Fukushima: ¿qué pasaría en el peor de los casos?

• Explicación paso a paso de todas las etapas
• Que se produzca una explosión nuclear es imposible
• El factor preocupante: la situación de sus piscinas de combustible

Casi todas las declaraciones alarmantes y algunas alarmistas que se están esparciendo estos días sobre la crisis nuclear japonesa tras el terremoto y el tsunami son vagas y poco concretas.

Aparte de comparaciones con Chernóbil y en algunos casos insinuaciones de  la posibilidad de una explosión nuclear (absolutamente imposible) o de un Síndrome de China (inexistente) pocos explican lo que podría suceder en el peor de los casos, si todo falla.

De hecho los reactores, que tienen  insertadas las barras de control desde el momento del terremoto, están  detenidos; lo que está causando ahora mismo la crisis es el calor  residual que generan, de menos del 5% de su potencia total y  disminuyendo según se calman las reacciones nucleares en su interior

Pero supongamos que todo sale mal; que los frenéticos intentos de  refrigerar los núcleos no alcanzan el éxito, que por alguna razón el  refrigerante deja al descubierto los elementos de combustible y se  inicia la fusión.

¿Qué pasaría entonces, si todo saliera mal?

Lo primero que destaca es que el proceso no es instantáneo,  sino bastante lento; de horas o días.

Para mantener el núcleo a la temperatura adecuada mientras se paran por completo las reacciones nucleares (lo que lleva más o menos una semana) hay que conseguir que la vasija del  reactor esté llena de agua.

En condiciones normales las varillas de combustible están cubiertas por un par de metros de agua ultrapura, destilada y liberada de cualquier sal para evitar corrosiones y también  para que la radiación del núcleo no actúe sobre estas sales convirtiéndolas en radiactivas.

Este agua circula por medio de bombas eléctricas extrayendo  el calor del núcleo. Al detenerse las bombas la temperatura y la presión de la vasija aumentan y el nivel de agua disminuye.

El exceso de presión puede tener que ser expulsado al exterior de forma controlada, como ya ha ocurrido en los reactores afectados; éstas  purgas voluntarias son la principal fuente de la radiactividad que se detecta en  el exterior de la planta, pues el vapor (aunque filtrado) contiene trazas de algunos isótopos radiactivos como Yodo 131, Cesio 137, Xenón 133, Xenon 135 y Kriptón 85, de los cuales  sólo el Cesio 137 y el Yodo 131 son preocupantes; los demás no son absorbidos por el cuerpo humano.

El Cesio 137 es el peor contaminante por su  larga vida media (es el responsable de la zona de exclusión alrededor de Chernóbil), aunque  el Yodo 131 debe ser combatido porque se absorbe rápidamente fijándose en la glándula tiroides, donde puede provocar cáncer.

“Las dosis emitidas en esta fase son reducidas y el riesgo del Yodo 131 dura unos días“

Las dosis emitidas en esta fase, sin embargo, son reducidas, y las autoridades han repartido píldoras de Yodo entre la población para evitar el riesgo del Yodo 131, que sólo dura unos días.

El resto de los isótopos tienen vidas muy  cortas, de modo que la nube contaminada dejará pronto de estarlo. No habrá desplazamiento masivo de radiación, solo contaminación local.  

La segunda fase

En una segunda fase del deterioro del núcleo el nivel de agua dentro de la vasija del reactor  desciende tanto que las barras de combustible quedan al descubierto y comienzan a recalentarse.

45 minutos a una hora después la porción expuesta alcanzaría una temperatura de 1.200 grados, momento en el que el Zirconio con el que se hacen estas barras (técnicamente una aleación de circonio llamada Zircaloy) comienza a reaccionar con el vapor de agua, que se descompone en sus constituyentes, oxígeno e hidrógeno.

Estos gases se acumulan creando la posibilidad de una explosión, ya que el hidrógeno es muy combustible. Con toda probabilidad ésta es la causa de las explosiones que se han  producido en los reactores de Fukushima, a pesar de que los edificios de los reactores están dotados de catalizadores y sistemas de expulsión para evitar la acumulación de hidrógeno.

Las explosiones indican que las  barras de combustible han estado, al menos temporalmente, expuestas, pero han tenido lugar fuera de la vasija del  reactor y del edficio de contención primaria, por lo que sólo habrían afectado al techo de protección de la  maquinaria.  No hay contaminación radiactiva por esta causa. 

Más preocupantes son las noticias sobre el Reactor 3, donde parte de las estructuras internas del edificio de contención podrían haber resultado afectadas por la explosión.

De momento no hay confirmación de este hecho, ni de daños en las vasijas de ninguno de los reactores afectados.   

La tercera fase

En una tercera fase, si la temperatura no se controla, las barras de combustible comienzan a fundirse: es la fusión del núcleo  (no confundir con la fusión nuclear), un proceso complejo y con muchos interrogantes. 

Al pasar a líquidos los elementos del núcleo se reconfiguran y dejan de funcionar como debieran: las varillas de combustible, sus estructuras de soporte y las barras de control se convierten en un charco que se acumula en el fondo de la vasija del reactor.

Sus diferentes composiciones químicas y densidades los entremezclan y separan en una danza mortífera en la que la presencia, cantidad y temperatura del agua presente tiene un papel muy importante. 

Como lava fundida y diferenciada en distintas capas los elementos internos del núcleo caen por gravedad hacia el fondo de la vasija a muy elevada temperatura. 

“En el peor de los casos la lava radiactiva fundiría las paredes de acero de 15 centímetros“

En teoría, sería posible que los elementos fisibles, como el uranio y el plutonio del  combustible mixto que usa Fukushima 3 se reposicionen provocando una reacción incontrolada, el aumento de la temperatura y que esta lava altamente radiactiva funda las paredes de acero de más de 15 centímetros de espesor del contenedor y escapen. Éste sería el peor de los casos posibles.

En la práctica esto no es lo que sucedió en el accidente de la central de Three Mile Island, donde se produjo una fusión de más de tres cuartas partes del núcleo pero no hubo fuga del combustible fundido. Y eso a pesar de que la vasija de aquella central no estaba diseñada para ello; al parecer parte de la mezcla líquida a alta temperatura protegió al acero de la vasija, que apenas resultó fundido. Los elementos del núcleo quedaron allí atrapados.

En Chernóbil, el accidente nuclear más grave de la historia  hasta el momento, el diseño de la central contribuyó a agravar las cosas, pero tampoco hubo una fuga masiva. Una parte importante del núcleo fundido cayó por gravedad hacia las zonas inferiores del edificio, solidificándose en contacto con el hormigón frío. La mezcla de materiales radiactivos, grafito, acero y otros componentes resultó ser no crítica  y la reacción nuclear se detuvo. 

Así se formaron estructuras como la famosa 'Pata de Elefante', una gota solidificada que aún es altamente radiactiva pero que no penetró el subsuelo.  

El capturador de núcleo

En el diseño de muchas centrales nucleares japonesas y occidentales hay un elemento clave en caso de que la vasija haya resultado dañada: el llamado 'Core Catcher' (capturador de núcleo),  un sistema ideado para detener y extender en el espacio un núcleo fundido para que se enfríe y solidifique. Los 'Core Catcher' son estancias forradas de grafito instaladas bajo la vasija del reactor.

No está claro si todos o alguno de los reactores de Fukushima poseen uno de estos mecanismos, que empezaron a incluirse en los diseños después de la construcción de los más antiguos. Lo que sí tienen es una cimentación de hormigón de gran grosor que cierra por debajo la contención primaria, la estancia donde se encierra la vasija del reactor. La interacción entre los materiales del núcleo fundido y el hormigón se conoce con poco detalle; todo dependerá de si la masa del núcleo es subcrítica (y no genera calor) o no.

La experiencia de Three Mile Island y de Chernóbil parece sugerir que la masa no será crítica, y se congelará, inmovilizándose.  Se evitaría asi el principal de los peligros, lo que convirtió a Chernóbil en el accidente con efectos mundiales que fue: la dispersión de materiales altamente radiactivos a grandes distancias. 

Para que esto ocurra los isótopos deben ser inyectados en la atmósfera a gran altura, para que puedan ser trasladados por los vientos. En el accidente de la central ucraniana de esto se encargó el incendio del grafito utilizado como moderador en el núcleo, que ardió al descubierto durante días inyectando humo a gran altitud. Humo contaminado, claro está. 

¿Otro Chernóbil?

En Japón la única forma de que esto ocurriera sería que de alguna forma el núcleo fundido atravesara la cimentación de la planta y llegara en condición crítica al subsuelo, encontrándose con una veta de agua subterránea. 

En esas condiciones sería teóricamente posible que una columna de vapor dispersara la contaminación. Algunos teóricos han propuesto mecanismos por los cuales este tipo de liberación masiva podría ocurrir incluso sin escape del núcleo fundido, pero sus cálculos no son aceptados por la mayoría de los ingenieros. 

En general se cree que los sistemas de contención primario y secundario serán capaces de limitar la dispersión de radiactividad incluso en el caso de una completa fusión del núcleo. Que podría haber ocurrido ya.  

“Lo más preocupante de Fukushima son la situación de sus piscinas de combustible“

Una cuestión diferente, aunque relacionada, es la de las piscinas de combustible nuclear gastado que hay en las instalaciones de los reactores. Este combustible debe ser refrigerado por agua durante años hasta que se enfría lo suficiente para ser trasladado para su reprocesamiento o almacenamiento. El problema es que el uranio y otros metales radiactivos son además pirofóricos, es decir que arden. 

Los elementos de combustible de una central están protegidos y estabilizados químicamente, pero en teoría si las piscinas quedan secas el calor generado podría provocar el incendio del uranio contenido en su interior, lo que provocaría humo radiactivo que se dispersaría en la atmósfera. 

La actual situación de las piscinas de combustible de Fukushima no se conoce en detalle, pero es quizá uno de los elementos más preocupantes de la actual situación.