Nucleares, ¿por qué no?

Este es el título del libro de Manuel Lozano Leyva que describe de forma bastante clara todo el proceso y los fundamentos físicos de la producción de energía eléctrica a partir de la fisión del uranio. Es un libro políticamente incorrecto, ameno y creo que de obligada lectura para aquellos que deseen estar informados sobre este tema.

Entre los muchos aspectos de la energía nuclear el autor analiza el accidente de Chernobil.

El complejo nuclear de Chernóbil se situaba en la frontera entre Ucrania y Bielorrusia. Cada uno de los cuatro reactores de la central producía 1.000 MW eléctricos, el 10 por ciento de la electricidad consumida por Ucrania. Los reactores eran del tipo RBMK, modelo soviético moderado por grafito. Algunos de estos reactores se habían proyectado y usado para la producción de plutonio y otros componentes necesarios en el programa armamentístico nuclear soviético.

Cuando se detiene la reacción en el reactor de una nuclear, los elementos radiactivos de las varillas de combustible siguen liberando calor porque continúan desintegrándose radiactivamente. Por eso es esencial mantener la refrigeración en todo momento. Para ello, existen unos grupos diesel que alimentan las bombas que hacen circular el refrigerante cuando el reactor está parado. Pero ¿cuánto tiempo tardan estos motores diesel en alcanzar su funcionamiento óptimo? Unos 40 segundos. Sin embargo, ocurre una circunstancia favorable. La turbina tiene mucha inercia; esto quiere decir que desde que deja de ser movida por el vapor de agua hasta que se detiene, gira a buen régimen porque pesa mucho y está perfectamente engrasada. La pregunta es, ¿mientras rota libremente es capaz de hacer que el generador produzca electricidad suficiente para alimentar las bombas del circuito de refrigeración hasta que entran en funcionamiento los grupos diesel? La respuesta es no. A esa conclusión se había llegado unos meses antes en una prueba que hicieron en otro de los reactores de Chernóbil.

Esos 40 segundos les preocupaban mucho a algunos ingenieros y directivos de la central. Hicieron una serie de mejoras y se decidió hacer otra prueba para ver si ese lapso de tiempo en que el reactor podría estar sin refrigeración se podía evitar. Como un experimento así es costoso porque exige detener la producción de electricidad, se decidió llevarlo a cabo cuando la parada fuera necesaria por motivos de mantenimiento o recarga.Terminó poniéndosele fecha a la prueba: el 25 de abril de 1986 en el reactor número 4.

Lo primero que se hizo fue disminuir la potencia del reactor gradualmente con las barras de control. Este tipo de reactores consiste en un enorme cilindro de grafito de 1.700 toneladas en el que están insertadas 1.600 varillas de combustible, entre las que fluye el agua pura moderadora y refrigerante a alta presión, así como 180 varillas de control con boro absorbente de neutrones.

Cuando el reactor estaba al 50 por ciento, se recibió una llamada del controlador de la red eléctrica de Kíev. Pedía que se detuviera el experimento y no bajaran más la potencia porque una central convencional había fallado y el pico de demanda de por la tarde no se iba a poder atender. Aquí empieza a haber versiones para todos los gustos sobre competencias y atribuciones, pero el caso es que el director de la central decidió posponer el experimento hasta las once de la noche, que era cuando el consumo de electricidad disminuía drásticamente.

El turno de noche no estaba cubierto por trabajadores y técnicos con experiencia en centrales nucleares, sino en convencionales, y muchos ni siquiera eso. Los operarios del reactor 4 no tuvieron en cuenta el llamado «envenenamiento del xenón». Uno de los fragmentos más frecuentes que resultan de la fisión del uranio es el isótopo del yodo 135I, el cual es bastante efímero porque decae a 135Xe en 6,7 horas. Este isótopo del xenón, el 135Xe, de 9,2 horas de vida media, es un gran absorbente de neutrones. Esto significa que frena la reacción al eliminar neutrones susceptibles de romper más núcleos de uranio. Cuando un 135Xe captura un neutrón, se convierte, lógicamente, en el isótopo 136Xe, el cual no es radiactivo. Mientras el reactor funciona normalmente, hay tantos neutrones que el 135Xe desaparece nada más formarse. Pero en cuanto empieza a disminuir el flujo de neutrones cuando se desea detener la reacción por mantenimiento, recarga o, en nuestro caso, una prueba de seguridad, el 135Xe al que va decayendo la cantidad de 135I producido hasta ese momento tiene tal ansia de neutrones que absorbe todos los que quedan haciendo más brusca la detención. El resultado es que la reacción no se puede volver a iniciar hasta que pase un buen número de horas, nueve o diez, de manera que el 135Xe haya desaparecido en gran medida. Cuando se quiere reiniciar la reacción en presencia de buena cantidad de 135Xe hay que sacar las varillas de control (las que absorben neutrones casi al mismo ritmo que el 135Xe). Pero en cuanto el reactor se hace crítico, o sea, en cuanto se «enciende» de nuevo, el flujo de neutrones se hace intenso de golpe y el 135Xe desaparece rápidamente. Equivale a sacar repentinamente muchas varillas de control. Si además las varillas de control de verdad no se vuelven a introducir en breves instantes, la reacción se puede desbocar.

No es difícil imaginar la que se desencadenó en el turno de noche en el reactor 4 de Chernóbil atendido por operarios sin experiencia en tecnología nuclear, es decir, que no tenían ideas claras sobre el efecto del 135Xe. Recuérdese que por la mañana el reactor había disminuido su potencia hasta el 50 por ciento y así se había quedado. O sea, eliminando muy poco 135Xe del que iba produciendo el 135I al desintegrarse. Dicho de otra forma: había bastante «veneno» en las barras de combustible.

Tal como se había decidido, a las 11.04 de la noche se reanudó la prueba. Había que disminuir la potencia del reactor al mínimo, sin apagarlo, y cortar entonces el flujo de vapor para que las turbinas giraran libremente y ver si eran capaces de sustituir durante un minuto más o menos los grupos diesel para que bombearan refrigerante. Para ello ya sabe el lector lo que hay que hacer: insertar las varillas de control. Lo hicieron con cuidado y lentamente, muy bien, pero de pronto la potencia cayó en picado hasta llegar a los 30 MW, apenas un 5 por ciento del máximo. Lo que había ocurrido es que el 135Xe abundante se tragó los pocos neutrones que iban dejando las varillas de control. Como esto va más bien contra la intuición, los operarios lo que hicieron fue sacar estas varillas para evitar que el reactor se detuviera antes de tiempo. La potencia se recuperó hasta los 200 MW.

A la 1.05 de la madrugada, en una de las comprobaciones de las bombas que debían ser alimentadas por la turbina girando por inercia, las conectaron. Esto fue un fallo serio, porque el aumento de caudal de agua, que actúa también no sólo como moderadora sino que además absorbe neutrones, hizo disminuir la potencia del reactor otra vez. Aumentó de nuevo la cantidad de 135Xe. A la 1.19 sacaron más varillas de control, concretamente, de las 180 dejaron sólo 8 insertadas en el grafito, cuando las especificaciones exigen que siempre haya un mínimo de 30.
A la 1.23 comenzó el experimento propiamente dicho cortando el flujo de vapor de agua que movía las turbinas. Durante los instantes que transcurrieron hasta que las turbinas alimentaron las bombas, el caudal de agua disminuyó y se absorbieron menos neutrones. La reacción «se avivó» y calentó el agua hasta que empezó a hervir. Las burbujas empezaron a llenarlo todo, por lo que la potencia del reactor aumentó ya que las burbujas de vapor de agua, obviamente, absorben menos neutrones que el agua líquida. Al haber más neutrones, la cantidad de 135Xe disminuye al convertirse en el estable 136Xe. Su papel de controlador al absorber neutrones desaparece, o sea, que aumenta el flujo de éstos. Esto hace que aumente la potencia, y la cosa se desboca.

La alarma llegó a la sala de control. No había más remedio que volver a insertar las varillas de control. Pero las varillas se atascaron, seguramente porque el calor las había deformado mientras estaban fuera del grafito.También es posible que muchas varillas de combustible se fundieran y las pildoras de óxido de uranio atascaran los conductos de las varillas de control. El caso es que éstas apenas se encajaron un tercio de su longitud. La reacción no se podía detener y el reactor llegó a liberar 30 GW térmicos, o sea, diez veces más que el máximo para el que estaba diseñado. La presión del vapor fue tal que reventó todo el sistema e hizo volar por los aires el techo del edificio, que pesaba unas 2.000 toneladas. Por cierto, este tipo de diseño soviético no llevaba edificio de contención propiamente dicho y, para colmo, el techo que voló estaba cubierto de una gruesa capa asfáltica, la cual era magnífica contra la lluvia pero inflamable al máximo. Era la 1.24 de la mañana: no había pasado ni un minuto desde que comenzó el experimento.

Al quedar todo aquello al aire y a la enorme temperatura que se encontraba, el oxígeno de la atmósfera hizo arder el gran cilindro de grafito, el cual recuérdese que es carbón puro. Este incendio fue el que liberó ingentes cantidades de material radiactivo.

Este accidente fue muy diferente al de Three Mile Island, que era el que se tenía como más temible: la fusión del reactor por pérdida de refrigeración; en Chernóbil lo que hubo fue una explosión convencional seguida de un incendio.

La tragedia, o sea, la pérdida de vidas humanas comenzó por una circunstancia curiosa: los dosímetros que marcaban los niveles de radiación tenían una escala relativamente pequeña. El máximo al que llegaban no era muy alto y los trabajadores, que no creían que el reactor se hubiera fundido, pensaron que los niveles de radiactividad eran mayores que lo que alcanzaban a marcar los instrumentos, pero no demasiado. El director, Alexander Akimov, y un buen grupo de trabajadores se mantuvieron toda la noche intentando bombear agua al reactor. Todos murieron antes de tres semanas.

Los segundos héroes, pero más efectivos que los anteriores, fueron los bomberos. Llegaron inmediatamente al mando del teniente Vladimir Pravik, al que nadie le había dicho que había una ingente radiactividad en el ambiente. A las cinco de la mañana habían apagado el incendio de los alrededores evitando que se propagara. Ya sólo ardía el grafito del reactor 4, que estaba a unos 2.500 °C y era el que impulsaba a modo de chimenea todo el material radiactivo hasta altas capas de la atmósfera. Y entonces llegaron los helicópteros militares al mando de Vladimir Shevchenko.

Lo primero que vieron los tripulantes entre la humareda fue el grafito al rojo. Empezaron a lanzarle una mezcla de arena, arcilla, plomo y boro. Este último era para absorber neutrones evitando que éstos activaran los distintos materiales o incluso que se reiniciara la reacción. El plomo era para disminuir la radiación gamma. El resto para apagar y contener el bloque de grafito.

Cuando más de dos semanas después se consideró extinguido el incendio y detenida la emisión de radiactividad, se habían lanzado unas 5.000 toneladas desde los helicópteros. Sus tripulantes y los primeros bomberos fueron las primeras 31 víctimas mortales, aunque en los primeros días sólo habían muerto dos personas y había unas 50 hospitalizadas. Quizá por esto, las autoridades no le dieron mayor importancia al accidente, aunque los niveles de radiación les aconsejaron ordenar la evacuación de la población de los alrededores, unas 150.000 personas en total. Dijeron, quizá con buen criterio para evitar retrasos, que la evacuación sería por tres días.Todavía se pueden encontrar en muchas casas efectos personales que no se llevaron sus inquilinos para no cargar con mucha impedimenta. Total, para tres días...

Los héroes continuaron surgiendo y pereciendo. El ejemplo siguiente quizá fuera el más dramático. Antes de que los helicópteros lanzaran su carga, que era la apropiada, se había vertido gran cantidad de agua en el reactor en un intento absurdo de apagar así el incendio. Esa agua había formado una pasta con el combustible nuclear que aún quedaba y otros materiales fundidos, incluidos el hormigón y la tierra sobre el que se asentaba. Aquello era una mezcla ardiente con todo el aspecto y consistencia de la lava de un volcán. Para limpiar todo aquello se fueron enviando por oleadas miles de trabajadores y soldados a los que se llamó «liquidadores». Se habla de hasta medio millón de personas. Pero antes de que empezaran su temible faena, había que evitar que aquella lava entrara en contacto con el agua de la piscina donde se almacenaban los residuos radiactivos para que no se produjera una explosión térmica que hubiera aumentado la radiactividad de los alrededores hasta unos niveles sin duda mortales. Para ello, había que abrir dos válvulas de ciertos conductos de evacuación que sólo dos ingenieros sabían dónde estaban exactamente. Allá que se fueron vestidos con un simple impermeable y acompañados por un soldado que llevaba una linterna. Esta se apagó por falta de pilas y tuvieron que encontrar las válvulas a tientas. Escribamos también sus nombres como sencillo homenaje, porque su destino ya puede imaginar el lector que fue muy triste: los ingenieros eran Alexéi Mananenko y Valeri Bezpalov; el joven de la linterna era Borís Boranov.

Los liquidadores pudieron comenzar su tarea gracias a aquellos héroes y no sólo iban bien equipados y vestidos, sino que sólo se les permitía estar 40 segundos en el área contaminada. Para que el lector se haga una idea de los niveles de radiactividad que había en la zona, piense que los vehículos de los liquidadores que estaban aparcados en las cercanías emitían dosis superiores a las máximas permitidas... ¡veinte años después!

Se puede encontrar una intervención hablada de Manuel Lozano Leyva, sobre los 10 experimentos más bellos de la física en Ciencia para escuchar.