Fukushima y el Síndrome de China

Por Arturo Quirantes, el 13 marzo, 2011. Categoría(s): Ciencia • Física moderna ✎ 27

Síndrome de China, sala de control

En 1979, se estrenó una película de cine de catástrofes llamada «El Síndrome de China,» en la que se narraban fallos y encubrimientos en una central nuclear.  El título aludía a la sugerencia de que, en caso de un fallo masivo, el combustible nuclear se filtraría a través del suelo, hasta llegar al lado opuesto del planeta.  Aunque China no está en las antípodas de California, el nombre se quedó.  Ayudó mucho, por supuesto, el que doce días después de su estreno el mundo asistiera al fallo en la central nuclear de Isla Tres Millas.  Treinta años después, Homer Simpson afirmaba que su jefe no le había despedido «a pesar de tres fusiones y un Síndrome de China.»  Es un episodio muy gracioso.  Por desgracia, en estos momentos Japón tiene un reactor nuclear al borde de una fusión (entendido como fundición de metal y su paso a líquido, no a fusión termonuclear).

Mientras estamos en vilo con lo sucedido en Japón recientemente, y teniendo en cuenta que un reactor nuclear está en dificultades, considero buena idea dar una rápida introducción a la tecnología nuclear.  Señores, señoras, vamos a construir un reactor nuclear.

Lo primero que necesitamos es el material fisionable.  Eso es fácil.  Basta con algo de uranio, plutonio o torio.  Cuando un núcleo de esos elementos recibe un neutrón, se divide en dos fragmentos.  En el proceso libera energía y dos neutrones, que luego impactarán con dos núcleos atómicos, produciendo cuatro neutrones, que fisionarán otros cuatro núcleos, los cuales emitirán ocho neutrones, y así sucesivamente.

Por supuesto, queremos que la reacción nuclear sea controlada, no explosiva.  Para ello, utilizaremos dos trucos.  El primero es diluir el material fisionable, de forma que no podamos obtener una explosión nuclear ni siquiera por accidente.  El segundo es introducir material que absorba disminuya la velocidad de los neutrones, de forma que podamos controlar la producción de energía.  A ese material que modera el flujo de neutrones lo llamaremos moderador.

En tercer lugar, hemos de extraer la energía para usarla a nuestro gusto.  Para ello, nada mejor que un líquido refrigerante, que además servirá para evitar que el reactor se caliente demasiado.  El refrigerante pasará el calor a un sistema de turbinas que, conectadas a un generador, producirá electricidad, justo lo que deseamos.  Después de ello, el refrigerante pasará por un sistema condensador, donde se le extraerá el calor que le quede, y volverá de nuevo a pasar junto al material fisionable, donde volverá a calentarse, y así una y otra vez.

Por último, pero lo más importante, no queremos que escape radiactividad, ni neutrones, ni nada dañino.  Por eso, el material fisionable, el moderador y el refrigerante están contenidos en la vasija de confinamiento o núcleo, una especie de olla exprés con paredes de acero y cemento de varios metros de espesor.  Dicha vasija, a su vez, está contenida dentro de una estructura de confinamiento secundaria.

Dependiendo de lo que usemos como moderador y refrigerante, el reactor será de uno u otro tipo.  En el caso de la planta nuclear de Fukushima, es un reactor de agua en ebullición, donde se utiliza agua normal y corriente como moderador y refrigerante.  Y con eso, nos vamos al Japón.  Las últimas noticias al escribir estas líneas indican una explosión en uno de los reactores, así como la liberación de material radiactivo en cantidades desconocidas.

Aunque la información es aún escasa, podemos conjeturar.  Una explosión de tipo nuclear está descartada.  No solamente la concentración de material fisionable lo hace inviable, sino que un estallido nuclear hubiera desintegrado completamente la central entera, junto con todo lo que estuviese a kilómetros de distancia.  Eso nos deja con una explosión convencional, de tipo químico.  Según las autoridades japonesas, se ha debido a una concentración de hidrógeno y oxígeno.  ¿De dónde han salido? Muy probablemente, del núcleo.  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, han tenido que efectuar una liberación de emergencia.  Es decir, la olla ha dejado escapar algo de vapor junto con hidrógeno, el cual ha reaccionado con el oxígeno del aire para producir una explosión. Según las autoridades japonesas, la explosión no ha afectado a las vasijas de confinamiento, cosa lógica, pues están diseñadas para resistir casi todo.

Quedan, no obstante, dos grandes problemas.  El primero concierne la radiación liberada.  Aunque sea en cantidades pequeñas, eso indica que hay una ruptura en alguna parte.  El lugar más probable es el circuito primario, el conjunto de tuberías por donde circula el refrigerante.  Según el gobierno japonés, no hay fugas significativas de material radiactivo, así que todo indica que la liberación radiactiva que se ha medido se debe a la liberación de emergencia de vapor.

El otro problema, el más crucial, se refiere a la refrigeración en sí.  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 han fallado.  Tan sólo hay un sistema con baterías, y eso está manteniendo el reactor dentro de límites seguros.  Pero las baterías durarán solamente unas horas, y después de eso no habrá forma de bombear el calor fuera de la vasija de confinamiento.  Para empeorar las cosas, Fukushima es un reactor 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, pero por desgracia, el reactor de Fukushima no dispone de esta ayuda.

Las últimas noticias indican que se está preparando una refrigeración de urgencia, usando agua del mar combinado con ácido bórico (el boro es un buen moderador material absorbente de neutrones), pero las réplicas al terremoto están dificultando los trabajos.  Si habéis visto alguna vez alguna película tipo Godzilla, donde los esforzados ingenieros y soldados luchan a brazo partido contra la adversidad, con una mirada impávida y al pie del cañón hasta el último momento.  Desde aquí, ruego porque tengan éxito.

Si todo ello fallase, tendríamos lo que se denomina una fusión (meltdown).  No se trata de fusión nuclear, sino de fundición: el núcleo del reactor se convierte en metal líquido.  En ese caso, más de cien toneladas de material fundido altamente radiactivo caerán al suelo del edificio de contención, donde se encuentra la última línea de defensa: un sistema de contención formado por un suelo ultrarresistente de hormigón.  Si ese suelo fallase, el material fundido caería profundamente, alcanzando las capas freáticas y liberando su radiactividad por el agua subterránea.  Es un fenómeno denominado Síndrome de China, que se hizo famoso porque la película del mismo nombre fue emitida apenas un par de semanas antes del famoso incidente de la central nuclear Isla Tres Millas.  Hay que puntualizar que el Síndrome de China nunca ha sucedido hasta ahora … salvo en los episodios de Los Simpson.

Y eso, de momento, es cuanto sé del asunto en estos momentos, a las 13:20 del Domingo 13 de Marzo de 2011.
ACTUALIZACIÓN (13/3, 20:30h).  He encontrado una buena explicación gráfica sobre el accidente de Fukushima, en El País



27 Comentarios

  1. muy bien, has dicho lo que sabías y bien dicho. pero me he quedado preocupado por las consecuencias, están diciendo por la tele, a las 15,30, que hay fusión parcial del núcleo

  2. Sí, la situación es grave. Puede que haya fusión parcial. Lo importante es que quede contenida dentro del reactor, y no escape al exterior. Una vez que consigan enfriarlo, pasará el peligro. Por supuesto, el reactor quedará para el desguace, pero que todo el problema sea ese.

  3. Enhorabuena, una explicación muy buena, lastima que los periodistas de tomate que tenemos no se dediquen a dar noticias. La televisión en este país y la mayoría de los “periodistas” solo se dedican a vociferar.

  4. Muy buena entrada, la he puesto en mi twitter por si hay más gente que quiere enterarse bien de este suceso y de sus posibles consecuencias tanto como de sus soluciones.

    Esperemos que todo acabe bien.

  5. Muy bien profesor !!!
    El material MODERADOR en un reactor de esta edad, es el grafito en barra…se insertan barras de carbono ( grafito) en el núcleo y actúa como un potenciometro ( cuanta mas barras, menos radiactividad y por consiguiente, menos temperatura). Ahora bien, el sistema de inserción de barras es comandado electricamente, al fallar los sistemas auxiliares y en vista que se esta produciendo la fusión…que evitaría una Masa Critica? como evitar la Reacción en Cadena?
    Creo que el riesgo de una explosión nuclear no se descarta, y de producirse en el #3, el efecto dominò llevaría a una quintuple explosión atómica…

  6. Hasta aqui muy bien. Y ojalá esto no pase a mayores. Pero todavía mi curiosidad me lleva a preguntarme que pasaría si el material radioactivo llega al subsuelo y alcanza el agua subterranea? que ocurriría después?

  7. Hola, muy buena la explicación, perdona mi ignorancia pero… has dicho «más de 100 toneladas»??? siempre había imaginado que era muy poco material.
    Ojalá logren superarlo, desde luego los 50 que se han quedado alli son verdaderos heroes de Japón y del mundo entero.

  8. «Si todo ello fallase, tendríamos lo que se denomina una fusión (meltdown). No se trata de fusión nuclear, sino de fundición: el núcleo del reactor se convierte en metal líquido. En ese caso, más de cien toneladas de material fundido altamente radiactivo caerán al suelo del edificio de contención, donde se encuentra la última línea de defensa: un sistema de contención formado por un suelo ultrarresistente de hormigón.»

    ————————————————

    Bien, esto ya ha ocurrido, al parecer. Varios nucleos están fundiéndose y los japoneses reconocen su incapacidad para enfriar el material.

    Mi pregunta: ¿ Qué podría pasar si el material penetrase la última defensa ( el contenedor secundario)?

    ¿ Podríamos estar ante el fin del mundo?

    P.D: Muy buén artículo. Gracias a él conseguí entender el proceso.

  9. Gracias Arturo por esta magnífica aportación!
    Personalmente también me quedo con la duda del qué pasará si dicho tonelaje radiactivo llega al subsuelo, al mar o a la atmósfera. Se creará un Godzilla en el mar de japón? tendremos que dejar de comer pescado a nivel mundial? serán sólo los japoneses + un radio de 1000 km los que no podrán comer pescado o labrar sus tierras (tipo Chernobil)?? o tendremos un apocalipsis como predicieron los mayas en 2012? La verdad que las reacciones en EEUU de montar nuevos aparatos de medición radiactiva en el Pacífico así como el acopio masivo de pastillas de yodo en la costa oeste la verdad que no son nada alentadoras. Tampoco lo son las medidas del gobierno alemán que ha pedido a todos sus ciudadanos que abandonen la zona de forma inminente (lo acabo de leer en prensa germana) y Francia (que por mucho que odie en tema nuclear doy por hecho que saben de qué hablan) cataloga el desastre en nivel 6 sobre 7 «Chernobil a cámara lenta».

    Gracias de antemano,
    un preocupado por el mundo

  10. Hola…

    Percibo cierta confusión, en el artículo y sobre todo en algún comentario, entre el MODERADOR y las BARRAS DE CONTROL.
    El MODERADOR, en los reactores comerciales, suele ser agua ligera, agua pesada, o grafito; y su papel es reducir la velocidad de los neutrones resultantes de la fusión, para hacer posible la reacción en cadena, dado que los neutrones lentos tienen mucho mejor rendimiento para producirla. Por ello, el MODERADOR, lo que hace realmente es promover la reacción en cadena, y no controlarla ni frenarla. Para eso están las BARRAS DE CONTROL, que contienen elementos como el boro o el cadmio, que capturan los neutrones. Esas sí que controlan la reacción. Pero son cosas muy distintas, y -desde luego- las ‘barras de grafito’ que cita un comentario, simplemente no existen…

  11. Sola añadir, a mi comentario anterior, que en los reactores de Fukushima, el líquido de trabajo es a la vez el moderador (agua ligera) y las barras de control contienen (creo recordar) carburo de boro.

  12. Muy bien explicado, felicidades.

    Un pequeño detalle, al final, dices que al llegar a la capa freática, la masa fundida libera su radiactividad. No explicas que al sublimarse por el calor de la masa fundida, el agua suberranea escapa en forma de vapor, portando partículas radiactivas difundiendolas por la atmosfera.

    Cuando Chernobil se detectó en analisis de orina en Valencia elementos radioactivos de Chernobil.

  13. Un comentario excelente en cuanto al contenido y conocimiento del que explica pero que, al igual que otros que he leido, se queda en la parte que a todos más nos interesa¿Es posible el supuesto del síndrome de China?. Porque el accidente no ha quedado solventado. Si fuera cada vez a peor ¿Qué podria pasar en el peor de los casos?Pero algo objetivo, real y científico, aunque en la práctica sea muy improbable que ocurra creo que todos tenemos derecho a saber que en el supuesto de que lo improbable llegara a ocurrir ¿Hasta donde podría llegar si se perdiera totalmente el control y campara a sus anchas el reactor o lo que quede de él?.Porque en TODOS los comentarios que he leido, algunos documentadísimos, se dice.No es probable vaya a más, pero NADIE, NADIE ha dicho ¡¡HASTA DONDE PUEDE LLEGAR!! ¿Cuales son las consecuencias mas graves a las que puede dar lugar un accidente en una central nuclear en el peor de los casos? Por muy improbable o dificil que sea, pero pregunto por consecuencias QUE PODRIAN LLEGAR A DARSE no por consecuencias que NUNCA podrian darse por muy mal que fueran las cosas, pues esas, creo, que a nadie le interesan.

  14. Hoy, 8 de junio, las cosas están aun peor. Yo también quiero saber lo que pasaría en el peor de todos los escenarios. Muy buen artículo.

  15. El pproblema es de máxima gravedad para la sociedad humana. A pesar de que la industria nuclear aporta menos del 20% a la producción eléctrica munndail y menos del 3% en ALyC .prosiguen estas construcciones. Y el caso nipón no es un accidente más. En EEUU en 1979 se tardó 10 años en desnontar la planta y no se «conocen» las víctimas humanas. En Ucrania en 1986 era su zona agrícola y transcurridos 28 años siguen los problemas y su limpieza se estima en 40 años (ya habrá tiempo para posponerla) Pero Fukushima se encuentra a 150 Km. de la megaciudad más poblada del planeta, y la catástrofe sigue irresuelta. Es tiempo de evaluar semejantes externalidades

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Por Arturo Quirantes, publicado el 13 marzo, 2011
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