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Desde Cuba OUT

Accidente de la central nuclear de Fukushima: Una explicacion simple

Algunos hablan del  Apocalipsis, que puede superan a Chernobil  pero  la OIEA admite que la situación es grave pero no está fuera de control.

Es practicamente imposible encontrar en las noticias información que ayude a comprender cómo se ha producido el accidente de la central nuclear de Fukushima. La crisis nuclear se ha convertido en un producto medático  que vende y nada mas. He encontrado en el blog http://morgsatlarge.wordpress.com con la entrada  “Why I am not worried about Japan’s nuclear reactors” que presenta el análisis de Josepf Oehmen de los eventos que sucedieron alrededor del reactor Daiichi-1 y por su interés he decidido publicarlo en el blog.  El post recibió mas de 200 ooo visitas siendo el No. 1 top post de wordpress 13 de marzo. Por la repercusión que tuvo esta entrada ( la primera de un blog creado sólo para esto por Moersatlarge , australiana,  profesora  de inglés en Japón ) fue trasladado y es actualizado por estudiantes del Department of Nuclear Science and Engineering at MIT http://mitnse.com/
Josepf Oehmen es un científico doctorado, cuyo padre tiene una amplia experiencia en la industria nuclear de Alemania. Moersatlarge le pidió escribir esta información para su familia en Australia, preocupados por los informes de los medios de comunicación procedentes de Japón. Ella creó el blog y su primera entrada fue este artículo
A continuación  el Post “Why I am not worried abaut Japan’s nuclear reactors” tal como aparece publicado  en español en el blog Fullmy’s Weblog . Algunas situaciones se han modificado pero los aspectos conceptuales nos ayudan a entender lo que sucede en la planta nuclear de Fukushima.
“Por qué no estoy preocupado sobre los reactores de Japón”
EL Texto original de Dr Josef Oehmen, científico en la MIT en Boston. ha sido editado por el Departamento de Ciencia e Ingeniería Nuclear del MIT..
“Estoy escribiendo este texto (12 de marzo) para daros cierta tranquilidad sobre algunos de los problemas en Japón, que es la seguridad de los reactores nucleares japoneses. Es decir, el asunto es serio, pero está bajo control. El texto es largo! Pero después de leerlo sabrás más sobre centrales nucleares que todos los periodistas del mundo juntos.
Ha habido y “no” habrá algún escape de radiactividad importante.
Por “importante” me refiero a un nivel de radiación mayor del que recibirías en – digamos, un vuelo de larga distancia o beber un vaso de cerveza que viene desde ciertas áreas con altos niveles de radiación natural.
He estado leyendo cada noticia publicada sobre el incidente desde el terremoto y no ha habido ni una sola noticia (!) que fuera precisa y libre de errores. Por “no libre de errores” no me refiero a periodismo que tiende a lo “anti-nuclear”- que es algo normal estos días sino que me refiero a evidentes errores con respecto a las leyes físicas y naturales, así como una inmensa malinterpretación de los hechos, debido a una falta (obvia) de conocimientos fundamentales y básicos sobre cómo funcionan y se operan los reactores nucleares. He leído un reportaje de 3 páginas de la CNN en donde cada párrafo contenía un error.
Tendremos que cubrir algunos principios antes de que nos metamos a fondo en qué está pasando.
Construcción de las plantas nucleares de Fukushima
Las plantas de Fukushima son los llamados “Boiling Water Reactors” (Reactores de agua hirviente o en ebullición) o BWR en adelante (para acortar). El combustible nuclear calienta agua, el agua hierve y crea vapor, el vapor entonces se lleva a unas turbinas que crean la electricidad, tras ello el vapor es enfriado y condensado a agua y dicho agua se reenvía para que sea calentado de nuevo por el combustible nuclear. El reactor opera a unos 250ºC 285 ºC.
El combustible nuclear es óxido de uranio. El óxido de uranio es un cerámico con un alto punto de
Fusión sobre los 3000 ºC 2800 ºC. El combustible es manufacturado en bolitas o llamados pellets (cilindros de 1 cm de alto y 1 cm de diámetro). Esas piezas son puestas en un tubo largo hecho de Zircaloy (una aleación de Zirconio) con un punto de fusión de 2200ºC que soporta una tempertura máxima de 1200 ºC (debido a la oxidación auto-catalítica del agua), y son sellados fuertemente. Este tubo se llama barra de combustible. Estas barras de combustible se juntan, de los cuales varios cientos hacen el núcleo del reactor.
El pellet de combustible sólido (Una matriz de óxido cerámico) es la primera barrera que mantiene muchos productos radiactivos producidos del proceso de fisión. La carcasa de Zircaloy es la segunda barrera a liberar que separa el combustible radiactivo del resto del reactor.
El núcleo es colocado en un “recipiente de presión”. El recipiente de presión es un recipiente de acero grueso que opera a una presión sobre los 7MPa (~1000 psi), y está diseñado para soportar altas presiones que puedan ocurrir durante un accidente. El recipiente de presión es la tercera barrera a la liberación del material radiactivo.
Toda la primera capa del reactor nuclear – el recipiente de presión, las tuberías, las bombas y las reservas de refrigerante (agua), es alojada en una estructura de contención. Esta estructura es la cuarta barrera. La estructura de contención está herméticamente cerrada, una muy gruesa estructura hecha de metal y hormigón. Esta contención está diseñada, construída y probada para una sola función: Contener, indefinidamente la completa fusión de un núcleo. Para ese cometido, una gran y gruesa capa de hormigón es vertida alrededor de la estructura de contención y es llamada como la contención secundaria. (segunda contención). Tanto las estructuras de la contención principal como de la secundaria son alojadas en el edificio del reactor. Dicho edificio es un caparazón externo que “supuestamente” mantiene el clima fuera, pero nada dentro. (esta es la parte que fue dañada en la explosión, pero más de eso luego).
Principios de las reacciones nucleares
El combustible de uranio genera calor por la fisión nuclear (inducida). Los átomos de uranio son divididos en átomos más ligeros (se produce la fisión). Eso genera más calor junto con neutrones (una de las partes que forma un átomo). Cuando el neutrón golpea otro átomo de uranio, se puede partir, generando más neutrones y así en adelante. Eso es lo que se llama reacción nuclear en cadena. Operando normalmente a pleno rendimiento, el número de neutrones en el núcleo es estable (se mantiene igual) y el reactor está en un estado crítico.
Vale la pena mencionar que llegados a este punto, el combustible nuclear no podrá “nunca” causar una explosión nuclear del tipo de ‘bomba nuclear’. En Chernóbil, la explosión fue causada por un acumulamiento excesivo de presión, una explosión de hidrógeno y una ruptura de todas las estructuras, expulsando material fundido del núcleo al medio ambiente. Ten en cuenta que Chernóbil no tuvo una estructura de contención como barrera. Por qué eso no pasó ni ocurrirá en Japón, se hablará más abajo.
Para controlar las reacciones nucleares en cadena, los operadores del reactor usan las tan llamadas “barras de control“. Estas barras están hechas de boro que absorben los neutrones. Durante un funcionamiento normaml en una BWR, las barras de control son usadas para mantener la reacción en cadena en un estado crítico. Las barras de control también son usadas para disminuir la energía del reactor desde un 100% hasta unos 7% (calor residual).
El calor residual es causado por la descomposición / el deterioro de los productos de fisión. El deterioro de la radiación es un proceso por el cual los productos de fisión se estabilizan a ellos mismos emitiendo energía en forma de partículas pequeñas (alfa, beta, gamma, neutrón, etc…). Hay una multitud de productos de fisión que son producidos en el reactor, incluyendo cesio y yodo. Este calor residual disminuye con el tiempo después de que el reactor se apague y tiene que ser quitado/extraído por los sistemas de refrigeración para prevenir el sobrecalentamiento de las barras de combustible y el fallo de las mismas como barrera ante la radiación. Manteniendo el suficiente refrigeramento para extraer el calor residual del reactor es el principal reto en los reactores afectados en Japón ahora mismo.
Es importante comentar que muchos de estos productos de fisión (que producen calor) se descomponen de una forma extremadamente rápida, y se convierten en inofensivos para cuando hayas deletreado “R-A-D-I-O-N-U-C-L-E-I-D-O”. Otros se descomponen más lentamente como el cesio, yodo, estroncio y argón.
Lo que ocurrió en Fukushima (a fecha de 12 de marzo de 2011)
Lo siguiente es un resumen de los hechos principales. El terremoto que alcanzó Japón era 5 veces más potente que el peor terremoto para el cual la planta nuclear podía resistir (cuando fue construída), (la escala de Ritcher funciona logarítmicamente; la diferencia entre 8.2 que la planta puede soportar y el 8.9 que golpeó Japón es de 5 veces mayor, no de 0.7).
Cuando el terremoto golpeó, todos los reactores nucleares se apagaron automáticamente. A pocos segundos después de que comenzara el terremoto, las barras de control habían sido insertadas dentro del núcleo y la reacción en cadena se detuvo. Llegados a este punto, el sistema de refrigeración tiene que llevarse todo el calor residual. Este calor, es sobre el 7% del calor que surge cuando se opera en condiciones normales.
El terremoto destruyó la fuente externa de electricidad del reactor nuclear. Es uno de los accidentes desafiantes para una central energética nuclear, y se es referido como una “pérdida de la fuente de energía externa”. El reactor y sus sistemas de apoyo son diseñados para poder manejar este tipo de accidentes incluyendo sistemas de energía de reserva para mantener las bombas de refrigerante funcionando. Es más, como la central eléctrica se ha apagado, ya no puede producir más electricidad por sí misma.
Durante la primera hora, uno de los múltiples juegos de generadores de energía diésel comezó a funcionar y suministró la electricidad necesaria. Pero más tarde vino el Tsumani (un tsumani más raro y grande que el anticipado) y anegó los generadores diésel, haciendo que éstos dejaran de funcionar. (fallaran).
Uno de los principios fundamentales en el diseño de una planta energética nuclear es la “Defense of Depth” (Defensa en profundidad). Este enfoque lleva a los ingenieros a diseñar una planta que pueda soportar muchas catástrofes, aún cuando muchos sistemas fallen. Un gran tsunami que inutilice todos los generadores diésel es uno de esos casos, pero el tsunami del 11 de marzo superó todas las expectativas. Para mitigar tal suceso, los ingenieros idearon una línea extra de seguridad. ¿cómo? Poniendo todo en la estructura de contención (ver arriba), que está diseñada para mantener todo dentro de la estructura.
Cuando los generadores diésel fallaron tras el tsunami, los operadores del reactor utilizaron la energía de la batería de emergencia. Las baterías fueron diseñadas como una de las medidas de reserva, y así poder proporcionar la energía necesaria para bombear refrigerante al núcleo durante 8 horas. Y eso hicieron.
Tras esas 8 horas, las baterías se agotaron, y el calor residual ya no pudo ser disipado.
En este momento, los operadores de la central empezaron a seguir procedimientos de emergencia en caso de que fallara el sistema de refrigeración. Estos son procedimientos que siguen el enfoque de “La profundida en defensa”. Todo esto, aunque nos parezca sorprendente, es parte del entrenamiento día a día por el que atraviesas como operador.
En este tiempo, la gente comenzó a hablar de la posibilidad de ‘fusión del núcleo’, Porque si la refrigeración no se retomaba, el núcleo acabaría derritiéndose (después varios días), y sería contenido en el contenedor. Decir que el término “meltdown” (derretimiento) tiene una definición imprecisa. “Fallo de combustible” es mejor término para describir el fallo de la barrera en la barra de combustible (Zircaloy). Esto ocurrirá antes de que el combustible se funda y es resultado de fallos mecánicos, químicos o térmicos. (demasiada presión, demasiada oxidación o demasiado calor).
De todos modos, el derretimiento estaba lejos de ocurrir, el objetivo principal era poder controlar el núcleo mientras se estuviera calentando, a la vez de asegurando que el blindaje permaneciera intacto y operativo durante el mayor tiempo posible.
Como refrigerar el núcleo es una prioridad, el reactor tiene una serie de sistemas de refrigeración, cada uno en distintas versiones (el sistema de limpieza de agua del reactor, la disipación del calor, el enfriamiento del núcleo del reactor, el líquido ‘en espera’ del sistema de refrigeración y otros sistemas de refrigeración de emergencia). En este momento todavía no se sabe ni cuándo ni cuál de ellos falló o no.
Ya que los operadores perdieron la mayor parte de sus capacidades de refrigerar debido a la pérdida de energía, tuvieron que usar cualquier sistema de refrigeración que tenían para desprenderse de todo el calor posible. Pero siempre cuando la producción de calor exceda la retirada de calor, la presión comienza a aumentar y más agua hierve a vapor. La prioridad ahora es mantener la integridad de las barras de combustible manteniéndolas a una temperatura inferior a 1200 ºC, así como mantener la presión en un nivel manejable. Para mantener la presión del sistemak el vapor de agua tenía que ser liberado de ver en cuando. Este proceso es importante durante un accidente ya que la presión no excede lo que los componentes pueden soportar, así que el reactor está diseñado con muchas válvulas de reemplazo. Los operadores comentaron a ventilar / expulsar vapor de vez en cuando para controlar la prsión.
Como se ha mencionado previamente, el vapor y otros gases son expulsados. Algunos de estos gases son productos de la fisión nuclear, pero existen en puequeñas cantiades. Por tanto, cuando los operadores comenzaron a ventilar el sistema, algunos gases radiactivos fueron expulsados al medio ambiente de manera controlada (en pequeñas cantidades a través de filtros). Mientras algunos de estos gases son radiactivos, no suponen una postura de riesgo a la seguridad pública o a los trabajadores?
Durante este tiempo, generadores móviles fueron transportados a la central y algo de energía fue restaurada. De todos modos, más agua se estaba evaporando y estaba siendo ventilado más rápidamente que añadiendo al reactor, reduciendo de este modo, la capacidad de refrigerar del resto de los sistemas de refrigeración. Durante alguna etapa en este proceso de ventilación, el nivel del agua podría haber descendido bajo el tope de las barras de combustible (dejando parte expuesta). A pesar de ello, la temperatura de alguna parte de la barra de combustible superó los 1200 ºC, iniciando una reacción entre el Zircaloy y el agua. Esta reacción oxidante produce gas de hidrógeno, que se combinaba con la mezcla de gas y vapor que se estaba ventilando. Esto es un proceso conocido y anticipado, pero la cantidad de gas de hidrógeno producido era desconocida porque los operadores no conocían la temperatura exacta de las barras de combustible o el nivel de agua. Ya que el gas de hidrógeno es extremadamente combustible, cuando hay suficiente gas de hidrógeno mezclado con aire, reacciona con el oxígeno. Si hay suficiente gas de hidrógeno, reacciona rápidamente produciendo una explosión. En algún punto del proceso de ventilación, suficiente gas de hidrógeno fue acumulado dentro de la contenci´n (no hay aire dentro de la contención), así que cuando fue ventilado al aire, ocurrió la explosión. Esta explosión tuvo lugar fuera de la contención, dentro (y por todo) el edificio del reactor (que no tiene función de seguridad). Aclarar que una explosión similar y posterior explosión sucedió en el reactor número 3. Esta explosión destruyó la parte superior y alguna de los laterales del edificio del reactor, pero no hizo daño a la estructura de contención ni al recipiente de presión. Mientras esto no fue un evento premeditado, ocurrió fuera de la contención y no formaba un riesgo a las estructuras de seguridad de la planta.
Ya que parte del revestimiento de las barras de combustible superaron los 1200 ºC, parte del combustible se vió dañado. El material nuclear en sí mismo estaba intacto, pero la carcasa de Zircaloy que lo cubría empezó a fallar. En este momento, se produjo ciertos productos radiactivos de fisión (cesio, yodo, etc..) que comenzaron a mezclarse con el agua y el vapor. Fue notificao que una pequeña cantidad de cesio y yodo fue detectada en el vapor que fue liberado a la atmósfera.
Ya que la capacidad de refrigerar el reactor era limitada, y la cantidad de agua en el reactor fue disminuyendo, los ingenieros decidieron inyectar agua de mar (mezclado con ácido bórico – un absorbente de neutrones) para asegurarse de que las barras quedaran cubiertas de agua. Aunque el reactor había sido apagado, el ácido bórico fue añadido como una medida y asegurar que el reactor permanece apagado. El ácido bórico también es capaz de atrapar parte del yodo restante en el agua para que no pueda escaparse, de todos modos, esta capacidad de “atrapar” no es su principal función.
El agua usada en estos sistemas de refrigeración es purificada, es agua desmineralizada. La razón para usar agua pura es para limitar el poder corrosivo del agua refrigerante durante un funcionamiento normal. Inyectando agua de mar requeriría más limpieza después del suceso, pero proporcionaría refrigeraciónn durante ese tiempo.
Este proceso disminuyó la temperatura de las barras de combustible a un nivel no dañino. Como el reactor había sido apagado hace un buen timpo, el calor residual disminuyó a un nivel significativamente más bajo, por lo que la presión de la planta era estable, y no era necesaria más ventilación.
La central casi sufre una fusión de núcleo. El peor de los escenarios fue evitado : Si el agua de mar no hubiera podido ser utilizado para el tratamiento, los operadores hubieran continuado expulsando el vapor de agua para evitar una acumulación de la presión. Después de la fusión, hubiera habido un periodo de espera a que los materiales radiactivos intermedios se degeneraran dentro del reactor y que todas las partículas radiactivas se encuentren dentro de la contención. El sistema de refrigeración acabaría siendo arreglado y el núcleo fundido sería enfriado a unas temperaturas más estables. La contención tendría que limpiarse por dentro. Entonces hubiera comenzado una ardua tarea de remover el núcleo fundido de la contención, empaquetando el (ahora sólido de nuevo) combustible poco a poco en contenedores de transporte para que sean enviados a centrales de tratamiento. Dependiendo del daño, el bloque de la central tendría que ser o desmantelado o reparado.
Ahora, en qué nos deja esto?
– La central se encuentra segura y permanecerá segura.
– Japón lo ve como un Accidente INES de Nivel 4: Accidente nuclear con consecuencias locales. Esto es malo para la compañía propietaria de la central, pero no para nadie más.
– Cierta radiación fue liberada cuando el contenedor de presión fue ventilado. Todos los isótopos radiactivos del vapor activado se han ido decayendo. Una pequeña porción de yodo y cesio fue liberado. Si estuvieras sentándote en lo más alto de las chimeneas de las centrales cuando estaban ventilando, tal vez deberías de dejar de fumar para volver a tu esperanza de vida anterior. Los isótopos del cesio y del yodo fueron llevados al mar y nunca serán vistos de nuevo.
– Hubo un cierto (pero limitado) daño a la primera contención. Eso significa que ciertas cantidades radiactivas de cesio y yodo también serán expulsadas junto con el agua refrigerante, pero no uranio o sustancias repugnantes (el óxido de uranio no se disuelve en agua). Hay instalaciones para tratar el agua refrigerante que permanece dentro de la tercera contención. El cesio y yodo radiacitivo será retirado allí y acabarán almacenándose como desecho radiactivo en almacenes (para ello).
– Con el paso del tiempo, el agua de mar será reemplazado por agua “normal”.
– El núcleo del reactor será desmantelado y transportado a una instalación de tratamiento, como se hace cuando se cambia el combustible.
– Las barras de combustible y la central entera serán revisadas para ver si hay daños potenciales. Esto llevará 4 o 5 años.
– Los sistemas de seguridad de todas las centrales japonesas se remodelarán para soportar terremotos de magnitud 9 o más.
– Creo que el mayor problema significante será la prolongación de la escasez de energía. Más o menos, la mitad de los reactores nucleares de Japón tendrán que ser inspeccionados, reduciendo la capacidad de generar energía del país en un 15%. Esto será cubierto probablemente con centrales térmicas (con gas) que suelen ser utilizadas sólo cuando se alcanzan picos. Esto incrementará tu factura eléctrica, así como, llevará a una carestía de energía durante picos de demanda, en Japón.
Si quieres estar informado, por favor, olvida los medios de comunicación habituales y consulta los siguientes enlaces:
http://bravenewclimate.com/
http://www.world-nuclear-news.org/default.aspx
http://www.world-nuclear-news.org/RS_Venting_at_Fukushima_Daiichi_3_1303111.html
http://www.world-nuclear-news.org/RS_Battle_to_stabilise_earthquake_reactors_1203111.html
http://bravenewclimate.com/2011/03/12/japan-nuclear-earthquake/
http://ansnuclearcafe.org/2011/03/11/media-updates-on-nuclear-power-stations-in-japan/
16.40

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Comentarios

7 comentarios en “Accidente de la central nuclear de Fukushima: Una explicacion simple

  1. gracias, soy estudiante de quimica y necesitaba una explicacion clara de los acontecimientos en Japón..solo una pregunta. donde trabajas?, la verdad

    Publicado por hayliz | 14 abril 2011, 00:53
  2. QUE BONITO TODO,
    SOLO UNAS PREGUNTAS, ¿PARA QUIEN TRABAJAS?
    ¿SERÁ ALGUNA EMPRESA RELACIONADA CON LA ENERGIA NUCLEAR?
    ¿QUIEN VA A PAGAR LOS DESPERFECTOS, ELIMINAR LA CONTAMINACION DE AGUAS, AIRE Y TIERRA?.
    ¿Y LAS MUERTES QUE YA SE HAN PRODUCIDO POR EL ACCIDENTE NUCLEAR? ¿CUANTO VALEN? ¿TIENEN PRECIO SI FUESEN TUS FAMILIARES?
    ¿LAS COMPAÑIAS DE SEGUROS SE QUERRAN RESPONSABILIZAR DEL ACCIDENTE? ¿Y DE OTRAS CENTRALES NUCLEARES QUE HAY POR TODO EL MUNDO?
    SI, SI, SI. MUY SEGURAS…………..

    Publicado por PEPEPIRATA | 6 abril 2011, 00:37
  3. Muy oportuna esta información, ya que soy docente y dicto la materia de química y esto me da información para poder explicárselo a los estudiantes, quienes están inquietos y preguntando sobre el proceso químico y consecuencias al hablar de reacciones nucleares.
    Gracias.

    Publicado por LUZ MARY | 21 marzo 2011, 15:19
  4. Bueno eso me relaja tansiquiera no ocurrira otro chernovil o peor y la mas problable es que esta situacion se regularize en unas semanas si la comunidad internacional ayuda

    Publicado por Black Ice | 19 marzo 2011, 06:47
  5. Gracias por tu “iluminacion” , este ripo de información es la que debiera estar en los medios que se “dicen” informativos, pero desgraciadamente vende más el catastrofismo , los vómitos , el oportunismo y otros. “naturaleza humana”, !que vamos a hacer!.

    Publicado por juan | 18 marzo 2011, 20:21
  6. Muy interesante esa informacion, bastante completa… Y precisa!

    Publicado por Ileana | 17 marzo 2011, 18:16
  7. Muchas gracias…gente como ustedes es lo que se necesita en este Planeta.

    Publicado por Roberto | 17 marzo 2011, 01:08

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