13 marzo 2011

Sobre mitos y leyendas urbanas acerca de la energía nuclear (1)

Son días estos en los que ver los informativos de la televisión o leer la prensa puede provocar nauseas en el mejor de los casos. Pero la razón que ha impulsado la escritura de esta entrada no es el pan y circo mediático que se ha levantado alrededor del reciente terremoto producido en la costa noreste de la principal isla japonesa. El motivo es el accidente o, según las últimas informaciones, accidentes que ha provocado en centrales nucleares localizadas en la zona.

Que conste que, a estas alturas de mi deambular por la vida, no me sorprende en absoluto la constante e impune falta de rigor de los medios informativos a la hora de abordar temas científicos y tecnológicos –la letanía ya es vieja. Pero, en este caso, el de la energía nuclear, debido a que es un tema que, por otras razones, viene ocupando durante bastante tiempo la degradante atención de los medios de comunicación, he decidido aportar mi granito de arena a tan incómodo asunto, a pesar de estar totalmente al margen de la temática de este blog.

También porque no veo, o no encuentro, explicaciones más o menos populares sobre los aspectos relevantes y objetivos del asunto. Bueno, salvo en este libro. Aunque, dadas las características de nuestra sociedad actual, no creo que sea uno de esos libros que vayan a ser leídos por un público amplio, y mucho menos, desgraciadamente, por aquellos a quienes, según reza su título, va en principio dirigido. Tampoco es que mi blog será nunca un “Best Read” pero, hasta donde llegue, vamos allá.

Por ejemplo, (1) leo aquí que “El Gobierno lucha por evitar una explosión nuclear descontrolada”, o (2) acá que “¿Qué pasa en una fusión de núcleo? (…) En el estadio final el núcleo fundido sobrepasa las paredes del reactor y el material radioactivo sale al exterior, como ocurrió en el accidente mayor hasta ahora de la historia, el de Chernóbil en 1986”. Estas dos aserciones, por lo demás erróneas, pueden servir de excusa para descubrir los entresijos del funcionamiento de una central nuclear. Veamos la primera en esta entrada y dejamos la segunda para una continuación en otra entrada.

1

Una central nuclear no puede explotar como una bomba atómica

1.1

Una explosión nuclear, del tipo que produce una bomba atómica, requiere de una reacción en cadena incontrolada. Una reacción en cadena es un fenómeno similar al de la propagación de una infección vírica. Supongamos que una persona infectada con el virus de la gripe puede transmitir la infección a otras dos personas, y así sucesivamente. Las 2 personas infectan a otras 4, las 4 a otras 8, las 8 a otras 16, 32, 64, y en poco tiempo, de forma descontrolada, gran parte de la población está infectada.

Pues bien, dado que:

  1. El Uranio natural está formado en realidad por dos primos hermanos, denominados isótopos, llamados U-238 presente en un 99,3% y el U-235 en un 0,7%.
  2. De los dos primos, sólo el U-235 es el que realmente se fisiona –divide- al chocar con él un neutrón y puede producir, por tanto, una reacción en cadena.
  3. Para complicar las cosas, el U-238 no sólo no se fisiona sino que le roba a su primo, el U-235, los neutrones que necesitaría para proseguir con una reacción en cadena.

Resulta que con Uranio natural no se puede producir una explosión nuclear. Aunque se consiga una primera fisión de un átomo de U-235, parte de los neutrones resultado de su fisión serían capturados y hechos prisioneros por el U-238 y, al cabo de muy pocos pasos en la cadena, la reacción se detendría. Pólvora nuclear mojada.

1.2

Lo ideal sería tener Uranio del tipo U-235 puro, pero eso no existe en la naturaleza –la Tierra, al menos-. Por tanto, la única posibilidad de obtener una reacción en cadena incontrolada con Uranio es disminuir el porcentaje del primo díscolo o contaminante, el U-238, y aumentar el porcentaje del primo fisionable, el U-235. A este proceso se lo conoce como enriquecimiento del Uranio. El nivel de enriquecimiento del Uranio utilizado para provocar explosiones nucleares suele ser del orden del 85% de U-235 o superior, y se lo conoce como Uranio de nivel de armas. Un enriquecimiento de este nivel no es sencillo de obtener desde un punto de vista tecnológico, y menos aún mantenerlo en secreto, si no preguntad a los iraneses o norcoreanos.

Por el contrario, el Uranio utilizado en los reactores nucleares posee entre un 3% y un 5% de U-235, y se denomina Uranio de nivel de reactor. Un nivel extremadamente bajo como para conseguir una reacción en cadena. Es decir, con el Uranio utilizado en las centrales nucleares tampoco se puede producir una explosión nuclear. Entonces, ¿cómo se producen las reacciones en los reactores nucleares?

1.3

Pues de forma incontrolada no se podrá, como hemos visto –además, no deja de ser una muy buena noticia para los fines y seguridad de un reactor nuclear-. Pero de forma controlada –sin explosión nuclear-, vaya la casualidad, sí. De hecho, el primer reactor nuclear se construyó antes que la bomba y, además, funcionó con Uranio natural sin enriquecer. La clave la encontramos nuevamente en el primo díscolo o contaminante U-238. Porque hay algo que no hemos contado aún:

  1. El U-238 puede capturar neutrones y hacerlos prisioneros hasta cierto punto. Si conseguimos recudir la velocidad de los neutrones por debajo de cierto umbral, el U-238 ya no puede hacerlos prisioneros y simplemente rebotan.

Esta característica del U-238 la descubrió Fermi, y lo que hizo para construir su pequeño y pionero reactor fue ensamblar el Uranio con Grafito –con lo que están hechas las minas de los lápices-. El Grafito es lo que hacía que los neutrones perdieran velocidad hasta tal punto que sólo la mitad de ellos eran hechos prisioneros por el U-238. Esto deja, en primer lugar, un número suficiente de neutrones disponibles para que puedan chocar con átomos de U-235, fisionarlos y mantener la reacción en cadena viva. En segundo lugar, si de cada fisión de un átomo de U-235 se producen dos neutrones “rápidos” disponibles para nuevas fisiones, y el Grafito los ralentiza hasta el punto que el primo U-238 sólo puede hacer prisioneros a la mitad, solamente nos queda un neutrón “lento” disponible para fisionar otro átomo de U-235. De esta manera la reacción en cadena prosigue desintegrándose un átomo sólo después de otro y no de forma exponencial como antes. Esto último es lo que se conoce como reacción en cadena controlada.

El material que se pone para ralentizar los neutrones se llama moderador. El grafito, por ejemplo es el que utilizaba la tristemente famosa central de Chernóbil, de la que nos ocupamos en la continuación de esta entrada doble. En cambio, las centrales construidas en Estados Unidos, Europa y Japón suelen utilizar el agua como moderador. Sí, el agua también es buena para esto. De hecho, a diferencia del Grafito, es capaz de absorber algunos neutrones como lo hace el U-238 –pero eso es otra historia no relevante para lo que nos ocupa-.

1.4

Así pues, la conclusión inevitable de todo esto es que una central nuclear no puede explotar como una bomba atómica, por mucho que nos empeñemos. Porque, después de todo, las condiciones que se tienen que dar para poder, al menos, fisionar el combustible son totalmente incompatibles con las que pueden provocar una reacción en cadena incontrolada y la consiguiente explosión nuclear. Esto es así hasta tal punto que cualquier tipo de accidente que pueda ocurrir en la central tiene como consecuencia inevitable que cese la fisión del U-235.

Por ejemplo, ¿qué pasa si, por la razón que sea, desaparece el moderador? Si no hay moderador, todos los neutrones son “rápidos” y acaban siendo capturados y hechos prisioneros por el U-238, por lo que las reacciones de fisión del U-235 cesan. Esto no quiere decir que el peligro haya desaparecido, pero la explosión nuclear queda automáticamente descartada. De lo que viene a partir de esta situación, nos ocuparemos en la segunda parte -la continuación de esta entrada-.

Vale, la reacción en cadena incontrolada con neutrones “rápidos” no moderados es imposible, pero ¿qué hay de una reacción en cadena incontrolada con neutrones “lentos” moderados? ¿Es eso posible? ¿Qué ocurre si el moderador, por la razón que sea, ralentiza todos los neutrones de manera que estén disponibles para que, aunque moderada, puedan producir una reacción en cadena del U-235? Bien, para sorpresa de muchos, esto es lo que realmente ocurrió en la central de Chernóbil, y no una fusión del núcleo del reactor –en la segunda parte nos ocupamos de esto- como se dice en uno de los artículos citados al inicio de esta entrada. Y no hubo ninguna explosión nuclear. Y no la hubo porque también es imposible en esas condiciones. En este tipo de reacción incontrolada se produce antes una explosión convencional que tiempo tienen los neutrones “lentos” moderados de fisionar todo el U-235 disponible. Esta explosión destroza el reactor y detiene automáticamente la reacción en cadena.

Una central nuclear puede entrañar ciertos peligros, pero desde luego entre ellos no se encuentra el de una explosión nuclear.

Continuará en una segunda entrada.