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Evento nuclear de Japón de marzo de 2011 – Fukushima I

accidente-nuclear-FukushimaSituación del reactor de Fukushima antes del terremoto y el porque de la explosión y la problemática actual derivada del accidente nuclear de Fukushima

Se debe considerar que este reactor comenzó sus operaciones en el año 1970. Ya la organización internacional de energía atómica había solicitado el cierre de esta central por presentar el desgaste propio del tiempo y por la no actualización de sus sistemas de control. Sumado a esto en el año 2000, se escapó vapor radiactivo de una de las tuberías y uno de los reactores tuvo que ser desactivado por una avería en una de las barras de combustible. En el año 2002 se descubrieron grietas en las tuberías del agua y la empresa TEPCO admitió haber manipulado informes sobre daños durante muchos años.

En el reactor de Fukushima del tipo BWR (Boiling Water Teactor) de 460 MW, se usa Uranio como combustible nuclear, en el que tanto las bombas del circuito de refrigeración y los sistemas alternativos de energía para estas bombas, como eran los motores diesel y un grupo de baterías, estaban dispuestos fuera del edificio del reactor como sucede en todos los reactores que existen en Japón. En la vasija del reactor las barras de combustión de uranio están rodeadas continuamente de agua que enfría la instalación y que actúa como un freno durante la fisión para que los neutrones que se van liberando durante la fisión puedan tener la velocidad adecuada para poder fisionar nuevos núcleos y así sucesivamente. El vapor producido dentro de esta misma vasija se transporta a través de tuberías hasta las turbinas que impulsan los generadores de electricidad.

Evento_nuclear_Fukushima

Los eventos que desencadenan la tragedia son los siguientes:

a) Los reactores se detuvieron automáticamente por el terremoto cortándose el suministro eléctrico que proviene desde la turbina que está en el edificio de contención que alimenta las bombas del circuito de refrigeración. En estos reactores de gran tamaño la temperatura residual que queda es tan enorme que es necesario que el sistema de refrigeración siga operando para enfriar el agua evitando acumular más vapor y presión sobre la vasija que contiene las barras de combustible.

b) Se activaron los motores diesel para suministrar electricidad a las bombas del circuito de refrigeración hasta que llegó el tsunami que arrasó los motores y el cableado lo que dejó al reactor sin refrigeración.

c) Como el núcleo se empezó a recalentar aumentó la presión en la vasija del reactor donde los operadores liberaron vapor radiactivo dentro del edificio de contención para disminuir la presión.

d) La presión dentro del edificio de contención empieza a llegar a niveles peligrosos la cual debe ser menor que la del exterior por lo cual deciden liberar vapor radiactivo al exterior.

e) Hasta este momento se había solucionado en forma no muy adecuada el problema de la presión, sin embargo por la falta de refrigeración y disminución en los niveles del agua al interior de la vasija la temperatura del núcleo seguía aumentando hasta llegar a niveles de 2000 grados exponiendo a este a un potencial derretimiento que en definitiva provocaría que la base del edificio de contención y el edificio del reactor cedieran traspasándose materia radiactivo hacia la tierra con la consiguiente contaminación de aguas subterráneas y una catástrofe ambiental de mayores proporciones.

f) Es aquí donde viene un error o bien una solución forzada de último recurso, pues aparentemente lograron activar las bombas de refrigeración pero les faltaba agua y optaron por inundar el reactor con agua de mar, con la consecuencia que la sal existente en el agua a esas temperaturas genera un material muy corrosivo para los sistemas, con consecuencias fatales para la supervivencia técnica del reactor y, más aun, a esas temperaturas el agua se disocia en Hidrógeno y Oxígeno.

g) Así entonces, las altas temperaturas existentes en el edificio exterior del reactor, más el hidrógeno y el oxígeno generado producen la explosión que destruyó el edificio del reactor.

Diferencias del reactor BWR de Fukishima con el reactor DBI de Torio en la defensa contra los terremotos y eventuales Tsunamis1

Existe en general lo que denominamos la isla nuclear. Esta isla contiene el núcleo del reactor que, como en todos los reactores, está al interior de una vasija más todo el sistema de enfriamiento. La vasija y los sistemas de enfriamiento están montados sobre aisladores sísmicos siendo esto posible por el tamaño reducido y por su posición horizontal. El reactor en su diseño DBI y sus sistemas de enfriamiento ante un evento sísmico flotan sobre estos aisladores.

La isla nuclear además esta instalada en un sarcófago de concreto debajo del nivel de la tierra, que es absolutamente hermético y que lo podemos comparar con el edificio de contención de los reactores normales a Uranio convencional. En el caso de Chile, y su estadística de terremotos, incluido el de Valdivia y el de 2010, este sarcófago se diseñó para resistir un terremoto de 10 grados.

Es importante saber que los aisladores sísmicos diseñados para este reactor absorben un 40% de la energía producida por el terremoto.

Este reactor es enfriado por CO2 a presiones que no superan los 200 psi. Una gran diferencia ventajosa con el Torio, es que por su naturaleza necesita mucha temperatura para fundirse y en los reactores DBI la estructura de las barras de combustible desde un punto de vista de la física y la química pase lo que pase nunca puede llegar a mas de 800 grados.

Así, en caso que por un terremoto el sistema de refrigeración falle, como parte del procedimiento de diseño normal, inmediatamente el reactor se detiene y además entra uno de los varios sistemas de seguridad que remueven el exceso de calor y que es parte de la isla nuclear que esta encerrada en el sarcófago hermético.

No obstante lo anterior, si el sistema de refrigeración normal falla y todos los sistemas que remueven el exceso de calor también fallen, como antes se indicaba, a lo mas la temperatura de las barras de combustible pueden llegar es a 800 grados. Si esto pasara cada una de las barras de combustible que están al interior de tubos están revestidos con un tipo de cerámica (diseño DBI) que soportan hasta 5000 grados antes de destruirse.

Por otra parte, en un reactor DBI el agua que está al interior de la caldera que es calentada por el circuito de CO2 nunca se mezcla con el corazón del reactor. La caldera y el circuito de vapor que mueve las turbinas están separadas por una pared de concreto de tal magnitud que una explosión de la caldera no afectaría a la isla nuclear.

Con un terremoto de 10 grados el reactor DBI se detiene y se protege en forma automática y está listo para volver a operar, naturalmente después de una revisión completa de todos los sistemas. Desde el punto de vista de la física y la química existen nulas posibilidades que el núcleo del reactor se derrita como es el caso en los reactores de Uranio comentados.

Si se diese un tsunami poderoso y el reactor se encontrare en una localización expuesta naturalmente se destruirá la sala de control y el sistema de carga de combustible que están en el exterior y también sobre el nivel de la tierra y obviamente inundara el edificio del reactor, que estaría enterrado, pero el agua no entraría al edificio de contención (Sarcófago de la isla nuclear). La peor situación es que la peor consecuencia sea que resulte más barato construir un reactor nuevo que recuperar uno afectado.

1Información proporcionada por DBI Century Fuels de USA para el reactor propuesto para Chile.

Por Francisco Aguirre Leo, Director Ejecutivo de Electroconsultores, consultora orientada hacia los grandes consumidores industriales y mineros en materias de mercado eléctrico y energético.

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