16 marzo 2011

Sobre mitos y leyendas urbanas acerca de la energía nuclear (y 2)

Continúo y finalizo aquí lo que empecé en la anterior entrada acerca de dos grandes mitos que, desde el punto de vista de la física, que no de la ingeniería, existen sobre la energía nuclear.

2

Chernóbil no fue una mera fusión del núcleo que atraviesa las paredes del reactor.

2.1

Antes que nada, vamos a retomar la historia donde la dejamos en el segundo párrafo del punto 1.4, en la anterior entrada. Ya vimos allí que, por muy cruda que se ponga la cosa, incluso destruyendo a propósito completamente el edifico que alberga el reactor, no se puede producir la reacción en cadena incontrolada que produce una explosión nuclear. La reacción, o funciona de forma controlada o no funciona –de la misma manera que si enciendes el fuego de la chimenea, la habitación se va a calentar y nunca a enfriar, son hechos de la naturaleza-.

Ahora bien, eso no quiere decir que el funcionamiento de un reactor no esté exento de otros riesgos. Las reacciones nucleares liberan mucha energía, gran parte de ella en forma de calor, de hecho este es el principio de uso: generar calor para calentar agua y mover unas turbinas que generan electricidad al pasar vapor de agua a través de ellas. Este calor podría llegar a subir la temperatura del propio combustible nuclear hasta el punto de fundirlo. Obviamente, esto no ocurre porque el núcleo está continuamente refrigerado para mantener la temperatura a un nivel suficiente para mover las turbinas generadoras de electricidad, pero muy por debajo de las temperaturas de fusión de los materiales que forman el combustible nuclear. De hecho, el núcleo del reactor de las centrales típicas que tenemos instaladas no es más que una olla a presión con unos rescoldos dentro –el combustible nuclear- que, a grandes rasgos –me estoy dejando muchos detalles pero tampoco es relevante para lo que quiero explicar, ver este video para tener una explicación más detallada-, y lleno de agua –y vapor en la parte superior- que hace a la vez de moderador, refrigerante y transmisor del calor generado por el combustible nuclear.

2.2

El caso es que, incluso una vez detenidas tanto la reacción en cadena controlada, sigue existiendo una fuente de calor y el núcleo debe seguir estando refrigerado para evitar que la temperatura que se alcanza funda el material combustible. Esta fuente de calor no proviene de la reacción en cadena del U-235, sino de la desintegración radiactiva de nuevos elementos atómicos que se han formado como resultado de los productos de la fisión del U-235 y de la activación de otros elementos cuando hacen prisioneros algunos neutrones resultados de la fisión del U-235 –ya hemos visto que uno es el U-238, pero hay otros, como por ejemplo la propia agua, pero que no nos importa el detalle-.

La cuestión es que muchos de estos nuevos átomos tienen núcleos inestables que se desintegran en otros nuevos, generando el calor adicional que hemos comentado y las partículas radiactivas –que es lo que puede resultar nocivo para la salud-, que no son más que fotones (luz), electrones (lo que se mueve por los cables eléctricos), neutrones (ya los conocemos) y algo un poco más complejo, todo de muy alta energía. Ni que decir tiene que toda esta radiación no llega a traspasar siquiera la olla a presión que hemos comentado.

2.3

Ya estamos en condiciones, pues, de definir qué es un accidente de fusión del núcleo –el núcleo es todo el conglomerado que forma el combustible nuclear, no confundir con el núcleo atómico-. Una vez estando parada la central –cese de las reacciones en cadena controladas-, si ocurre algo que impide refrigerar el núcleo, su temperatura comenzará a subir hasta que finalmente fundirá el núcleo, se hará líquido y se depositará en el fondo de la olla a presión hecho un desastre y quedando inutilizable –este otro vídeo ofrece una descripción muy buena-. La olla a presión está diseñada para soportar las temperaturas que pueda alcanzar, pera aquí ya entramos en el mundo de las limitaciones ingenieriles –en la práctica- y no físicas, y no es mi pretensión meterme en ese terreno.

Además, durante el proceso de enfriamiento del núcleo, pueden ocurrir cosas que obliguen a expulsar de forma controlada vapor de agua que había estado dentro de la olla a presión al exterior, pudiendo contener este vapor algún resto radiactivo gaseoso, aunque en cantidades mínimas. Estas cosas son el resultado de una subida de presión en el edificio de contención –una última barrera de seguridad para evitar la salida de radiación al exterior, en las fotos que se ven del accidente japonés son las casetas rectangulares- debida a un alivio previo de presión en la olla o a vertidos de agua de refrigeración dentro del edifico de contención.

El accidente paradigmático de este tipo hasta ahora había sido el de Three Mile Island en Harrisburg en 1979. Hubo una pérdida parcial de refrigerante y una fusión, también parcial –sólo quedó sin refrigerar una parte del núcleo- del núcleo, aunque parte del agua refrigerante con gases radiactivos cayó al suelo del edifico de contención y, debido al aumento de presión, se tuvo que liberar parte al exterior. La radiación que salió al exterior fue muy pequeña, según cuenta Richard Muller en el libro que recomendaba al principio de la entrada anterior, el número de cánceres adicionales previstos para años siguientes como consecuencia del escape voluntario es de uno.

2.4

Todo parece indicar que en el accidente de Fukushima I, en Japón, que estamos viviendo estos días está ocurriendo algo parecido al de Three Mile Island, si no peor. Han sido tres reactores –de los seis que posee- los que estaban en funcionamiento, y se quedaron sin el mecanismo de refrigeración después del tsunami que azotó la planta al dejar inutilizados los generadores de electricidad auxiliares que mantienen en marcha el circuito de refrigeración de los reactores –y de las piscinas de contención del combustible utilizado- de la planta. Esto ha hecho que hayan recurrido al agua del mar para, no sé cómo –cuando acabe todo esto, ya sabremos por las que pasaron los que allí estuvieron para mitigar lo máximo posible las consecuencias del accidente-, mantener refrigerados todos los elementos de la central que lo necesitan.

En este accidente hemos asistido a otros efectos que no habían ocurrido en Three Mile Island: las explosiones de hidrógeno. Ese vapor de agua que hemos comentado antes que hay evacuar del edificio de contención si supera cierto límite de presión, se encuentra a alta temperatura de manera que puede que, incluso, las moléculas de agua se disocien en sus componentes de hidrógeno y oxígeno. El gas hidrógeno, a partir de cierta concentración, puede encenderse en contacto del aire –esto es, al salir al exterior- sin necesidad de mechero. Es difícil que estas explosiones dañen el edificio de contención –aunque ya veremos lo que finalmente ha pasado aquí-, y sobre todo la olla a presión, por lo que no tiene por qué haber radiación adicional a la liberada con los escapes voluntarios.

2.5

Nada de todo esto ocurrió en Chernóbil en 1986. La mejor explicación que he visto de lo que ocurrió allí la encontré en el libro de Muller que ya he citado varias veces. Como ya dije al final de 1.3, en la anterior entrada, los reactores de aquella centran utilizaban grafito como moderador –ver 1.3- en vez de agua. El refrigerante sigue siendo agua.

Como decíamos en 1.3, el moderador ralentiza los neutrones que se producen tras la fisión del U-235, y se diseña de tal forma que, en promedio, uno de da cada dos pueden ser hechos prisioneros por el U-238, permitiendo así una reacción en cadena con neutrones “lentos” controlada –ver 1.3-. Pues bien, debido a un error de fabricación, el reactor de Chernóbil tenía lo que se conoce como un “coeficiente de temperatura positivo”. En román paladino, esto quiere decir que ¡la tasa de reacción en cadena aumenta con la temperatura! Es decir, si la temperatura del núcleo aumenta más de lo normal, pasamos de una reacción en cadena controlada a una incontrolada.

Según cuenta Muller, durante un experimento que estaban haciendo con el reactor se les descontroló la reacción en cadena, subió la temperatura, entro en ebullición el agua de refrigeración, al no haber refrigeración, el reactor se calentó aún más y, a mayor temperatura, mas descontrolada estaba la reacción, llegó un momento en que el grafito comenzó a arder ,y finalmente la reacción incontrolada en curso con neutrones lentos provocó una explosión convencional antes de consumarse como explosión nuclear –ya sabemos que con neutrones neutros no se puede provocar una reacción en cadena incontrolada-. Para colmo, el reactor ¡no tenía edificio de contención! Así que la explosión diseminó por el exterior, no sólo gases radiactivos, sino materiales sólidos radiactivos. Sería como una gran bomba sucia.

Así pues, una fusión del núcleo de nuestros reactores no puede provocar un accidente del tipo del que ocurrió en Chernóbil. Físicamente son dos cosas totalmente distintas.

2.6

Para finalizar, voy hablar de otra aseveración errónea que he leído hoy: “las autoridades están repartiendo pastillas de yodo para prevenir la radiación”. Desde luego que si nos tomamos un frasco de yoduro de potasio a lo Popeye y luego nos damos una ducha radiactiva, vamos a quedar fritos igualmente. El yodo común que se recomienda en casos de haber estado expuesto a gases radiactivos, no es para combatir los efectos de la radiación que estos producen, sino los efectos de la inhalación de un primo hermano –isótopo, ver 1.1- suyo muy radiactivo.

Hay que distinguir entre partículas radiactivas y radiación –ver 2.2-. Lo realmente peligroso para la salud es la radiación porque puede provocar, o no –esto es una cuestión de azar absoluto- mutaciones en los genes que controlan el crecimiento celular y, por ende, la posibilidad de un cáncer. La probabilidad de desarrollar un cáncer con el tiempo depende de la dosis recibida –si se recibe una dosis muy alta en un corto intervalo de tiempo, entonces el daño producido en el cuerpo es tan grande que éste ya no se recupera, el sistema inmunológico se viene abajo y provoca la muerte en pocos días-.

El asunto del yodo es que nuestro cuerpo lo necesita para desarrollar ciertas hormonas, así que todo el que capta lo concentra en la glándula tiroides. El yodo es un elemento que también tiene primos isótopos, más de 30, pero nos interesan sólo dos: el más abundante y que ingerimos en nuestras comidas –vamos a llamarle I-127-, y uno que se produce como un subproducto de las reacciones nucleares que se producen en una central –vamos a llamarle I-131-. El I-131 es bastante radiactivo porque se desintegra en un plazo de tiempo muy corto –después de 8 días queda la mitad y así sucesivamente-, entonces no es lo mismo escupir toda la radiación a lo largo de mucho tiempo que de poco. Lo peligroso del I-131 no es tenerlo al lado, sino inhalarlo y que acabe parando en la glándula tiroides, porque esta no va a distinguir entre él y el bueno, que es el I-127. Y no es lo mismo verlo pasar en una nube que tenerlo ahí en el tiroides bombardeando con radiación todo lo que tiene alrededor.

Por eso el remedio de las pastillas de yodo es saturar la glándula con el inocuo para que ya no acepte más yodo de cualquier tipo, en particular el I-131. Curiosamente el I-131 también se utiliza para curar enfermedades como el hipertiroidismo y el propio cáncer de tiroides que provoca –pero eso es otra historia-.

Afortunadamente, dada su corta vida, el yodo radiactivo es un peligro muy pasajero, además de prevenible en sus efectos.