros componentes (como el secador y el separador de humedad). Vemos también en la figura una turbina, un alternador, un condensador y varias bombas. Describiremos a continuación qué función realiza cada uno de esos dispositivos.



Una central nuclear produce electricidad basándose en un ciclo térmico de agua. ¿Qué quiere esto decir? Pues que al igual que otras centrales térmicas (como las de carbón) se hace hervir agua, el vapor de agua hace girar una turbina y ésta mueve un alternador que produce electricidad. La diferencia fundamental entre una central nuclear y una central de carbón es la forma en la que se hace hervir el agua. En la central de carbón se quema el mineral en una caldera y en ella se calienta el agua. En una central nuclear serán las reacciones de fisión del uranio-235 las que van a calentar el agua.

En una central nuclear del tipo BWR el agua se lleva a ebullición en el interior de la propia vasija. De ahí su nombre Boiling Water Reactor (Reactor de Agua en Ebullición). El modo de funcionamiento de una central de estas características es conceptualmente sencillo: el agua fría entra en la vasija del reactor (línea verde) y se la obliga a ir hacia abajo. Una vez llegada al fondo de la vasija gira 180º y se dirige hacia arriba, atravesando el núcleo del reactor, donde se encuentra el combustible nuclear que genera una gran cantidad de calor. Al atravesar el núcleo y ponerse en contacto con las barras de combustible de uranio, el agua alcanza el punto de ebullición y se convierte en vapor de agua. Este vapor hay que separarlo de cualquier humedad que contenga, por lo que se le hace atravesar un secador y un separador de humedad (si este vapor no se secara, cualquier pequeña gotita de agua que llegara a la turbina agujerearía los álabes de ésta como si fueran mantequilla). La turbina gira a gran velocidad, haciendo que un alternador produzca electricidad y la vierta a la red eléctrica. Una vez que el vapor de agua se ha utilizado en la turbina se lleva a un condensador, donde el vapor se enfría y se vuelve a convertir en agua líquida. Para condensar el vapor se utiliza agua fría, que provenía del mar en el caso de Fukushima. Una vez el vapor se ha condensado se vuelve a meter en la vasija del reactor y el proceso comienza de nuevo.

Como vemos, el concepto es extremadamente sencillo. Se mete agua en la vasija, que al atravesar el núcleo se convierte en vapor. El vapor se lleva a una turbina y una vez utilizado se enfría en un condensador donde vuelve de nuevo al estado líquido. Una vez en este estado se vuelve a inyectar a la vasija del reactor y se comienza de nuevo. Y así se pasa el agua, años y años, dando vueltas por el interior del reactor.




¿Qué pasa en Fukushima (Parte 2 y 3)? Extracción de Calor del Núcleo.



Cuando el reactor nuclear está en operación normal, en su interior tiene lugar una reacción en cadena estable y autosostenida. ¿Qué quiere decir esto? Cada vez que un núcleo de Uranio-235 se fisiona se rompe en dos núcleos más pequeños, emitiendo además unos pocos neutrones y generando una cantidad elevada de energía. La clave está en esos neutrones que se emiten. Uno, sólo uno, exclusivamente uno de esos neutrones genera una nueva fisión en otro núcleo de Uranio-235. El resto de neutrones deambulan por el reactor hasta que se pierden o son capturados por otros núcleos sin inducir una fisión. Es decir, cada núcleo de Uranio-235 que se fisiona va a provocar, a su vez, una nueva fisión en otro núcleo de Uranio-235. Pero solo una, exclusivamente una, ahí está la clave de una reacción en cadena autosostenida.

Un reactor nuclear es una máquina increíble donde, cada segundo, se crean 100 trillones de neutrones y desaparecen EXACTAMENTE 1oo trillones de neutrones. Ni uno más, ni uno menos.

Ahora que sabemos que la clave de una reacción en cadena está en los neutrones que se emiten en cada fisión nos resultará muy sencillo entender cómo se “para” un reactor nuclear, cómo se detiene la reacción en cadena. Simplemente hay que evitar que los neutrones emitidos por el Uranio-235 cuando éste se fisiona alcancen otros núcleos de uranio y los fisionen. Para ello se introducen en el reactor unos materiales que se “comen” los neutrones, haciéndolos desaparecer del reactor. Las barras de control del reactor están construidas, precisamente, con este tipo de materiales. Cuando las barras de control se introducen en el reactor, la reacción en cadena se detiene automáticamente.

Las barras de control pueden entrar en el reactor de manera automática por diversos motivos. Uno de ellos es que tenga lugar un terremoto de una intensidad determinada. En caso de que esto suceda, los reactores están diseñados para que las barras de control detengan la reacción en cadena y el reactor se pare. Esto fue exactamente lo que sucedió el 11 de Marzo de 2011 a las 14:46 en Japón, que todos los reactores afectados por el terremoto de grado 9.0 en la escala de Richter detuvieron sus reacciones en cadena porque las barras de control hicieron exactamente lo que se esperaba que hicieran, entrar automáticamente en el interior del reactor. Las centrales respondieron como debían, hicieron lo que debían hacer, no fallaron.

Ahora bien, imaginen un barco que navega por el océano con los motores a plena potencia. Imaginen que paramos los motores del barco, éste no detiene su movimiento de manera inmediata ¿verdad?. O imagine que va usted por la autovía a 120 km/h (perdón, 110) y levanta el pie del acelerador, el coche no se detiene inmediatamente, se iría frenando poco a poco, pero recorrería muchos metros antes de detenerse. Algo similar sucede con un reactor nuclear, cuando las barras de control detienen la reacción en cadena el núcleo no se enfría inmediatamente. El reactor número 1 de Fukushima estaba generando 1380 Megawatios de potencia en el momento del terremoto pero, al meter las barras de control, la potencia no se desvanece sin más. Descendió en un instante hasta 100 MW, aproximadamente, y a partir de ahí esa potencia decae lentamente a medida que pasa el tiempo.

Para hacernos una idea, un reactor nuclear como el de Fukushima 1 recién parado tiene la potencia que demandan 10.000 familias medias españolas. ¡Cuando está parado¡ Esa potencia, en forma de calor, hay que extraerla del interior del reactor, enfriando el mismo y consiguiendo llevarlo a parada fría. Si no se consigue extraer ese calor residual del interior del núcleo, los elementos combustibles (que son la fuente de calor) comenzarían a incrementar su temperatura, pudiendo llegar a sufrir daños estructurales (hablaremos de esto largo y tendido).

¿Cómo se consigue extraer ese calor? ¿Cómo se enfría el núcleo del reactor? La idea es realmente sencilla, haciendo circular agua “fresquita” por su interior de manera que se vaya enfriando paulatinamente. En una parada normal, sin situaciones excepcionales, en una primera fase la extracción del calor se efectúa mediante el bypass de la turbina, que podemos observar en la siguiente figura:



El vapor generado en el interior de la vasija del reactor se conduce por la línea de vapor principal que lleva hacia la turbina. Sin embargo, se cierra la válvula situada justo antes de la entrada a turbina y se abre un camino adicional que esquiva la turbina, la “bypasea” llegando directamente al condensador principal. De este modo, el vapor que sale del reactor se conduce de forma directa al condensador, donde se enfría y se convierte de nuevo en líquido (se condensa). Una vez hecho líquido, con la ayuda de una bomba se vuelve a inyectar en la vasija del reactor y el proceso comienza de nuevo. El condensador está formado por muchos “tubitos” por los que circula agua fría. Al contacto con esos tubos el vapor se convierte en agua, pero ambos circuitos son independientes y no se mezclan. El condensador se alimenta con agua que, en última instancia, proviene del foco frío de la central que puede ser el mar (en el caso de Fukushima) o un pantano o un río en el caso de otras centrales nucleares.

Un matiz importante (muy importante, clave de hecho) es que para que este sistema funcione, las bombas que hacen circular el agua tienen que estar operativas. Es decir, tienen que tener electricidad, si no la tienen no funcionarán y el sistema estará inoperativo, resultando inútil…seguro que ya intuyen dónde quiero llegar.

Este sistema es capaz de realizar su trabajo y enfriar el núcleo del reactor hasta que la presión baja de un determinado nivel. Por debajo de esa presión, este sistema deja de ser efectivo.
En ese momento tenemos que utilizar otro sistema alternativo, la parte de baja presión del RHR, cuyo esquema de funcionamiento es que el podemos observar en la siguiente figura:



Existe, dentro de la contención primaria, un sistema de recirculación de agua de la vasija del reactor (cuyo funcionamiento no nos interesa ahora). Lo que hace el sistema RHR es, mediante una bomba, tomar agua de la aspiración (antes) de la bomba de recirculación y llevarla hasta un cambiador de calor. En ese cambiador, el agua caliente que extraemos de la vasija se enfría al contacto con unos tubos por los que pasa agua fría. Una vez enfriada, el agua vuelve a ser inyectada de nuevo en la vasija del reactor por la línea de descarga (después) de la bomba de recirculación, tal y como se ve en la figura.

¿Cuál es el problema tanto de este sistema como del sistema de Bypass de turbina que vimos el otro día? Pues que funcionan gracias a unas bombas que hacen circular el agua. ¿Y cuál es el problema de eso? Pues que las bombas necesitan electricidad para que funcionen. ¿Y cuál es el problema? Pues que en Fukushima se quedaron sin electricidad del exterior en el momento del terremoto. Bueno, pero eso está contemplado en los diseños de las centrales nucleares ¿verdad? Sí, lo está. ¿Y qué se hace en estos casos? Pues se arrancan automáticamente unos generadores diésel de emergencia que se encargan de producir electricidad para que funcionen los sistemas de seguridad de la central. ¿Y esos generadores diésel de emergencia no funcionaron en Fukushima? Sí, funcionaron perfectamente tal y como están diseñados para hacer ¿Y qué pasó entonces? Pues que una hora después del terremoto, un tsunami de 14 metros de altura impactó contra la central de Fukushima y dañó los generadores diésel, dejándolos inoperativos. A día de hoy, al menos yo, aún no tengo muy claro qué fue lo que pasó con los generadores diésel. No está claro si el agua los anegó, si se llevó los tanques del combustible, si arrancó las líneas de conexión entre los diésel y la contención. No está claro. Cabe mencionar que los diésel están diseñados y construidos con categoría sísmica, igual que la contención. De hecho, los diésel no se vieron afectados por el terremoto y funcionaron perfectamente. He leído también que el tsunami no dañó únicamente los generadores diésel, sino las bombas que traen el agua del mar para refrigerar muchos de los elementos de la central. Esas bombas están en “primera línea de playa” y, aunque tienen barreras de seguridad, cuando llegó el tsunami fue lo primero que se encontró. Todo esto son hipótesis de momento, hasta que no se haga un informe oficial no estará claro. Lo que está claro es que, sea como fuere, la central nuclear se quedó sin electricidad.

Además de estos sistemas, que serían los de operación normal, existen también los Sistemas de Refrigeración de Emergencia del Núcleo (ECCS, del ingles Emergency Core Cooling Systems). El ECCS consite, a su vez, en otros 4 sistemas diferentes que son capaces de enfriar el núcleo del reactor en caso de, como su propio nombre indica, emergencias. Como vemos, en una central nuclear, hay múltiples sistemas de seguridad redundantes destinados a extraer el calor residual del núcleo. Algunos de ellos se operan en condiciones normales, otros se operan en condiciones de accidente. Los primeros no funcionarán si no hay electricidad exterior en la central. Algunos de los segundos no funcionarán si no arrancan los diésel de emergencia.

¿Pero entonces, si la central nuclear se quedó sin electricidad exterior, no hay nada que se pueda hacer? Sí, sí lo hay. En los reactores tipo BWR hay dos sistemas diseñados para funcionar en uno de los casos más desfavorables, en aquel caso en el que te has quedado sin electricidad exterior y, además, los generadores diésel no han funcionado. Este supuesto (altamente improbable) está previsto en las bases de diseño de las centrales nucleares y se conoce como SBO (Station Black-Out, por si lo leen por ahí). Los sistemas que se encargarían de hacer esto serían o bien el RCIC o el HPCI. El primero equivale a las siglas Reactor Core Isolation Cooling (Refrigeración de Aislamiento del Núcleo del Reactor) y el segundo es el acrónimo de High Pressure Coolant Injection (Inyección de Refrigerante a Alta Presión). Ambos sistemas son realmente parecidos, así que describiremos únicamente uno de ellos, el RCIC que es el que hay en Fukushima.

En la siguiente figura podemos observar una visión esquemática del Sistema RCIC:



La característica fundamental de este sistema es la turbobomba del RCIC que vemos en la figura. Esta bomba no necesita electricidad para funcionar y puede inyectar agua en la vasija del reactor incluso sin electricidad exterior y sin generadores diésel. ¿Cómo funciona entonces esta bomba? Está acoplada directamente a una turbina que se mueve con el vapor que se genera en la propia vasija del reactor. La bomba puede aspirar agua tanto del tanque de condensado como de la piscina de supresión que se sitúa bajo la contención del reactor. Esta agua fría se inyecta en la vasija del reactor, donde refrigera el núcleo y se convierte en vapor (el agua, no el núcleo, obviamente). El vapor se conduce a la turbina del RCIC que hace girar la bomba del RCIC. Una vez que el vapor ha movido la turbina, se deriva hacia la piscina de supresión donde se condensa y se convierte nuevamente en agua.

Este sistema estuvo funcionando durante varias hora en Fukushima, pero su operación tiene una duración limitada. ¿Por qué? Por dos motivos bien distintos. El primero es que el sistema necesita corriente continua para operar varias de las válvulas que lo componen. Para ello, la central nuclear dispone de un gran número de baterías que proporcionan corriente al sistema. Pero las baterías se terminan agotando pasadas unas cuantas horas. El segundo motivo es que el vapor de la turbina se deriva, como hemos visto, a la piscina de supresión para que se condense.Pero si la temperatura de esa piscina se eleva por encima de un determinado nivel, llega un momento en que el vapor deja de condensarse, dejando el sistema inoperativo. Se tarda unas cuantas horas en que esto suceda, pero eventualmente sucede si no se consigue recuperar la electricidad exterior.

Es fácil entender que el accidente de Fukushima fue originado por causas naturales, pero no sólo por el impacto sobre la central del tsunami que sucedió al terrible terremoto. La verdadera causa, el origen real del accidente, es que el tsunami arrasó todo en kilómetros a la redonda de la central nuclear, incluyendo todas las líneas de alta tensión que dejaron la central sin energía. Porque, aún fallando los generadores diésel, si hubieran conseguido recuperar la electricidad exterior en unas horas, no hubiera sucedido absolutamente nada. El problema es que pasaron casi 15 días hasta que consiguieron llevar un cable con electricidad hasta la central nuclear. Y eso, admitirán ustedes, no es culpa de la energía nuclear. Es porque esa parte del país está destruida. La raíz del accidente de Fukushima está, en su totalidad, en el tsunami.




¿Qué pasa en Fukushima (Parte 4); Cómo son los reactores de Fukushima?



En esta cuarta entrega sobre el accidente de Fukushima me gustaría explicarles cómo es la estructura y el diseño de los cuatro reactores con problemas en la central nuclear de Fukushima Dai-ichi. Cuando uno lee la prensa no deja de sorprenderse porque, a pesar de llevar ya 20 días de accidente, existe una gran confusión en la distinción de los elementos más básicos de la central nuclear. A la vista de lo que uno lee, parece ser que algunos periodistas no distinguen la vasija del reactor de la contención primaria, ni el reactor del núcleo, ni el edificio de contención de la contención primaria, ni la piscina de supresión de la piscina de combustible usado. Obviamente, estos detalles técnicos no tienen por qué ser conocidos por los profesionales de la información pero, si me lo permiten, me gustaría darles un pequeño tirón de orejas (no a todos). Porque después de 20 días de evolución y seguimiento del accidente han tenido tiempo más que de sobra para hacer un esfuerzo en buscar esa información. Intentaremos hoy arrojar algo de luz sobre esos conceptos para, en futuras entregas de esta serie de artículos, tener un poco más clara la terminología que vamos a manejar.

Como sabemos, los reactores 1, 2 y 3 de dicha central tienen problemas de refrigeración desde que el tsunami dejó inoperativos los generadores diésel de emergencia y el sistema RCIC dejó de funcionar, tal y como explicamos en una entrega anterior de esta serie de artículos. El reactor número 4 se encontraba parado en el momento del terremoto y el núcleo del reactor se encontraba vacío de combustible puesto que se estaban realizando unos trabajos de revisión en el interior de la vasija. En esta unidad, por tanto, no hay ningún problema con el reactor, los problemas tienen lugar en la piscina de combustible gastado.

Es preciso aclarar que estos 4 reactores no son idénticos. Hay dos tipos de reactores distintos implicados en el accidente, dos tipos de reactores que consisten en evoluciones de la misma tecnología, los reactores de agua en ebullición
(cuyas características primordiales explicamos en la primera de las entregas de esta serie). Por claridad a la hora de seguir la discusión, les muestro a continuación una figura esquemática animada del funcionamiento de una central del tipo BWR



Lo hemos explicado varias veces, pero es interesante volver a repetir cómo funcionan este tipo de centrales. El combustible nuclear genera calor en el interior del núcleo (que está dentro de la vasija del reactor “Reactor Vessel”). Se hace circular agua por su interior que alcanza la ebullición y se convierte en vapor. Ese vapor se conduce hasta la turbina, donde hace girar a ésta que, a su vez, hace girar un alternador que produce electricidad. El vapor que mueve la turbina se conduce hasta el condensador, donde gracias una corriente de agua fría se condensa convirtiéndose de nuevo en agua. Posteriormente, una bomba aspira esa agua del condensador y la vuelve a introducir en la vasija del reactor, comenzando el ciclo de nuevo.

Como decía más arriba, los 4 reactores implicados en el accidente no son iguales. El reactor número 1 es un BWR-3 con 460 MW de potencia eléctrica (1380 MW de potencia térmica). Los reactores 2, 3 y 4 son del tipo BWR-4 con 784 MW de potencia eléctrica (2.381 MW de potencia térmica) . Si bien el reactor 1 es de menor potencia que los reactores 2, 3 y 4, el diseño del edificio del reactor es análogo para los cuatro. El tipo de contención es la misma en los cuatro reactores. Esa contención es del tipo Mark-I, cuyo esquema podemos ver en la siguiente figura:



Lo que está en el centro de la figura es la vasija del reactor, en cuyo interior está el núcleo del reactor y varias cosas más (en un artículo posterior les enseñaré la vasija del reactor por dentro). Tengan ustedes en cuenta que la vasija tiene una altura aproximada de 20 metros, de los cuales el combustible nuclear ocupa únicamente 4 metros (son número aproximados, para redondear). La vasija del reactor está en el interior de un “recinto” de muros anchos de hormigón, la contención primaria. Esta contención tiene, además, un liner (capa) de acero en el interior que lo hermetiza (se ve en la figura como “Vasija de Contención de Acero”). Si se fijan ustedes, pueden ver que la contención primaria (liner de acero + muros de hormigón) tiene forma de bombilla y, coloquialmente, se la conoce con ese nombre. En la parte inferior de la contención y rodeando la bombilla, se encuentra una cámara toroidal (con forma de donut) que se denomina piscina de supresión. En posteriores artículos explicaremos cuál es el cometido de esa piscina y el papel que ha jugado en el accidente. Otro detalle muy importante es la piscina de combustible, situada en la parte superior del edificio (en la figura se ve bajo la grúa). Por último, tenemos el propio edificio del reactor, que se construye con hormigón armado y constituye una contención secundaria.

Resumiendo. Tenemos un edificio construido con hormigón armado. En su interior tenemos otra contención de hormigón con forma de bombilla en cuyo interior tenemos un liner hermético de acero. En el interior de la bombilla tenemos la vasija del reactor, en cuyo interior, a su vez, se encuentra el núcleo con el combustible nuclear. En la parte superior del edificio se encuentra, además, la piscina de combustible usado (de la que también hablaremos en futuros artículos).

La parte más alta del edificio del reactor (donde está el puente grúa) no es de hormigón armado. Simplemente es una estructura metálica para dar soporte a las placas que cierran el edificio (el tejado, por así decirlo). Ésa fue la parte del edificio que voló por los aires en la explosión de hidrógeno del reactor 1. Miren la imagen del edificio de la unidad número 1 después de la explosión y comparen con la figura esquemática de arriba. Como pueden observar, la parte que voló fueron las placas que cubrían la estructura metálica. El núcleo del reactor se encuentra mucho más abajo, tras unos metros de hormigón armado, una contención hermética de acero y dentro de la vasija del reactor.



En artículos posteriores explicaremos cómo y por qué tuvieron lugar las explosiones de hidrógeno que volaron las partes superiores de los edificios 1 y 3. Explicaremos el papel de la piscina de supresión. Explicaremos cómo se hicieron los venteos. Explicaremos también qué problemas tuvieron lugar en las piscinas de combustible, especialmente en la 4. Pero mientras llegan esos artículos, les dejo con una magnífica foto de la construcción de un reactor nuclear de este tipo. No es unos de los de Fukushima, es uno en EEUU pero del mismo tipo. En la figura pueden ver perfectamente cómo se está construyendo el liner de acero de la contención primaria (con forma de bombilla) y se observa también la piscina de supresión. En la parte inferior de la fotografía pueden ver la tapa de la contención primaria. A modo de curiosidad les digo que primero se construye la contención y luego se construye el edificio alrededor.





¿Qué pasa en Fukushima (Parte 5)? La Vasija del Reactor



En este quinto artículo descriptivo nos centraremos en la propia vasija de presión del reactor que, como vimos en el último artículo, se encuentra en el interior de la bombilla. Recuperamos aquí la figura de dicho artículo por claridad en la explicación:



La vasija del reactor, como podemos observar, se encuentra en el centro del edificio del reactor, rodeada por la vasija de acero y el muro de hormigón que forman (ambos) la contención primaria. Pero ¿Cómo es la vasija del reactor? ¿Qué alberga en su interior? ¿Para qué sirve? Empezaremos por contestar la última de estas preguntas.

- ¿Para qué sirve la vasija del reactor?

Sus funciones son 4 y conceptualmente sencillas. 1) Contener el núcleo del reactor. 2) Contener el agua que sirve de refrigerante y moderador. 3) Contener todos los componentes necesarios para producir vapor de la calidad suficiente para enviarlo a la turbina y 4) Servir como barrera que evite la fuga de sustancias radiactivas a la contención primaria (a la bombilla).

- ¿Cómo es la vasija del reactor?

Es como una olla a presión, pero muy grande. Tiene forma cilíndrica y se cierra con una tapa semiesférica en la parte inferior y otra en la parte superior. La tapa superior es desmontable para efectuar las recargas de combustible. La vasija se construye con acero al carbono de, al menos, 12 centímetros de acero en su parte más delgada y dispone de un revestimiento interior de acero inoxidable cuya finalidad es minimizar la corrosión. En el caso del reactor número 1 de Fukushima Dai-ichi, la vasija tiene casi 19 metros de alto y casi 5 metros de diámetro. Pesa 294.000 kg y la tapa superior 52.000 kg adicionales. Por su interior pasan, en operación normal, 22 millones de kg de agua cada hora para generar 1.380 MW de potencia térmica continua, estable y mantenida. En el caso de los reactores 2 y 3, las vasijas tienen unas dimensiones mayores debido a la mayor potencia de los reactores (2.381 MW térmicos).

- ¿Qué alberga en su interior?

La vasija del reactor contiene, en realidad, muchos elementos. Sin embargo, para lo que nos interesa en nuestra discusión, mencionaremos únicamente los más relevantes y lo haremos con la ayuda de la siguiente figura, donde se representa esquemáticamente el interior de la vasija de un reactor BWR:



Para describir los elementos más importantes utilizaremos los números que aparecen en la propia figura. (1) Tapa de la vasija del reactor. Como ya hemos mencionado, esta tapa es desmontable para permitir las recargas de combustible y otras operaciones en el interior de la vasija. Se fija a la parte cilíndrica de la vasija mediante 56 tornillos (pernos) que pueden verse en la figura. (2) Secadores de Vapor y (4) Separadores de Humedad. Estos dos elementos tienen una función clave, quitarle toda la humedad posible al vapor de agua generado en el núcleo para evitar daños en las turbinas. Cualquier pequeña gota de agua, si alcanzara la turbina, agujerearía sus álabes como si fueran mantequilla. (3) Tubería de salida del vapor hacia la turbina. (7) Tubería de entrada de agua de refrigeración a la vasija del reactor. (12) Núcleo del Reactor. (14) Elemento Combustible que alberga el uranio en su interior. (17) Barras de control cuya finalidad es “comerse” los neutrones de las fisiones cuando sea necesario. Son el mecanismo mediante el cual se detiene la reacción en cadena, son como el “freno” del reactor. (21) y (22) Mecanismos mediante los cuales se empujan las barras de control hacia arriba para que se inserten en el interior del núcleo del reactor cuando sea necesario. Como vemos, se trata de unas lanzas que salen de la vasija del reactor mediante penetraciones en la tapa inferior de la misma.

Lo más importante en la descripción de la vasija es tener en cuenta lo pequeña que es la parte activa donde se encuentra el combustible de uranio. A pesar de tener la vasija casi 20 metros de altura, la zona cargada con el combustible tiene poco más de 4 metros de altura (lo rojo con el número 12 en la figura). Esos 4 metros constituyen el NÚCLEO DEL REACTOR propiamente dicho. Repitamos una vez más, fijemos los conceptos. El núcleo del reactor es la parte correspondiente al combustible nuclear. Éste está en el interior de la vasija del reactor que está, a su vez, en el interior de la contención primaria (la bombilla) formada por una liner de acero y unos anchos muros de hormigón armado. Esta contención primaria es totalmente hermética y se encuentra, a su vez, en el interior del edificio del reactor construido también con anchos muros de hormigón armado.

Ahora que conocemos superficialmente la estructura del interior de la vasija del reactor, únicamente nos queda analizar el funcionamiento de la piscina de supresión en este tipo de reactores y estaremos ya en condiciones de entender, con todos los detalles que la información oficial nos permite, lo que está pasando en Fukushima Dai-ichi.




¿Qué pasa en Fukushima (Parte 6)? Las toneladas de agua radiactiva



En el primer y segundo artículo de este hilo se analizaba el impacto del tsunami al alcanzar la costa en la zona de la central nuclear de Fukushima Dai-ichi. A partir de las marcas que dejó el agua en las paredes de los edificios de la central y las cotas de altura de los mismos, fue posible estimar que el tsunami sumergió todo lo que encontró a su paso hasta una altura de 15 metros. Postulamos que la ola inicial tuvo que tener una altura mucho mayor de esos 15 metros. En esta imagen se ve el momento en el que el tsnuami impacta de lleno contra la central nuclear y cómo salta por encima del edificio de turbinas.



Como sabemos, los edificios de turbinas de la central nuclear (excepto los reactores 5 y 6) tienen parte de sus sótanos inundados de agua. Más aún, de agua altamente contaminada radiactivamente. TEPCO estima que hay, aproximadamente, unas 70.000 toneladas de agua estancada bajo las turbinas y las tasas de dosis rondan los 1.000 mSv/h. Con esos niveles de radiación no es posible trabajar, puesto que el límite que pueden recibir los trabajadores de Fukushima se sitúa en 250 mSv, los cuales recibirían en 15 minutos. La imposibilidad de trabajar en esas condiciones ha retrasado mucho, muchísimo, las labores de recuperación de los sistemas de seguridad de la central para poder llevar los reactores a parada fría. Por ello, y porque parte de esa agua contaminada se estaba vertiendo al mar, la máxima prioridad en los trabajos en Fukushima es sacar toda esa agua de los edificios de turbinas.

La pregunta clave aquí es ¿y esa agua de dónde ha salido? La prensa en general se apresuró a decir que las contenciones de los reactores 1, 2 y 3 no habían resistido y que se estaba escapando el agua del interior de los mismos (siempre negativo, nunca positivo…que diría Van Gaal). Todo el mundo pensaba (y mucha gente lo sigue pensando) que el agua del mar que estaban inyectando en el interior de los reactor, tal y como la inyectaban salía directamente al edificio de turbinas. Pues no, esa agua fue metida allí por el tsunami y, posteriormente, se contaminó con agua proveniente del interior de los reactores. Las 70.000 toneladas no provienen de los reactores puesto que, en ese caso, la tasas de dosis sería aún muchísimo mayores.

Pero ¿cómo llegó esa agua hasta allí? La explicación se sigue mucho más fácilmente con la ayuda de la siguiente figura (perdón por el inglés). Localicen ustedes la palabra “Trench” en el dibujo. Se trata de una trinchera, un túnel que comunica el edificio de turbinas con el exterior. ¿Y este túnel para que se usa? Pues se utiliza para meter cables y tuberías en el edificio de turbinas.



Observen esta otra figura. Aquí se ven perfectamente las trincheras (porque son varias) del reactor 3. Cuando el tsunami llegó e inundó todo el perímetro de la central, el agua se metió en las trincheras y alcanzó los edificios de turbinas, inundando los sótanos de la parte baja de los mismos. Otro detalle que nos puede ayudar a entender lo sucedido es que localicen en la figura anterior el Generador Diésel de emergencia. Fíjense que está situado en el interior del edificio de turbinas y en la parte baja del mismo. También quedaron inundados, de ahí que dejaran de funcionar cuando llegó el tsunami. Conviene aclarar que el agua no entró únicamente por las trincheras, entró también por las puertas de los edificios de turbinas.



Fue el tsunami, por tanto, el que metió la mayor parte de esas 70.000 toneladas de agua bajo las turbinas. Pero ¿por qué está esa agua contaminada? ¿Cómo se ha contaminado? En un principio se barajaron dos hipótesis: que fuera agua de las piscinas de combustible o que fuera agua del interior del reactor. Aún hoy no está del todo claro de dónde ha venido la contaminación, pero casi con total seguridad del interior de los reactores. Todos los edificios de turbinas están contaminados, pero eso no implica que todos los reactores hayan tenido pérdidas porque los edificios de turbinas están comunicados de dos en dos. Hay un edificio para los reactores 1 y 2 y otro edificio para los reactores 3 y 4. Por tanto, el agua contaminada que se encuentra en la unidad 1 puede venir perfectamente de una pérdida en el reactor 2 (de hecho es lo que se sospecha).

Si vuelven a mirar la segunda figura del artículo, podrán observar que hay unas tuberías que conectan la vasija del reactor con la turbina. Esas tuberías corresponden a la línea de vapor principal y la de agua de aporte a la vasija (que ya explicamos lineas más arriba). Mi hipótesis principal en el caso de los reactores 1 y 3 es que, si hay alguna pérdida, se está produciendo por esas tuberías o por alguna de las válvulas que aíslan el reactor de la turbina. Con las explosiones pudieron haberse dañado de algún modo. En el caso del reactor 2 la cosa es diferente porque es probable que la piscina de supresión del reactor esté dañada y puede estar perdiendo agua, pero está sin comprobar.

Lo peligroso de esa agua fue que, durante unos días, una de las trincheras estaba filtrando el agua directamente al mar con la consecuente contaminación del mismo. Afortunadamente pudieron aislar y detener la fuga el pasado día 5 de Abril. A partir de ese día la actividad medida en el agua del mar ha ido decreciendo y únicamente se han detectado valores por encima de los permitidos por las autoridades en una especie de pescado, el pez lanza. El resto de muestras de pescado y marisco arrojan valores por debajo de los límites legales. La pesca de pez lanza ha sido prohibida temporalmente.

La estrategia que se está llevando a cabo es sacar esa agua de los edificios de turbinas para poder evitar posibles nuevas fugas al mar y comenzar con las labores de restablecimiento de los sistemas de seguridad de la planta. Llevan ya unos días bombeando agua a unos tanques destinados a tal efecto y han decidido comenzar con el reactor 2 (el más contaminado).
El nivel en las trincheras ha comenzado a descender en ese reactor pero ha aumentado ligeramente en los reactores 1 y 3.




¿Qué pasa en Fukushima (Parte 7)? Explosiones de Hidrógeno



Estas explosiones suceden cuando el hidrógeno alcanza una concentración determinada en presencia de oxígeno (dicha concentración de auto ignición suele darse para volúmenes entre el 4% a 19%) o dicho de otra forma si en el tejado de tú casa se acumula más de un 4% de hidrógeno habrá una explosión tarde o temprano que hará saltar por los aires el tejado de tú casa .

Veréis la clave para entender esto es tener claro que el Hidrógeno es un gas muy reactivo (le gusta juntarse de una forma rápida con otros elementos...específicamente se lleva muy bien con el "señor" oxigeno en una relación de mutuo beneficio y amor
El problema es que estos 2 elementos cuando se juntan lo hacen de forma muy rápida (se liberan grandes cantidades de energía).....una liberación de grandes cantidades de energía en poco tiempo es el nombre bonito y técnico con el que los físicos llaman a....




Sea como fuere el caso es que estas condiciones se dieron en los edificios del reactor de las unidades 1 y 3 los días 12 y 14 de Marzo, respectivamente.

Para entender el proceso de formación de hidrógeno en el interior de un reactor nuclear hay que empezar por describir cómo es el combustible nuclear y cómo se dispone en el interior del reactor. Como ya sabemos, el combustible nuclear está constituido por uranio en forma de óxido (UO2) enriquecido en el isótopo uranio-235. Este óxido de uranio se fabrica en forma de pastillas que tienen un volumen similar a un dado de parchís. Estas pastillas, a pesar de ser tan pequeñas, tienen un poder energético enorme y cada una de ellas equivale a 700 kilos de carbón, produciendo energía durante más de 4 años.
En la siguiente figura pueden ver cómo son las pastillas de UO2 del combustible nuclear.



En un reactor nuclear como el número 1 de Fukushima hay, aproximadamente, 14 millones de pastillas de UO2 como las que pueden ver en la imagen. Estas pastillas se disponen en el interior de la vasija del reactor de una forma determinada, puesto que la geometría es un factor determinante en el funcionamiento de un reactor nuclear. Para ello, se meten en unos tubos de un material llamado Zircaloy, que jugará un papel fundamental en la formación de hidrógeno. Luego volveremos a ello. En la figura anterior pueden ustedes ver también cómo son estos tubos de Zircaloy que albergan en su interior las pastillas de combustible.

Las varillas/vainas de Zircaloy (en inglés Fuel Rods) tienen una longitud aproximada de 4 metros y se agrupan en lo que conocemos como Elemento Combustible (en inglés Fuel Assembly). En la imagen siguiente pueden ustedes ver la pinta que tiene un elemento combustible de un reactor del tipo BWR. En el reactor número 1 de Fukushima hay 400 elementos combustibles similares a los que se muestran en la imagen. Los reactores 2 y 3, al tener más potencia que el 1, tienen más elementos combustibles. En concreto 548.



Una vez definida -muy superficialmente- la tecnología correspondiente al combustible nuclear les propongo entrar de lleno en harina. Como ya he mencionado, las varillas (también llamadas vainas) que alojan las pastillas de óxido de uranio se fabrican con un material denominado Zircaloy. Este nombre viene de unir (en inglés) las palabras Zirconium y Alloy, es decir, Aleación de Circonio. Este material se eligió porque el circonio tiene una propiedad que le hace ser muy interesante desde el punto de vista de la tecnología nuclear y es que este material tiene la virtud de que no hace ningún caso (muy poco en realidad) a los neutrones. Sabemos que la energía nuclear se basa en una reacción en cadena que se sustenta gracias a los neutrones emitidos en las reacciones de fisión. Para que la reacción en cadena tenga lugar, los neutrones deben viajar libremente por el núcleo del reactor y no ser absorbidos por nada. Los aceros tradicionales tienen en su composición metales que poseen la habilidad de comerse los neutrones, siendo por tanto ineficientes desde un punto de vista nuclear. No nos interesan los aceros tradicionales, son perjudiciales para nuestros intereses. Por esta razón se eligieron las aleaciones de circonio para construir las vainas de combustible nuclear (eleccion que continua hasta el día de hoy).

Pero como todas las cosas en la vida, la elección del Zircaloy también tiene una desventaja. Y ésta es que el circonio reacciona con el agua a muy alta temperatura, oxidándose y produciendo hidrógeno. Veamos esto con más detalle. Desempolven sus recuerdos de química elemental y presten atención a la siguiente reacción química:

Zr + 2 H2O —-> ZrO2 + 2 H2

Zr = símbolo químico del Circonio
H2O = Molécula del agua que todos conocemos
----------------
ZrO2 = Dióxido de zirconio también conocido como zirconia
H2 = Molécula de hidrógeno (H se usa para denotar al hidrógeno elemental (hidrógeno atómico de la tabla periódica) lo normal es que en la naturaleza el Hidrógeno se presente en forma de molécula (la unión de 2 hidrógenos) por eso se denota como H2 para distinguirlo)


Asi pues lo que denota esta ecuación química es que el circonio reacciona con "2" moléculas de agua y produce óxido de circonio (ZrO2) y unas 2 moléculas de hidrógeno molecular (o sea 4 hidrógenos atómicos ). Esta reacción tiene lugar a muy alta temperatura, aproximadamente a unos 1.200 ºC. Teniendo en cuenta que, en operación normal, un reactor como el número 1 de Fukushima trabaja a menos de 300 ºC, la oxidación masiva del Zircaloy no tiene nunca lugar en el interior de un reactor. Pero pueden darse determinadas condiciones que hagan que se alcancen las temperaturas necesarias para que la oxidación del Zircaloy y, por tanto, la generación de hidrógeno tengan lugar. ¿Cuáles son esas condiciones?.....Pues que las vainas de combustible se queden sin refrigeración.

Recordemos que, aún cuando se detiene el reactor nuclear y se para la reacción en cadena, el combustible nuclear (las pastillas) siguen generando una gran cantidad de calor. Si ese calor no se extrae de algún modo, puede tener lugar una situación de riesgo para la integridad de las vainas de combustible. Esto pasó precisamente en Fukushima cuando la central se quedó sin electricidad y los sistemas de refrigeración del reactor dejaron de funcionar. Vamos a intentar hacer una secuencia esquemática de lo que sucedió:

1: Los sistemas de refrigeración de emergencia dejan de funcionar. El núcleo está inundado de agua, pero como el combustible nuclear genera mucho calor el agua comienza a calentarse.

2: A medida que el agua se calienta y hierve, la cantidad de vapor en la vasija del reactor aumenta. Pero como no hemos inyectado más agua (porque no funcionan los sistemas) el nivel de agua líquida en la vasija disminuye a medida que se va convirtiendo en vapor.

3: Conforme aumenta la cantidad de vapor en la vasija, también aumenta la presión en el interior de la misma. Cuando esa presión es muy elevada, automáticamente se abren unas válvulas que expulsan el vapor hacia la piscina de supresión.

4: Con el tiempo, el nivel de agua en la vasija del reactor sigue bajando y, a su vez, la piscina de supresión también se va calentando y aumentando su presión ya que no para de recibir vapor caliente procedente de la vasija del reactor.

5: Llega un momento en que el nivel del agua en la vasija ha llegado hasta los elementos combustibles (las vainas de Zircaloy que alojan las pastillas de óxido de uranio), que inevitablemente comienzan a quedar al descubierto y, por tanto, sin refrigeración.

6: Llega un momento también en el que la piscina de supresión tiene una presión tan elevada que se abren unas válvulas de seguridad para expulsar vapor de agua a la contención primaria (a la bombilla).

7: Al quedar las vainas de combustible sin refrigeración, su temperatura comienza a aumentar considerablemente y es solo cuestión de tiempo que se alcancen los 1.200 ºC y comience la oxidación del Zircaloy, produciéndose hidrógeno. Cuando esto suceda, las vainas de Zircaloy terminarán rompiéndose y liberando material radiactivo (especialmente el gaseoso, como el Yodo-131 y el Cesio-137) al interior de la vasija.

8: Como la presión sigue aumentando, la vasija sigue enviando el vapor (mezclado ahora con hidrógeno y gases radiactivos (Yodo-131 y el Cesio-137)) a la piscina de supresión.

9: Pero como la piscina de supresión también tiene una presión muy alta, la alivia enviando el vapor (contaminado) y el hidrógeno hacia la contención primaria (la bombilla). En la siguiente figura pueden observar cómo el combustible dañado libera partículas radiactivas que van a parar a la piscina de supresión y de ésta, a su vez, a la contención primaria:



10: Y aquí llega la clave del asunto. Es solo cuestión de tiempo que la presión en el interior de la bombilla sea también tan elevada que supere la presión para la que fue diseñada y tengamos un Chernobyl . Obviamente, antes de que eso suceda, habrá que aliviar la presión en el interior de la misma abriendo unas válvulas y expulsando parte de los gases interiores hacia afuera. Eso fue precisamente lo que se hizo en Fukushima. Cuando la presión alcanzó un nivel determinado, se abrieron unas válvulas y se comenzó a ventear vapor hacia el exterior de la contención primaria. En concreto hacia la parte superior del edificio del reactor (en palabras llanas...hacia el tejado). Pero con ese vapor iba también material radiactivo (Yodo-131 y el Cesio-137) e hidrógeno proveniente de la oxidación del Zircaloy. La siguiente figura esquematiza la situación que estamos describiendo:



El hidrógeno no es explosivo si no está en presencia de oxígeno. Esto no sucede en el interior de la vasija, ni en la piscina de supresión ni en la contención primaria, que se mantiene en una atmósfera inerte de nitrógeno precisamente para evitar este tipo de explosiones. Pero en cuanto se procedió al venteo, el hidrógeno alcanzó la parte superior del edificio del reactor que tiene una atmósfera como la de la calle, es decir, con oxígeno. En un momento dado, la concentración de hidrógeno alcanzó el 4% y, al combinarse con el oxígeno del aire hizo saltar en mil pedazos todo el techo del edificio de la unidad número 1.
En la unidad número 3 pasó exactamente lo mismo, pero dos días más tarde.

En la piscina de combustible del reactor 4 no está muy claro lo que ha pasado. Ha sido una explosión de hidrógeno, pero ahora se dice que no parece probable que la piscina se quedara sin agua y que los elementos combustibles se llegaran a descubrir. Así que no está muy claro el origen de la oxidación y la procedencia del hidrógeno en este caso.


Dudas y cuestiones que supongo que te estarás haciendo en todo este proceso hasta las explosiones:

1: ¿Por qué no estaban preparados para ventear hidrógeno en caso de accidente?
Respuesta: Sí lo están, en el edificio del reactor debería haber unos recombinadores de hidrógeno que evitaran que se alcanzara una concentración explosiva. El por qué no hicieron su trabajo recae en la total falta de suministro eléctrico (recordemos que la central estaba sin electricidad debido a Tsunami que también estropeo los generadores diésel de emergencia) que si bien es cierto que estos recombinadores suelen llevar unas pequeñas baterías lo más probable es que es hubiesen agotado para el momento en el que fue necesario ponerlos a funcionar.

2: Sabiendo que el Zircaloy se había comenzado a oxidar ¿Por qué no ventearon directamente a la calle en lugar de al interior del edificio del reactor? De este modo no se hubiera alcanzado una concentración explosiva de hidrógeno.

Respuesta: Ésta es una pregunta no tengo clara. Supongo que será posible alinear el venteo con una línea directamente al exterior, pero desconozco los detalles en esa central en concreto.

3: Sabiendo que les había explotado el edificio del reactor 1 ¿Por qué no hicieron algo para evitar que sucediera lo mismo en el reactor 3? Con haber subido el edificio y quitar parte de las chapas de la parte superior del techo habría bastado. De hecho, esto lo hicieron en los reactores 5 y 6 cuando se les empezaron a calentar las piscinas de combustible.

Respuesta: Tampoco tengo la respuesta a esta pregunta. Tal vez era imposible entrar en el edificio del reactor, lo desconozco. Es obvio que cuando no lo hicieron sería por algo.

Como conclusión, dejar rotundamente claro que las explosiones que tuvieron lugar fueron explosiones de hidrógeno y no explosiones nucleares, como se escribió en muchísimos medios de comunicación esos días. Y que en ningún caso la tapa de la vasija del reactor fue dañada ni salio volando por los aires (como si que paso en chernobyl) así pues tranquilos que el núcleo del reactor sigue sellado y no se van a producir fugas masivas de radiación (más allá del Yodo-131 y el Cesio-137 que escaparon junto al hidrógeno)




¿Qué pasa en Fukushima (Parte 8)? Fusión de Núcleo



Como saben, hace aproximadamente una semana los trabajadores de TEPCO entraron en el edificio del reactor número 1 después de dos meses sin poder hacerlo. Después de filtrar buena parte del aire en el interior del edificio, los niveles de actividad disminuyeron lo suficiente para permitir la entrada al mismo. La pretensión era hacer una inspección del estado de un gran número de tuberías con el propósito de acelerar las labores de refrigeración del reactor 1. Para ello se instalará un sistema de refrigeración externo que sacará agua de la vasija, la pasará por un cambiador de calor que se instalará a tal efecto y luego se devolverá a la vasija de nuevo. De este modo se conseguirá enfriar el reactor completamente.

El hecho de haber entrado en el edificio del reactor ha servido para confirmar, de algún modo que desconocemos, que el nivel del agua en el interior de la vasija era muy bajo, menor de lo que se pensaba. No está muy claro por qué no podían saber el nivel de agua desde la sala de control. Tal vez no funcionen correctamente los indicadores de nivel que van a la sala de control y estén dando datos erróneos, falseando el nivel del líquido. O tal vez suceda cualquier otra cosa.

La cuestión es que, a tenor de las noticias, parece que el núcleo se fundió ayer cuando, en realidad, el núcleo lleva dos meses fundido. El núcleo del reactor número 1 se quedó con un nivel muy bajo de agua unas pocas horas después de que el tsunami que impactó contra la central nuclear dejara inoperativos los generadores diésel de emergencia. En el momento en el que las barras de combustible se quedan descubiertas comienza la generación de hidrógeno por oxidación del circonio, como ya explicamos lineas arriba. Si no consigues volver a cubrir con agua el combustible, éste alcanza una temperatura de 2.800 ºC (aproximadamente) y las propias pastillas de combustible de óxido de uranio se funden como si fueran una vela de cera. Este proceso comenzó, por tanto, la misma madrugada del viernes 11 al sábado 12 de Marzo, el día del terremoto.

Lo que no estaba claro era el porcentaje del núcleo que estaba fundido, qué cantidad del mismo había quedado descubierta. En un primer momento, TEPCO estimó el daño al núcleo en un 75 %. Hace unos días (el 27 de Abril) TEPCO rebajó ese nivel de daño, dejándolo en un 55%. Estas estimaciones se hicieron basándose en los niveles de radiación detectados y en otros parámetros. Al entrar en el edificio del reactor se dieron cuenta de que el nivel del agua en la vasija estaba más bajo de lo que debería a tenor de la cantidad de agua que están inyectando. De hecho, consiguieron confirmar que el nivel de agua está por debajo de los elementos combustibles. Es decir, que todo el combustible nuclear está descubierto. Si todo el combustible nuclear está descubierto, probablemente todo el combustible nuclear esté fundido (dependiendo del tiempo que lleve descubierto). Pero damos por hecho que lo está.

El combustible fundente adquiere una consistencia viscosa, parecida a la lava de un volcán y se precipita hacia el fondo de la vasija del reactor. En ese momento, al estar el fondo de la vasija lleno de agua, el combustible comienza a enfriarse nuevamente. TEPCO sospecha que, antes de enfriarse, pudo haber agujereado el fondo de la vasija y el agua que inyectan en la misma se está fugando directamente a la contención primaria. La conclusión es que el combustible está en el fondo de la vasija y cubierto con agua. ¿Por qué estamos casi seguros de esto? Porque la temperatura del fondo de la vasija es bastante baja (unos 115 ºC, aproximadamente) indicando que sea lo que fuere que hay allí abajo, está refrigerado.

Pero conviene aclarar que, desde el punto de vista de la evolución del accidente, no ha pasado nada nuevo. El núcleo no se fundió ayer, no ha cambiado nada desde ayer a hoy. Ayer simplemente fueron conscientes de ello al poder confirmar los niveles de agua. El combustible fundido estará en el fondo de la vasija (o parte en la contención primaria), pero no es determinante si la cantidad que está fundida es el 55%, el 80% o el 100%, el resultado final no difiere mucho en realidad. Lo importante es que la temperatura en la parte inferior de la vasija es baja y, por tanto, lo que hay en ella está “frío”. Ahora tendrán que analizar si el plan de refrigeración que habían diseñado pueden seguir utilizándolo a tenor de esta confirmación o tienen que replantearse el modo de enfriamiento. Tal vez en lugar de recircular el agua de la vasija tienen que recircular el de la contención primaria, por ejemplo.





¿Qué pasa en Fukushima (Parte 9)? Más sobre la Fusión del Núcleo del Reactor 1



El último artículo lo dedicamos a discutir las implicaciones del hallazgo de TEPCO acerca de los niveles de agua reales en el interior de la vasija. Cuando los trabajadores entraron en el edificio del reactor 1 hace más de una semana, se dieron cuenta de que los niveles de agua en la vasija del reactor eran, en realidad, más bajos de lo que habían mostrado los indicadores en la sala de control. En ese momento saltó la noticia a todos los medios de comunicación porque sabemos que un núcleo sin agua es un núcleo fundido. Sin embargo, tal y como escribí entonces, el nuevo hallazgo era casi irrelevante porque el núcleo probablemente llevaría fundido desde las primeras horas del accidente. Haber corroborado el hecho de que el núcleo del reactor se hubiera fundido no tiene ninguna transcendencia para la evolución del accidente. Tendrá transcendencia para los trabajos a desarrollar de aquí en adelante por TEPCO y su planificación para la refrigeración a medio plazo de los reactores.

Ayer domingo, TEPCO sacó un estudio preliminar sobre el estado del reactor 1 que confirma nuestras sospechas acerca de la fusión del núcleo desde el primer día del accidente. Las conclusiones principales de este informe son las cuatro siguientes:

1: Después de calibrar el nivel de agua en el reactor 1 se dieron cuenta de que estaba por debajo de lo que habían creído hasta ahora.

2: A pesar de ello, como la temperatura de la vasija del reactor 1 está entre 100 ºC y 120 ºC se está consiguiendo una refrigeración estable.

3: Los resultados de un análisis provisional indican que las pastillas de combustible se fundieron y cayeron a la parte de abajo de la vasija del reactor poco tiempo después de que el tsunami alcanzara la planta de Fukushima.

4: Sin embargo, como el reactor ha estado continuamente refrigerado mediante la inyección de agua, un evento que conduzca a la emisión de grandes cantidades de materiales radiactivos es improbable.

En el citado estudio preliminar de TEPCO aparecen algunas gráficas muy interesantes. Esta primera corresponde a la evolución del nivel de agua en la vasija del reactor durante los dos primeros días del accidente:



Esta gráfica muestra claramente cómo, en que momento en que el Sistema del Condensador de Aislamiento dejó de funcionar, el nivel de agua en la vasija del reactor comenzó a descender. El Condensador de Aislamiento (IC) era el único sistema capaz de refrigerar el núcleo del reactor 1 una vez que se perdieron los generadores diésel de emergencia. Sin embargo, el sistema deja de funcionar cuando la temperatura del agua en el condensador se eleva tanto que, o bien no puede seguir enfriando el vapor o bien la presión en el condensador es tan elevada que hay que ventear el condensador, quedándose sin agua.

Sea como fuere, en un momento dado, el IC dejó de funcionar y el núcleo perdió completamente la refrigeración. En ese momento el agua de la vasija comenzó a calentarse, posteriormente a convertirse en vapor y, por tanto, el nivel de agua en la vasija comenzó a descender. Como podemos observar en la figura, cuando el terremoto tuvo lugar, el nivel de agua en la vasija estaba unos 5 metros por encima de la parte superior del combustible nuclear (lo normal). Tras la pérdida del IC el nivel de agua desciende rápidamente y, en apenas 3 horas, alcanza la parte superior del combustible. Una hora y media después ya había descendido lo suficiente como para dejar totalmente descubierto el combustible. Es decir, apenas 5 horas después de perder la refrigeración en el reactor, el combustible nuclear se había quedado ya descubierto y sin refrigeración alguna.

Desde el punto de vista del combustible, disponemos de esta otra gráfica, donde se representa la evolución de la temperatura en el propio núcleo del reactor:



Cuando tiene lugar el terremoto, el reactor número 1 detiene su operación. Pasa entonces del 100% de potencia térmica a detenerse, quedando menos de un 10% de su potencia en forma de calor residual. De ahí la caída que se observa en la temperatura del núcleo inmediatamente después al terremoto. Posteriormente, durante unas horas, la temperatura permanece constante puesto que el combustible se encuentra cubierto de agua. Cuando se pierde el IC y el nivel de agua comienza a bajar, la temperatura del núcleo sigue permaneciendo estable hasta que el nivel de agua alcanza la parte superior del combustible. En ese momento comienza a calentarse de forma inevitable, y sigue haciéndolo a medida que el nivel de agua continúa bajando. En poco tiempo (un par de horas) el combustible alcanza una temperatura cercana a los 2.800 ºC produciéndose la fusión del mismo. En este momento comienza la fusión del núcleo del reactor 1, en la tarde-noche del viernes 11 de marzo.

Estas gráficas confirman, por tanto, lo que sospechábamos: que el núcleo lleva fundido desde el primer día. Esto lo teníamos bastante claro ya desde hace tiempo, pero estos nuevos datos nos sirven para establecer el porcentaje de núcleo fundido. En un principio se habló del 75%, luego del 55% (todo esto eran estimaciones) y ahora, finalmente, parece que el núcleo está totalmente fundido. Aunque estos datos son también provisionales, no lo olvidemos. Aquí será todo provisional hasta que salga el informe oficial dentro de muchos meses.

Lo importante, lo único importante ahora es que, a pesar de que el núcleo esté fundido parece que se está refrigerando adecuadamente. La vasija del reactor tiene una temperatura que se encuentra entre 100 ºC y 120 ºC, indicando que el combustible fundido que se encuentra en el fondo de la vasija se está refrigerando. En la gráfica siguiente podemos observar las mediciones de 12 sensores distintos de temperatura instalados en el reactor número 1 de Fukushima. 10 de ellos corresponden a temperaturas de la propia vasija, mientras que otros 2 corresponden a temperaturas de la piscina de supresión:



Como podemos observar en la figura, todos los sensores indican que la temperatura de la vasija ha ido disminuyendo en el último mes, situándose todas ellas en el mencionado rango entre 100-120 ºC. Todas ellas, además, muestran una tendencia similar. La conclusión fundamental de estos datos, por tanto, es que el combustible fundido está siendo suficientemente refrigerado en el interior de la vasija.




¿Qué pasa en Fukushima (Parte 10)? Hoja de Ruta hacia la Normalidad

Hace meses, el Gobierno de Japón le pidió a la dueña de la central nuclear de Fukushima Dai-chi (TEPCO) que elaborara una hoja de ruta donde se establecieran los pasos a seguir para la restauración de la situación después del accidente. Hace dos días, TEPCO hizo público un informe en el que se establecía el estado del progreso en dicha hoja de ruta. Pueden descargase el informe en en este enlace. Es el propósito de este artículo resumir y resaltar los puntos más importantes de dicho informe, es decir, establecer cuál es la situación actual en la central de Fukushima y los pasos a seguir desde ahora. Hay puntos del informe que me saltaré por ir únicamente a lo más interesante.

1) Se ha conseguido el objetivo de una Refrigeración Estable de los reactores:

1: Las temperaturas en la parte inferior de las vasijas no muestran ninguna tendencia ascendente y el calor generado en los reactores se está extrayendo de manera estable.

2: El sistema de tratamiento de agua está en operación y el agua que se inyecta en los reactores no aumenta el inventario de agua contaminada. Este sistema comenzó a operar el 17 de Junio y ha tenido numerosos parones desde entonces, pero funciona.

3: Se han instalado múltiples vías de inyección de agua en los reactores por si falla alguna.

4: Se está inyectando nitrógeno en las contenciones primarias de los tres reactores para prevenir hipotéticas explosiones de hidrógeno. En el reactor 1 se inyecta nitrógeno desde el 7 de Abril, en el reactor 2 desde el 28 de Junio y en el reactor 3 desde el 14 de Julio.

2) Se ha conseguido una Refrigeración Estable de las piscinas de combustible gastado:

1: En la unidad 1 se comenzó con la inyección de agua fría por la línea normal el 29 de Mayo.

2: En la unidad 2 se comenzó con la circulación de agua a través de un cambiador de calor externo el 31 de Mayo y ha conseguido alcanzar una temperatura en torno a los 35 ºC.

3: En la unidad 3 se desarrolló la misma técnica que en la unidad 2 pero comenzando el 30 de Junio. La piscina ha sido llevada a una temperatura en torno a los 35 ºC.

4: En la unidad 4 se instaló una línea externa de inyección de agua el 17 de Junio y la piscina está en una situación de refrigeración estable.

3) Agua contaminada acumulada:

El principal cometido en este punto es asegurar el almacenamiento y tratamiento de esa agua para prevenir que tenga lugar cualquier tipo de vertido. Son varias las medidas que se están implementado para conseguir esto:

1: El 17 de Junio comenzó a operar el sistema de tratamiento de agua contaminada. Este sistema saca el agua almacenada en los edificios de turbinas, le quita el aceite, gran parte del cesio y de otros elementos radiactivos, la desaliniza y la almacena en unos tanques para utilizarla como refrigerante de los reactores.

2: Para mitigar la contaminación del agua marina en el emplazamiento de la central se han instalado unos sistemas que utilizan Zeolita (un material que retiene parte del cesio que hay en el agua).

3: Se han instalado también placas de hormigón en los canales de entrada de agua a la central y unas barreras de otros materiales para prevenir la difusión de agua contaminada a mar abierto.

4) Mitigación de la contaminación:

La pretensión de estas medidas es reducir la dispersión de materiales radiactivos que están acumulados en la propia central y prevenir el aumento de las tasas de dosis en la zona que rodea la central. Para ello:

1: Se dispersó una resina química por gran parte de la central que evita que se levante polvo y la radiación se disperse en el ambiente. El 28 de Junio se finalizó esta operación en la que se dispersó resina sobre 400.000 m2 de la central.

2: Se han retirado 500 contenedores de escombros, algunos altamente contaminados.

3: Se ha comenzado la construcción (28 de Junio) de una cubierta para el edificio del reactor 1.

5) Contramedidas contra nuevos terremotos y tsunamis:

1: Las fuentes de energía de emergencia se han instalado en lugares altos (15 de Abril).

2: Se han instalado líneas de inyección de agua redundantes en los reactores por si un terremoto daña alguna de ellas (15 de Abril).

3: Los camiones de incendios (con bombas) se han puesto también en lugares elevados.

4: Se está instalando una estructura que refuerce la piscina de combustible del reactor 4.

5: Se han construido nuevos muros contra tsunamis (terminados a finales de Junio).

6) Dosis de radiación:

1: Como las tasas de dosis en el perímetro de la central no cambian dependiendo de la dirección del viento (siempre se mide lo mismo) se deduce que no se están emitiendo nuevos materiales radiactivos y que, la mayor contribución a la dosis medida corresponde a materiales emitidos durante los primeros días del accidente.

2: Las tasas de dosis medidas en las inmediaciones de la central, de hecho, llevan varios meses bajando paulatinamente.

3: Se ha estimado que la actividad total emitida en la actualidad es 2 millones de veces más pequeña que en las primeras semanas del accidente.

7) Control de Radiación y Cuidado Médico:

1: TEPCO publicó el 17 de Junio que 6 trabajadores habían recibido dosis superiores a los 0,25Sv establecidos como limites legales por el Gobierno de Japón.

2: TEPCO realizó análisis a 3.538 trabajadores (de 3.771) implicados en Marzo en las labores de emergencia del accidente. Realizó análisis a 3.254 trabajadores (de 4.567) que estuvieron en la central durante el mes de Abril.


Dejo aquí una vez más la tabla con los efectos de la Radiación en función de la dosis recibida sobre nuestra salud



Como se puede apreciar ningún trabajador a alcanzado niveles que le provoquen ningún efecto directo ( llamados efectos no-estocásticos) sobre la salud por lo que en ese sentido podemos estar tranquilos (ningún operario a sufrido del síndrome de radiación agudo ni va a morir por ello...esto lo digo porque algunos medios alarmista y desinformativos ya están hablando del fantasma de chernobyl)

Y esto es todo amigos en lo referente a la Central de FUKUSHIMA y el Accidente (ahora en una hora publicare un pequeño inciso sobre el Plutonio encontrado en Fukushima y el Yodo-131 encontrado en el Agua de Tokio.

Saludos