Consecuencias del terremoto en las centrales nucleares japonesas

Cuando amanecía en Japón (las 22.10, hora peninsular española), el reactor número 2, que apenas había sufrido desperfectos en la central nuclear de Fukushima, sufrió una explosión, la tercera en tres días, una por cada uno de los reactores que estaban en operación cuando ocurrieron el terremoto y el posterior tsunami. Ayer también se declaró un incendio en el reactor número número 4 que se ha vuelto a reproducir esta noche (Hora española), parece ser que provocado por una nueva explosión de hidrógeno que ha encendido los depósitos de lubricante de la unidad. El combustible nuclear está envuelto por un cilindro de circonio. A temperaturas altas, el circonio reacciona con el agua produciendo óxido de circonio e hidrógeno. Puesto que la presión en la vasija es tan alta, se ha tenido que efectuar una liberación de emergencia. Es decir, se ha dejado escapar algo de vapor, partículas radiactivas como el cesio 137, junto con hidrógeno, el cual ha reaccionado con el oxígeno del aire para producir un incendio.

Vista general de la central con sus 6 reactores de agua en ebullición (BWR) antes del terremoto.

Los ingenieros de la central se plantean inyectar agua desde helicópteros, puesto que el edificio del reactor 4 es inaccesible por tierra. En este momento consideran prioritario hacer subir el nivel de la piscina dentro del reactor para evitar que el aumento de temperatura provoque una fusión del núcleo (La temperatura de funcionamiento del núcleo de un reactor es de unos 250 ºC). Los ingenieros creen que el agua de la piscina de contención puede haber entrado en ebullición. En consecuencia, las varillas de combustible estarían calentándose y habrían quedado al descubierto por el descenso del nivel del agua.

Destrozos causados en el edificio del reactor Nº 4.

El combustible nuclear es una mezcla de óxido de uranio y plutonio, conocido como MOX en el reactor número 3 y en el resto óxido de uranio. El óxido de uranio es cerámico, con un punto de fusión muy alto, de unos 3.000 ºC. El combustible se fabrica en pastillas (pequeños cilindros del tamaño de piezas de Lego). Esas piezas se insertan en un largo tubo hecho de Zircaloy (Aleación de circonio) con un punto de fusión de 2.200 ºC. El conjunto se llama barra de combustible. Estas barras se juntan para formar paquetes más largos, y un conjunto de estos paquetes van al reactor. Todos esos paquetes juntos se conocen como núcleo del reactor. Ahora bien, tan sólo con amontonar unas cuantas barras de combustible generaría un sobrecalentamiento rápido, y tras unos 45 minutos llegaría a una fusión de las barras de combustible. El plutonio tiene efectos nocivos sobre la salud, aun en pequeñas cantidades.

Vista del edificio exterior de uno de los reactores antes de las explosiones de hidrógeno.

A partir de la explosión en el edificio del reactor 3 a primera hora de la mañana del martes, cosa que ya se esperaba, la suerte cambió para el número 2, ya que la deflagración dañó el sistema de refrigeración de la número 2, que hasta entonces funcionaba sin problemas. Pronto varios camiones de bomberos empezaron a bombear agua del mar, junto con ácido bórico (El boro es un buen material absorbente de neutrones), para evitar un sobrecalentamiento del núcleo, pero no hubo agua suficiente y las barras de uranio que alimentan el reactor quedaron secas durante dos horas y media, dañando entre el 33 y el 70% de las mismas, una situación que según algunos expertos sólo puede conducir a la fusión del núcleo del reactor. Aparte el agua utilizada para rebajar la temperatura en el interior, al no alcanzar ayer a cubrir las barras de uranio, con el aumento de temperatura, había empezado a hervir.

Vista del exterior de uno de los edificios de los reactores afectados por las explosiones. Se conserva la estructura metálica, pero el hormigón ha desaparecido.

Por otra parte según ha informado el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) la contención primaria de este reactor 2 puede haber resultado dañada, lo que provocaría más emisiones de partículas radiactivas.

Este es el resultado de la falta de refrigeración producida al fallar el suministro eléctrico en los primeros momentos del terremoto y de la posterior destrucción de los equipos diésel del sistema auxiliar de producción de electricidad de la central por el tsunami. La central soportó un terremoto de magnitud 9, más de lo previsto en el diseño. Los tres reactores que estaban en operación se apagaron automáticamente y se puso en marcha la refrigeración de emergencia. Al quedarse sin apenas refrigeración, en la central se acumulan gases radiactivos. Para reducir la presión se liberan estos gases al exterior.

El interior de uno de los reactores durante la recarga de combustible en 2004. Se han retirado las tapas de hormigón del edificio de contención interior y se ha inundado. Posteriormente se ha desatornillado la tapa de acero de la vasija del reactor y se ha retirado.

Tras la explosión del reactor número 1 ocurrida el pasado sábado, a las 11:01 de ayer (las 3:01 del martes hora peninsular española) estalló el hidrógeno generado dentro del reactor número 3 y se llevó de nuevo parte del edificio, la correspondiente a la contención exterior. En apariencia la contención interior, el muro estanco que separa el núcleo del exterior permanece intacto.

Tepco, la eléctrica propietaria comunicó que la explosión se debió a la generación de hidrógeno dentro del reactor, un gas que en contacto con el oxígeno del aire, produce una deflagración expontanea. Los técnicos encargados de la central liberaron este hidrógeno, junto con otros gases para hacer bajar la presión en el edificio de contención interior que alberga la vasija del reactor. A estos gases se les dió salida hacia el espacio entre los dos edificios de contención, en donde se encontraron con el aire y produjeron la explosión.

Barra de combustible formada por 246 varillas de pastillas de combustible recubiertas de Zircaloy.

El Gobierno japonés ordenó evacuar a los habitantes situados a menos de 20 kilómetros de la central pero amplió hasta los 30 kilómetros las medidas preventivas, recomendando que no salgan de su casa para no verse expuestos a ningún tipo de radiación y pidiendo que cierren las ventanas, no tiendan la ropa en el exterior y no utilicen sistemas de ventilación. Casi 200.000 personas fueron evacuadas en ese radio de 20 kilómetros, pero niveles anormalmente altos de radiactividad han sido detectados a más de 100 kilómetros de la central. La OMS insiste en que el riesgo para la salud es muy bajo, pero el Gobierno japonés ha preparado 230.000 tabletas de yodo, que protege la tiroides ante una contaminación con yodo radiactivo.

Interior de un reactor de agua en ebullición General Electric, similar a los existentes en Fukushima.

Los trabajos se centraron durante días en conseguir refrigerar los reactores 1 y 3, pero ayer en el reactor número 2 el combustible dejó de estar completamente cubierto por agua. Su explosión, ocurrió cuando Japón amanecía al martes. El Gobierno admitió que en este reactor podía haber daños en la cámara de despresurización, el sistema circular de refrigeración dentro del edificio de contención interior.

Vista de conjunto de uno de los reactores de Fukushima. En este diseño denominado Mark 1 (Modelo 1) bajo la vasija del reactor se encuentra un gran toro medio lleno de agua. Se le conoce como cámara de descompresión y su función, en operación normal, es condensar las posibles fugas de vapor de agua procedentes del reactor. Es probable que el terremoto haya afectado a la estanqueidad de este recipiente y por eso resulte tan difícil mantener el nivel de agua en él y también en la vasija del reactor.

Tepco anunció que había evacuado a los empleados que tenía en el reactor 2, algo que no había hecho antes, y que solo dejó a los empleados que trabajaban en la refrigeración de la central. Además, la empresa reconoció que al menos 2,7 metros de las varillas de combustible no estaban cubiertas por el agua y que no podía confirmar si el nivel del agua estaba subiendo, aunque había vuelto a inyectar agua de mar. Esto implica que la mitad del uranio estaba sin refrigeración, arriesgándose a la fusión del núcleo de la central. En el caso de Chernóbil, una central con una tecnología totalmente diferente, se fundió el núcleo pero no llegó a atravesar la base de hormigón de la central y allí sigue cubierto por toneladas del mismo material, que lo encierran para que no pueda dejar escapar su contenido radiactivo. Antes de fundirse el núcleo las varillas de combustible se curvan debido a que pueden estar sometidas a grandes temperaturas y de forma diferente por sus diferentes caras. Estas tensiones en el material rasgan la cubierta metálica de Zircaloy que, en condiciones normales, confina en su interior los subproductos radiactivos de la fisión nuclear (Cesio-137, Estroncio-90 y Yodo-131).

En el reactor mark 1, como se trata de un modelo de agua en ebullición, existe una salida superior de vapor que va hacia la turbina y una entrada situada hacia la mitad de la vasija del reactor por donse se inyectan las aguas de condensación, de retorno de la turbina. Además en su zona más baja se crea una recirculación del agua mediante un conjunto de bombas que impiden que esta se estanque dentro del reactor, bañando todas las varillas de combustible, aunque se produzcan sobre elllas burbujas de vapor de agua que impedirían una correcta refrigeración de las mismas.

En un reactor fuera de operación, aunque la reacción de fisión se haya detenido, los subproductos son radiactivos y calientan el refrigerante de la vasija. Las bombas que impulsan el refrigerante están detenidas. Normalmente deberían funcionar gracias a la electricidad de la red eléctrica, y en caso de emergencia, gracias a un sistema diesel. Ambos sistemas fallaron. Tan queda un sistema con baterías, y eso puede mantener el reactor dentro de límites seguros, pero las baterías duran solamente unas horas, y después de eso no hay forma de bombear el calor fuera de la vasija del reactor. Para empeorar las cosas, Fukushima es una central con reactores de los años 70. Los modelos más modernos utilizan un sistema adicional de enfriamiento de emergencia, usando la propia convección del agua para mover el refrigerante. Es una medida que hubiera ayudado en un caso extremo como este. Según algunas declaraciones de los primeros momentos, cuando paró la central, en el núcleo quedaba un 7% de calor residual respecto al generado cuando se encuentra en operación y se esperaba que trás un día de refrigeración ya solo quedase el 0,05%. Pero este objetivo no se pudo conseguir y se optó por inyectar agua de mar que además dejará inservibles los reactores.

Este mapa muestra las zonas de más y menos energía del tsunami que siguió al terremoto.

Los niveles de radiactividad en la puerta de la central están descendiendo, llegaron a estar en niveles muy peligrosos tras la explosión y el incendio de ayer, pero en seis horas bajaron hasta alcanzar cifras normales, siempre según la información que el Gobierno japonés proporciona al OIEA.

Dos policias realizan labores de vigilancia en el exterior de la central afectada.

Hay 50 operarios trabajando en la central, los únicos que no han sido evacuados y quedan trabajando con unas 14 bombas que se han llevado a la central para inyectar agua de mar en los reactores, al fallar sus propios sistemas de refrigeración. Todo está en sus manos, tienen que refrigerar las piscinas de los reactores. En las centrales había 800 operarios, pero la mayoría fueron evacuados tras detectarse en el interior de la planta unos niveles de radiación de 400 milisieverts, 20 veces superior a la cantidad que recibe un trabajador de una central en un año.

Comprobación de la posible radiación presente en las manos de este ciudadano japonés.

Eduardo Fraile, presidente de la Sociedad Española de Radiología Médica, explica que una radiografía de tórax emite 0,02 milisirvets (mSv), y que al año recibimos una dosis ambiental de entre 2-3 mSv. Más allá de 100 msSv, las radiaciones pueden ser perjudiciales. Gregory Härtl, coordinador del departamento de comunicación de alerta y respuesta global de la OMS, confirma que es a partir de esa cantidad cuando se empieza a observar un aumento en los niveles de incidencia de cáncer en poblaciones expuestas. En la central japonesa las últimas mediciones han registrado 0,6 mSv, aunque dentro de las instalaciones se han llegado a registrar 400.

Dos soldados lavan con agua y jabón el pelo de un ciudadano que podría estar contaminado con partículas radiactivas.

En Japón hay 54 centrales nucleares en 18 emplazamientos. La energía atómica produjo el año pasado el 29% de la electricidad del país. El país tiene 127 millones de habitantes, es la tercera economía del mundo y no tiene gas, carbón ni petróleo.

Lavando las gafas para evitar partículas radiactivas.

Hay seis reactores de agua en ebullición en la central nuclaer Fukushima Daiichi, tres de los cuales fueron cerrados para realizar operaciones de mantenimiento antes del terremoto. La unidad Nº 1 es un modelo General Electric Co. (GE), que puede generar 439 megavatios de electricidad y comenzó su operación comercial en 1971. El reactor Nº 2 fue construido por Toshiba GE y el Nº 3 por Toshiba Corp.

No es lo más conveniente refrigerar un reactor con agua del mar, porque normalmente los reactores requieren de agua lo más limpia posible a fin de no obstruir las tuberías y los circuitos de refrigeración. El desastre de Fukushima no es el primero relacionado con un terremoto en una central de la empresa Tepco. El 16 de julio de 2007 un temblor de 6,8 grados de magnitud, provocó un incendio y algunas fugas de radiación que obligaron a cerrar la central nuclear de Kashiwazaki Kariwa, la más grande del mundo. Tardó casi dos años en volver a funcionar.

Vista aerea del incendio del reactor Nº 3.