Explosión en la Central Nuclear de Fukushima

Las explosiones en la central nuclear de Fukushima son consecuencia de las dificultades para refrigerar el reactor nuclear, después que los terremotos y el tsunami causaran daños en la central. Hay que tener en cuenta que una central nuclear nunca puede explotar como una bomba atómica.¿ Que es lo que explota entonces?. Ref: central nuclear, edificio de contención, seguridad nuclear.

   

Esquema Central Nuclear BWR

  

A las centrales nucleares se les exige disponer de instalaciones capaces de retener, en caso de que ocurra el máximo accidente previsible, los productos de fisión y gases radioactivos que puedan quedar en libertad. Para evitar este riesgo, las centrales nucleares se construyen siguiendo los principios de máxima seguridad en el diseño, la construcción y la operación.

La primera condición de seguridad viene impuesta por el propio diseño del reactor, de manera que se pueda frenar una reacción de fisión en cadena incontrolada. La segunda condición está constituida por las barreras físicas, en los sistemas de protección y control y los sistemas auxiliares.

Las  barreras físicas de seguridad protegen al reactor impidiendo el escape de radiación y de productos radioactivos a la atmosfera. Están formados por:

  • El combustible nuclear: material cerámico que retiene gran cantidad de productos de fisión, para que no escapen a las varillas  donde se encuentran las pastillas de combustible.
  • Varillas de combustible: es donde se encuentran las pastillas de combustible, evitan que los productos de fisión pasen al refrigerante del núcleo del reactor y están construidas de zirconio.
  • Circuito primario de refrigeración: Está formado por la vasija del reactor, las bombas de circulación del refrigerante, los generadores de vapor, y el presionador, en el caso de una central nuclear de agua a presión, y la vasija del reactor y las bombas de circulación, en el caso de una central de agua en ebullición.
  • Recinto de contención: Construido de hormigón recubierto de chapa de acero o de hormigón armado o pretensado, son capaces de soportar grandes presiones e impactos.

Una Central Nuclear funciona como una olla a presión, solo que la fuente de calor se encuentra dentro de la olla. La fuente de calor es la fisión nuclear y hay que mantenerla refrigerada constantemente para evitar un aumento brusco de la temperatura del reactor nuclear. Los circuitos de refrigeración son los encargados de extraer el calor sobrante.

Si los circuitos de refrigeración fallan, la temperatura en el interior del reactor empieza a subir al mismo tiempo que aumenta la presión del agua en contacto con el reactor. Entonces para disminuir esta presión se libera el vapor de agua al interior del edificio de contención.

El edificio de contención se mantiene a una presión menor que la atmosférica. La presión atmosférica es de unos 1000 hPa (hecto Pascales, que son 100 Pascales) y la presión en el interior en condiciones normales de funcionamiento se mantiene a unos 400hPa. Cuidado con las unidades porque he leído en algunos lugares que confunden la unidad de hPa (hectoPascal) con la de kPa (kiloPascal).

Cuando la presión en el interior aumenta demasiado, en la central nuclear de Fukushima subió hasta los 850 hPa, entonces hay que abrir las válvulas del recinto de contención y liberar vapor radioactivo a la atmosfera, no hay otra solución, pasa por unos filtros pero siempre se cuela algo de radiación a la atmosfera. Por eso es aconsejable desalojar las poblaciones cercanas a la central nuclear.

Si no se consigue enfriar el reactor, este se queda sin agua y empieza a fundirse el combustible nuclear. Cuidado otra vez,  no confundir fundir en el sentido de fundir hielo a agua, a fundir en el sentido de fusión nuclear, no tiene nada que ver una palabra con la otra. Aquí fundir el combustible nuclear (óxido de uranio) quiere decir que pasara del estado sólido al estado líquido o más bien pastoso, como lava a unos 1800 grados centígrados. El edificio de contención está preparado para absorber el escape radioactivo de la fusión del núcleo y la posible explosión, como sucedió en la Central Nuclear de Harrisburg el 28 de marzo de 1979. En contra, la Central Nuclear de Chernóbil no tenía edificio de contención.

Hay que tener en cuenta que el oxido de uranio no explota, lo que produce la explosión es el zirconio de las varillas de combustible. El zirconio al fundirse reacciona con el agua generando una burbuja de hidrogeno, que a la elevada presión provoca una fuerte explosión. Y esta explosión queda contenida dentro del edificio de contención (su nombre lo indica). Lo peligroso es que hay que liberar más vapor y gases radioactivos a la atmosfera, para evitar un aumento de la presión en el interior de la central y que estos materiales radioactivos se liberen de golpe en grandes concentraciones.

La estructura del edificio de contención esta estudiada para soportar el impacto de un Boeing 767-400 de 200 Toneladas a una velocidad de 560 km/h. La vasija que contiene el reactor está construida de acero entre 10 y 20 cm de espesor. El pedestal donde descansa el reactor está construido en hormigón de 1.6 m de grosor con revestimiento de acero de 2.5 cm de  grosor dentro y fuera. Las paredes del edificio exterior están hechas de hormigón de 1 metro de grosor, armado con varillas de acero de 6.5 cm de diámetro, con una separación de 13 cm entre cada varilla.

Por ahora hay que esperar si se produce la fusión del núcleo y si sucede si aguantará el edificio de contención. Los cálculos dicen que si, la realidad…

 

Acerca de Carles Paul

Licenciado en Ciencias Físicas por la Universidad de Barcelona, Master en Física y Matemática Aplicada por la Universidad Politécnica de Cataluña y Master en Historia de la Ciencia por la Universidad Autónoma de Barcelona. Técnico Experto Evaluador Europeo. Profesor titulado de física y matemáticas de la Politècnica de Mataró, des de 1991. Director Científico de Innovem.
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8 respuestas a Explosión en la Central Nuclear de Fukushima

  1. Secun dijo:

    Buena y comprensible información. Gracias

  2. salvador dijo:

    Hola Carles

  3. salvador dijo:

    Hola Carles
    La central va aguantar però el sunami va destuir els sistemes de refrigeracio es aixo?
    La central nomes es pot refrigerar amb aigua?
    Ho estan fem amb aigua salada. Quedaran tots els grups inservibles?
    Aixi tot depen que aguanti els sistemes de contenció?
    Un Futur una mica negre per la zona de la central?
    quines alternatives energetiques tenin?
    per continuar vivim com vivim?
    vent,marees,fotovoltaica,hidroelectrica
    Quina tecnologia tenin en magatzemar energia electrica en grans quantitats?
    Salva
    gracies carles

  4. Carles Paul dijo:

    Hola Salvador

    La veritat es que al Japó no es tenien que haver construït tantes centrals nuclears, n’hi ha 51, ja que es zona d’alt risc de terratrèmols, com a Califòrnia. Però per la necessitat energètica es van construir i dissenyar per aguantar forts terratrèmols, al igual que els seus edificis.

    Es difícil saber que va passar i que esta passant, per saber-ho el millor es els següent enllaç en angles: http://www.world-nuclear-news.org/

    Però el que sembla es que van fallar els sistemes secundaris de refrigeració a conseqüència del tsunami. Es pot refredar amb tot el que es pugui per baixar la temperatura del reactor, l’aigua de mar es a la desesperada, l’últim intent. Si això falla, ja no queda res mes que esperar la fusió del reactor i que el edifici contenidor suporti l’escalfor i no es fongui tampoc. El nivell de radiació dins la central es altament perillós i no s’hi pot treballar massa estona. Per això s’evacua a tota la població entorn de 30 km de la central. A fora de la central els nivells son alts però mentre aguanti el mur de formigó armat la situació no anirà en augment. Que crec que es el que passarà?, segurament hi haurà fusió del reactor número 2, però l’edifici contenidor aguantarà.

    Evidentment la zona propera a la central quedarà altament contaminada radioactivament i al central ja no serà operativa mai mes.

    Et contesto les altres en un post, el tema energia es força delicat.

    Carles

  5. astroelectronica dijo:

    Hola Carles, soy Nacho.

    Hay algo que me llama la atención de todo esto. El escudo que envuelve la vasija está hecha de acero. Supongo que será algún tipo de acero refractario para aguantar la temperatura. Lo que me sorprende es que no se haga de plomo. Según parece, todo elemento químico radiactivo al final de su vida, es decir cuando está estable, acaba convirtiéndose en plomo. En la tabla periódica el último elemento no radiactivo es el plomo. A partir de este todos son radiactivos. Incluso las protecciones contra radiaciones suelen ser de plomo. El único motivo que me encaja por el cual el escudo no es de plomo es que funde a una temperatura más baja que el acero, lo cual no lo hace apto para la aplicación.

    Otra cosa que me he preguntado a mí mismo es cual es el motivo por el que las centrales nucleares no están bajo tierra. Por lo menos la parte del núcleo reactor. Pienso que serían más seguras en caso de fugas. Pero si no se ha hecho hasta ahora debe ser por alguna razón.

    Ya por último, me pregunto como hacen para hacer el cambio de las barras de combustibles gastadas por otras nuevas. Tienen que abrir el núcleo y este ha de estar parado, aunque el nivel de radiación también será muy alto.

    Me pregunto muchas cosas más, como por ejemplo cómo llevan las barras de combustible hasta la central, en qué tipo de transporte. Si estas barras están frías e inertes cuando las transportan o son peligrosas y reactivas aun así. Cómo arrancan el proceso de fisión y cómo lo paran, etc… Ya digo que me pregunto muchas cosas, pero no es cuestión abusar.

    Por cierto en el observatorio de Tiana se ha publicado un libro con el trabajo de campo hecho por nuestra agrupación astronómica. Ya le pasaré datos.

    Un abrazo!!!!!

  6. Pedro Vargas dijo:

    Muchas personas que somos de los 70 y 80 vimos una pelicula llamada el Sindrome China anexo sipnosis. Si no se para la reaccion del nucleo de uranio y se queda sin agua empieza a fundir todo a su alrededor y empezaria hacer un ahujero hacia el centro de la tierra y este chocaria con el nucleo terrestre, pero nadie dice que pasaria si llegara hasta esos lugares, si estoy en un error de lo que estoy diciendo por favor corrijanme, si estoy en lo cierto como le van hacer para que no llegue.

    Kimberly Wells es una atractiva reportera de televisión que se ocupa habitualmente de noticias intrascendentes. Su cámara es Richard Adams, un joven de carácter rebelde. Un día, el equipo filma casualmente un incidente en una central nuclear.

  7. Carles Paul dijo:

    Hola Nacho, te contesto mas tarde,son muchas preguntas…

    Apreciado Pedro,

    Yo también vi la película, soy un fan de Jack Lemmon, pero es solo una película.
    Por supuesto el núcleo puede fusionarse, esto es decir, el óxido de uranio en estado sólido puede llegar a estado “líquido” si la temperatura llega a unos 1800 grados centígrados. Por esto es importantísimo ir refrigerando el reactor nuclear, para que no cambie de estado.

    Supongamos que la refrigeración falla y el material de uranio se funde, en principio el edificio de contención tendría que aguantar y evitar la perforación del suelo. Suponiendo que también falla esta contención, entonces irremediablemente el uranio fundido llegaría al suelo terrestre. En este caso, dependiendo del tipo de suelo seguiría fundiéndose unos metros más hacia abajo. El problema en este caso es la radiación que desprendería a la atmosfera y en caso que llegase a un rio subterráneo, estas partículas radioactivas podrían filtrarse en el consumo de agua. Este es verdadero peligro de la fusión del núcleo.

    Bajo ningún concepto podría alcanzar al centro de la Tierra, piensa que en todo caso llegaría al magma y allí terminaría fundiéndose junto con sus compañeros radioactivos. El magma está caliente justamente por la radiación natural del interior de la Tierra.

    Puedes ver la radiación en esta web, que supongo iran manteniendo a lo largo del tiempo

    http://www.targetmap.com/viewer.aspx?reportId=4870

  8. plazaeme dijo:

    Hola a todos.

    Para más info, Manuel Fernández Ordoñez mantiene un resumen muy bueno de actualidad en Twitter:

    http://twitter.com/#!/fdezordonez

    Y unas explicaciones más completas en su blog:

    http://www.fernandez-ordonez.net/

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