Las piscinas de combustible gastado: ¿qué hay allí, qué puede pasar?

• Hay combustible caliente y radioactivo que no puede ser transportado
• Permanece en esas piscina de 5 a 20 años hasta que se enfría
• Si el combustible se seca, se producen explosiones y fugas radioactivas

Las centrales nucleares de todo el mundo incluyen entre sus instalaciones grandes piscinas donde se almacena tras su extracción el combustible nuclear gastado. Este combustible está demasiado caliente y es demasiado radiactivo como para poder transportarse justo después de su extracción, así que se almacena en enormes piscinas que brillan con un característico tono azulado producido por la llamada ‘radiación Cherenkov’. Allí deben permanecer, con frecuencia 5 o 10 años, a veces hasta 20, hasta que se enfrían y se reduce su radiactividad lo suficiente.

¿Cómo es una piscina de combustible gastado?

Se trata de enormes piscinas de 15 o 20 metros de profundidad llenas de agua, que actúan como refrigerante y además sirven como blindaje contra la radiación. Es esta radiación la que provoca el típico brillo azul, cuando partículas emitidas por el material radiactivo superan la velocidad de la luz en el agua.

Las piscinas están dotadas de grúas y de jaulas internas para mover y almacenar el combustible usado. En la mayoría de los casos la refrigeración no es pasiva: el agua circula a través de intercambiadores de calor para enfriarla. Estos sistemas funciona con energía eléctrica,  por lo que quedaron fuera de servicio con el terremoto y posterior tsunami.

En estas condiciones el agua mantiene una inercia térmica durante algún tiempo,  pero se va calentando. Las cifras disponibles indican que este proceso estaba en marcha en las diferentes piscinas del complejo de Fukushima en los últimos días. En la planta hay un centro de recepción centralizado que contiene hasta el 60% del total almacenado, pero cada reactor tiene además su propia piscina.

La mayor preocupación se centra en la piscina del reactor 4,  que datos publicados por la Agencia de Energía Nuclear indican estaba a 84 grados de temperatura los días 14 y 15. Las piscinas de los reactores 5 y 6, en cambio, no superaban los 62 grados en ese momento, aunque según los últimos partes están subiendo de temperatura.

¿Qué ocurre si las piscinas se secan?

El proceso [pdf] es paralelo al que se produce en el interior de un núcleo que se queda sin refrigeración. Si la piscina no es refrigerada el combustible eleva su temperatura hasta hacer que el agua entre en ebullición.  La evaporación del agua va reduciendo la profundidad hasta que el combustible gastado queda al descubierto. 

De nuevo el Zircaloy de las varillas de combustible a elevada temperatura y en presencia de vapor de agua puede separar el oxígeno del hidrógeno, provocando una concentración de este gas combustible y por tanto explosiones.   Además, el aumento de temperatura provoca que las varillas de combustible usado se deformen y rompan, liberando los isótopos de su interior.

En el combustible usado en una central, típicamente 5 o 6 años, las reacciones nucleares han causado cambios físicos y químicos. El gradiente de calor causa que en las pastillas de combustible los diferentes elementos migren. Aparecen poros, con frecuencia llenos de isótopos concretos como el Cesio 137. Los elevados niveles de uranio que todavía contienen los elementos de combustible pueden arder (oxidarse rápidamente), dando lugar a la emisión de vapores radiactivos. Esto es lo que parece haber ocurrido en la piscina del reactor 4.  Este tipo de fuegos son difíciles de controlar.

¿Qué contiene el combustible nuclear gastado?

Los materiales que pueden liberarse en un fuego de combustible usado son una verdadera selección de lo peor de la tabla periódica.

Durante las reacciones nucleares de un reactor en operación el Uranio 235 se transforma en diversos isótopos a cual más desagradable. Muchos son radioisótopos de vida corta, pero también hay un puñado de ellos que son altamente radiactivos y tienen elevadas semividas, lo que garantiza problemas de contaminación a largo plazo.

Entre ellos están elementos como el Estroncio 90, el ya mencionado Cesio 137, el Tecnecio 99 y el Yodo 129.  Para colmo hasta un 1% de la masa total es Plutonio, bien el isótopo fisible 239, bien el 240. El Plutonio en todas sus formas es quizá el elemento más antipático que existe: altamente venenoso, además puede arder en contacto con oxígeno, es enormemente radiactivo y puede usarse para fabricar armas nucleares. De hecho, lo que define la utilidad del plutonio para su uso armamentístico es la proporción entre los dos isótopos principales, el 239 y el 240.

En el combustible usado aparece la mezcla llamada de ‘grado reactor’, con más del 19% de Pu 240; para su uso en bombas atómicas es necesaria la mezcla de ‘grado armamento’, con menos del 7%. La presencia de este elemento garantiza graves problemas de contaminación, ya que a sus complicaciones tóxicas y pirofóricas se añade su elevada emisión de radiación y su larga vida media; la del Pu 239 supera los 24.100 años.  La gran mayoría del material restante consiste en Uranio; hasta el 96%, casi todo del isótopo inerte U 238. La mayor parte del isótopo fisible, U 235, se ha gastado durante su uso, de modo que la cantidad residual es mínima (menos del 1%). El Uranio añade sus propios problemas con respecto a la salud humana, ya que es un metal pesado, tóxico y pirofórico, aunque en este estado relativamente poco radiactivo.