A lo largo de la historia de la energía nuclear ha habido tres grandes accidentes En 1979 se produjo el de Three Mile Island (Pennsilvania EEUU), el segundo en abril de 1986 en Chernóbil, y el tercero es éste que aún está sucediendo en Fukushima, Japón. El caso de Fukushima se trata de un emplazamiento con 6 reactores, casi todos ellos afectados en mayor o menor medida.
De todos los accidentes el menos grave fue el primero (EEUU), éste de Japón es mucho más grave y ocuparía el segundo lugar, y el más grave de todos, con mucha diferencia, y a la espera de cómo acabe éste, fue el de Chernóbil. Las causas de los otros accidentes fueron humanas, y fundamentalmente se debieron a errores humanos en las operaciones. En este se juntan una gran catástrofe natural, su diseño y la imposibilidad de llevar medios externos a la central en los primeros momentos.
El terremoto de la región japonesa de Tohōku del 11 de febrero pasado, de 9 grados en la escala de Richter ocurrió a las 14:46 (Hora japonesa), es decir a las 05:46 (UTC). Duró entre 2 y 4 minutos, según que se consideren, o no, las réplicas de grado 6 que le acompañaron. La NASA, con ayuda de imágenes de satélite, ha podido comprobar que el conjunto de islas que forman Japón se ha desplazado aproximadamente 2,4 metros, y se ha alterado el eje terrestre en aproximadamente 10 centímetros. El epicentro del terremoto se encontraba situado en el mar, frente a la costa de Honshu, 130 km al este de Sendai, en la prefectura de Miyagi, y a unos 32 kilómetros bajo el nivel del mar. Las ondas sísmicas primarias avanzan a una velocidad de entre 8 y 13 kilómetros por segundo, las secundarias entre 4 y 8 y las superficiales a 3,5 Km/s.
Los círculos indican el terremoto principal y las diferentes réplicas posteriores.
El tsunami posterior al terremoto afecto de forma diferente a diferentes puntos de la costa. En la costa norte de Japón se registró una ola de 0,5 metros de altura, en Iwate 4 metros, 10 metros de altura en el aeropuerto de Sendai (Llegó a las 15:55 hora local japonesa), en la Prefectura de Miyagi y un máximo de 23 metros en Ofunato, en la Prefectura de Iwate, según un estudio realizado por el Instituto de los puertos y aeropuertos, gracias al sistema de posicionamiento por satélite GPS y otros instrumentos de medición. El mayor tsunami ocurrido en Japón se registró en 1896 con olas de 38,2 metros. El tsunami tardó en llegar entre 10 y 30 minutos a las primeras áreas afectadas, a continuación fueron batidas por sus olas las zonas más hacia el norte y el sur. En algunas zonas el tsunami penetró hasta 10 kilómetros tierra adentro. La ola sel tsunami se genera en el mismo momento en que se produce el movimiento de la tierra y viaja por la superficie del mar a una velocidad de unos 600 Km/h.
Al llegar el terremoto a la central nuclear, los diferentes detectores de vibraciones, como por ejemplo, los instalados en las turbinas de vapor, hacen saltar los sistemas de protección automáticos y paran la central. Eso supone un conjunto de operaciones, entre otras la desconexión de los generadores eléctricos de la red, la introducción entre las barras de combustible de las varillas de control, para reducir al máximo la fisión del combustible de óxido de uranio, el cierre de las válvulas que conducen el vapor de agua a las turbinas y la puesta en marcha de los sistemas de refrigeración de emergencia del núcleo.
En un primer momento la temperatura dentro del núcleo es la normal de funcionamiento de unos 250/300º C, pero pasados unos segundos, debido al corte de la salida de vapor de agua y de que la actividad de la fisión desciende rápidamente, pero de forma gradual, aumenta mucho si no se ponen en marcha los sistemas de refrigeración de emergencia. En el caso de que falle la red eléctrica se ha de contar con un tiempo extra de retardo para poner en marcha los equipos diésel y conectarlos eléctricamente a los subsistemas de mergencia. Este retraso puede ser de entre uno y cinco minutos.
Aunque el reactor esté parado, éste sigue generando calor aunque ya no haya muchas fisiones, por el calor residual de los productos de fisión (Aproximadamente un 5% de la potencia nominal, que va disminuyendo a partir de la parada). Por ejemplo en el caso del reactor número 1, su potencia eléctrica es de 460Mw y su potencia térmica de 1.381 Mw. Un 5% de esta potencia térmica suponen 45,55 Mw, es decir, 10.879 Kcal/segundo. Con todo este calor se puede elevar un grado centígrado la temperatura de 10,8 metros cúbicos de agua por cada segundo que pasa (En unas condiciones ideales de presión similar a la atmósferica). Si el agua se encuentra bajo presión su temperatura aumenta menos, pero no mucho menos. Para que el agua hierba a 260º C la presión de la vasija del reactor ha de ser de 47 atmósferas. Esta presión crece de forma exponencial con la temperatura, de forma que a 316º C ya es de 108 atmósferas.
Los Sistemas de Refrigeración de Emergencia del Núcleo de una central similar a la de Fukushima (Garoña) (Del tipo BWR) actuarían correctamente, manteniendo la vasija del reactor a baja temperatura aun en el caso del peor accidente posible originado por la rotura total de una tubería de gran dimensión (24 pulgadas de diámetro en el caso de Garoña) en el interior de la Contención Primaria, incluso cuando los sistemas normales de refrigeración no funcionaran debido a la falta de suministro exterior de energía eléctrica. Una vez que se detecta la falta de corriente eléctrica de la red se ponen en marcha, de forma automática, los motores diesel que generan la electricidad que permite hacer funcionar todos estos sistemas de emergencia. En el caso de la central de Fukushima la ola del tsunami posiblemente entró en la sala de motores diésel (Entre unos 20 minutos y una hora después del terremoto), aspirando estos el agua de mar, con toda la arena que pudiese llevar, entrando en los cilindros y provocando su parada e inutilización. A partir de aquí los sistemas de refrigeración de emergencia no pudieron funcionar más que el tiempo asegurado por sus baterías (Unas pocas horas) y la central quedó abandonada a su mala suerte.
Los sistemas de refrigeración de emergencia del núcleo son de varios tipos.
Inyección del Refrigerante a Alta Presión (HPCI). Es un sistema autónomo que entra en funcionamiento cuando la vasija está todavía con presión de vapor.
Rociado del Núcleo. Está dotado de dos bombas (En el caso de Garoña) capaces de inyectar agua desde la cámara de relajación al interior de la vasija por encima de los elementos combustibles.
Inyección de Refrigerante a Baja Presión (LPCI). Este equipo incluye bombas e intercambiadores de calor, para extraerlo hacia el exterior, que inyectan agua desde la cámara de relajación al interior de la vasija, manteniendo el núcleo inundado y perfectamente refrigerado.
Sistema automático de Alivio de Presión. Se trata de un conjunto de válvulas que impiden el aumento de la presión en el interior de la vasija por encima de unos valores que podrían llevar a su rotura.
Condensador de Aislamiento. Es un gran intercambiador de calor diseñado para enfriar el vapor existente en la vasija del reactor. Su capacidad de enfriamiento es de 41.000 kW (En el caso de Garoña), suficiente para eliminar el calor residual que se genera en el núcleo después de haber parado el reactor.
Esquema correspondiente a la central de Garoña.
Al aumentar la presión en la vasija del reactor actuan las válvulas de seguridad y expulsan una cierta cantidad de vapor hasta que al bajar la presión vuelven a cerrar. Este vapor es aspirado, por la diferencia de presión, hacia la Cámara de Relajación de Presiones, un gran depósito toroidal medio lleno de agua en donde los vapores se condensan. Como ya hemos dicho el núcleo del reactor produce aun mucho calor y para vaporizar un litro de agua a una presión de 30 atmósferas y una temperatura de 233º C, se necesitan 428 Kcal. Con este 5% de potencia térmica residual puede vaporizar 25 litros de agua por segundo, o lo que es lo mismo, un metro cúbico y medio de agua por minuto. Aquí tenemos el origen del descenso del nivel del agua en la vasija del reactor.
A fuerza de condensar los vapores que recibe, la presión dentro de la Cámara de Relajación de Presiones también aumenta, por lo que se ha de dar salida a una parte de su contenido. En parte se expulsan vapores y en parte agua líquida, por lo que puede que el nivel de agua aquí también baje de los niveles adecuados.
Al bajar el nivel del agua en el interior de la vasija del reactor una parte de las varillas de combustible quedan al descubierto, sin estar bañadas por el agua líquida, lo que hace que suba su temperatura. Al estar a gran temperatura el metal que forma la envoltura de las varillas de combustible reacciona con el vapor de agua, produciendo hidrógeno gaseoso que se expulsa con el vapor de agua en la próxima apertura de la válvula de seguridad de la vasija del reactor. Aparte, el deterioro de las vainas de las varillas de combustible provocan que los subproductos radiactivos de la fisión salgan afuera de las mismas, con lo que los vapores expulsados se vuelven radiactivos, al contener pequeñas cantidades de yodo, cesio y estroncio radiactivos.
En el caso de que se llegara a fundir una parte de las varillas de combustible, (La superior) al dejar de estar bañadas por el agua y refrigeradas por ella, el combustible fundido, junto con el metal de la vaina que lo contiene, caería hacia abajo a la zona en donde aun queda agua produciendo un nuevo recalentamiento de la misma. Este metal fundido se introduciría y se solidificaría entre la parte inferior de las barras de combustible y las barras de control, impidiendo, posiblemente, el posterior funcionamiento de extracción de las mismas, tanto de unas como de otras. Afortunadamente aun se ignora, aunque se teme, que se haya producido una fusión parcial en alguno de los reactores. Como poco, algunas de las vainas de las varillas de combustible han de estar seriamente dañadas, para dejar salir tantas partículas radiactivas, ya que se han detectado aumentos en la radiactividad de las verduras y la leche de la zona e incluso en el agua de consumo de Tokio, sin contar los aumentos medidos en el interior de la central y alrededores.
La fusión, total o parcial, del núcleo también produciría otros elementos radiactivos, susceptibles de ir a parar a la atmósfera o a la capa freática (Aparte del yodo, el cesio y el estroncio).
Con el paso del tiempo y si se consigue mantener el nivel de agua dentro de la vasija dentro de unas alturas de seguridad, el calor producido por el núcleo va descendiendo paulatinamente, aunque siempre está produciendo calor, ya que un cierto grado de fisión siempre se produce, aunque la central esté totalmente parada y con todas las varillas de control dentro del bloque de barras de combustible.
Por alguna razón, una parte de estos vapores radiactivos expulsados de la Cámara de Relajación de Presiones llegó a la camara existente sobre el reactor, en la que se encuentran el puente grua de carga y descarga de combustible y la piscina de almacenamiento del combustible gastado. El hidrógeno contenido en estos vapores al contacto con el oxígeno del aire reacciona expontáneamente, produciendo explosiones de gran poder de destrucción, lo que se lleva por delante la cubierta de hormigón de esta cámara y, posiblemente, agrieta las piscinas que contienen el combustible gastado, por lo que estas comienzan a perder agua y a dejar las barras de combustible gastado al descubierto, con el consecuente aumento de temperatura y riesgo de fusión del material combustible. También pudiera ser que la estructura de las piscinas hubiera sido dañada por el mismo terremoto.
En condiciones normales esos vapores, algo radiactivos se llevan a un conjunto de filtros, que retienen las partículas radiactivas haciéndoles pasar por una balsa de agua, y se liberan a través de chimeneas, en donde arden sin peligro de explosiones.
En las piscinas que contienen las barras de combustible gastadas se necesita de un sistema de refrigeración activo, que se perdió al parar la central y desconectarse de la red eléctrica, quizás también ello haya influido en el descenso del agua en algunas de las piscinas, por evaporación del agua que contenían. El sobrecalentamiento de las piscinas también puede llegar a deteriorar las varillas de combustible gastado y provocar emisiones de particulas radiactivas a la atmósfera. Mientras más calor se produzca, mayor sera la convección que lance estas partículas en suspensión, hacia el aire.
Mientras no pudieron hacer otra cosa, los técnicos japoneses se limitaron, cuando los niveles de radiación dentro de la central se lo permitían, a rociar todo el conjunto de la central con agua para enfriarlo en la medida de lo posible y evitar la proyección a la atmósfera de partículas radiactivas. Este agua también ayuda a rellenar el nivel de la misma en las piscinas que contienen las barras de combustible gastado.
A partir del jueves se comenzó a tender un cable para volver a conectar los reactores a la red electrica y, de este modo, recuperar los sistemas de refrigeración de emergencia. También se abrieron agujeros en la cubierta de hormigón de algunos reactores para impedir que la concentración de hidrógeno los hiciera saltar por los aires, como ocurrió en los reactores 1 y 3.
Una vez llevados los cables de conexión eléctrica hasta los edificios de los reactores se ha de revisar todas la cadena de componentes que forman la instalación eléctrica necesaria para alimentar las bombas y las válvulas de los sistemas de refrigeración de emergencia, y todo ello, entre los hierros retorcidos de la parte superior de alguno de los edificios de los reactores.
Para colaborar en las tareas de recuperación y sellado de la central Francia enviará a Japón este fin de semana un cargamento de 130 toneladas entre robots y material especializado para tratar de controlar fugas radiactivas, con destino a Fukushima.
Electricité de France (EDF) anunció ayer que junto a Areva y el Comisariado de la Energía Atómica (CEA) prepara un envío que será transportado a Tokio a bordo de un avión Antonov 225. EDF ya había enviado esta semana 100 toneladas de ácido bórico para enfriar los reactores de Fukushima.
El material incluye en particular maquinaria robotizada pilotada a distancia, capaz de trabajar en un medio con radiactividad y de intervenir tanto en interiores (Filoguiados) como en el exterior (Radiocontrolados). Entre la maquinaria están palas mecánicas, camiones y excavadoras, y también pequeños robots, que pueden realizar trabajos técnicos complejos, como la extracción de material o la recuperación de residuos, así como llevar a cabo mediciones de la radiactividad y tomar imágenes y transmitirlas.
El envío corre a cargo del Grupo de Interés Económico de Intervención Robótica sobre los Accidentes Nucleares (GIE INTRA), en el que EDF es mayoritaria. La misión de este organismo, cuya actividad se basa en las enseñanzas de la catástrofe de Chernóbil en 1986, es la concepción, explotación y puesta a disposición de maquinaria dirigida por control remoto y especializada en la intervención en casos de accidente nuclear grave en instalaciones industriales.
El Gobierno alemán también ofreció al Gobierno japonés una serie de robots controlados a distancia y con capacidad para operar en zonas radiactivas, que podrían emplearse en las tareas de reparación de la central nuclear de Fukushima.
La maquinaria alemana para accidentes ofrecida a Japón pertenece al Servicio Técnico de Ayuda Nuclear, una iniciativa conjunta de todos los consorcios energéticos germanos que gestionan centrales atómicas.
Por el momento una treintena de camiones rocían con 3,8 toneladas de agua por minuto, desde una altura de 22 metros, el reactor número 3. Debido a la radiactividad que hay en esta zona de la central los camiones y sus conductores se turnan por grupos de cinco.
La Agencia France-Presse nos permite ver este vídeo de los reactores con su cubierta desmontada y echando vapor.
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