Fukushima: desafío de la era atómica

Cuatro cubanos doctores en Ciencias Técnicas y expertos en seguridad y riesgos analizan el accidente en la planta electronuclear de Japón y sus implicaciones futuras

Autores:

Marianela Martín González
Amaury E. del Valle

El terremoto que días atrás azotó a Japón adquirió características de cataclismo de elevadísima intensidad. Su potencia correspondería más bien a los eventos que se sucedían en los inicios de la formación de la Tierra.

Fue capaz de cambiar el eje de rotación del planeta y la duración del día, generó olas de más de diez metros y cientos de réplicas sísmicas de gran magnitud e hizo erupcionar volcanes cercanos al epicentro. Es un evento muy serio que reta tecnológicamente la capacidad de controlar sus impactos.

Como consecuencia de sus dimensiones, que lo catalogan como el quinto en severidad a nivel mundial, la central electronuclear de Fukushima dejó de funcionar. Se detuvieron, por el tsunami provocado por el mismo sismo, los generadores diésel que alimentan al sistema de refrigeración de emergencia, que posibilita la circulación del agua por los reactores en estas circunstancias.

A pesar de responder de acuerdo con los parámetros y las normas técnicas para las cuales fue prevista, la realidad demostró que la central nuclear no estaba diseñada para soportar casi simultáneamente un sismo de 9 grados en la escala de Richter un tsunami con olas de diez metros y un aislamiento prolongado de la planta de la red eléctrica.

Para explicar lo ocurrido, expertos de la Facultad de Ciencias y Tecnología Nucleares (FCTN) consultados por JR afirman que poco después del terremoto y el tsunami, al desconectarse los reactores automáticamente y fallar la refrigeración de emergencia a sus respectivos núcleos, comenzó a subir la presión dentro de los mismos. Como acción emergente de protección se activaron válvulas de alivio y se liberó vapor al edificio de contención.

«Lo peor que puede suceder es que se fusione el combustible. Eso pasaría si se quedara sin agua el reactor. Entonces la temperatura llegaría a niveles superiores a los 2 200 grados centígrados y se formaría una especie de mezcla metálica con materiales de construcción. Pero si la barrera de contención está bien, no tiene por qué haber un escape radiactivo», acota el máster en Ciencias Manuel Perdomo Ojeda, ingeniero en Energética Nuclear y profesor de Seguridad en Instalaciones Nucleares.

Aunque los entrevistados consideran que la información ofrecida por algunos medios es bastante sensacionalista, reconocen que hubo varias explosiones, «pero todo indica que fue de humo blanco, lo que sugiere que se trató de hidrógeno y como se produjeron fuera de los edificios de contención, no serían tan graves».

El Doctor Antonio Torres Valle, especialista en Análisis de Riesgo, considera que la embestida de los referidos fenómenos naturales supera ampliamente las bases de diseño para las que fue construida la planta nuclear de Fukushima. «En esas condiciones yo diría que prácticamente ninguna tecnología es capaz de resistir eventos de ese tipo».

Estima que la tecnología nuclear tiene en su contra que a pesar de que la planta se pare automáticamente o de forma manual, se sigue generando calor, y por tanto es necesario seguir enfriando el núcleo.

«Hay un grupo de sistemas que debieron haber resistido el evento (sismo y maremoto) y no lo hicieron, porque la planta nuclear se prepara para resistir conservadoramente un nivel de sismo estimado según los registros históricos de terremotos, que no es otra cosa que el acopio de información durante cientos de años de las magnitudes de temblores ocurridos en la zona, los cuales indicaban que un fenómeno de esa intensidad no se esperaba».

Análisis preliminares

En el momento en que ocurre el accidente había en Fukushima tres reactores funcionando: el 1, el 2 y el 3. El 4 tenía su zona activa o núcleo vacío y se encontraba completamente dispuesto en una piscina de decaimiento. Los reactores 5 y 6 estaban apagados y estables.

«En esas condiciones ocurre el terremoto que tanto ha conmovido al mundo, porque dejó más de 10 000 desaparecidos y más de 6 000 muertos. Este evento tuvo la característica de que dada la cercanía a la costa (ocurrió a solo 130 kilómetros mar adentro), se acompañó de un tsunami con olas de diez metros, para las cuales tampoco estaba diseñada la planta», señala el Doctor Antonio Torres Valle.

El experto apunta que todas las barreras previstas para que el tsunami no sobrepasara la central fueron vulneradas y se inundó el emplazamiento, provocando daños adicionales a los ocasionados por el terremoto, los cuales alcanzaron a equipos que no debieron ser afectados nunca.

«Se perdió la energía eléctrica de la red y ocurrió la parada automática de todos los reactores, lo cual es ya una demostración favorable de la capacidad tecnológica de la instalación, pues resistió los embates de un sismo superior a las bases de su diseño».

Pero los problemas no terminaron allí, pues fueron vulnerados varios componentes de la defensa en profundidad. Este principio de construcción de las centrales nucleares plantea que su diseño se hace para que un evento básico o falla única no lleve a consecuencias que puedan afectar al medio ambiente, al personal de operación y a la población, señala el máster Manuel Perdomo Ojeda.

El profesor de Seguridad en Instalaciones Nucleares recalca que en el diseño se tienen también muy presentes los factores humanos y la automatización de las plantas, o sea la posición de una serie de barreras sucesivas entre el foco de peligro y lo que se quiere proteger.

«En este caso el diseño de Fukushima tiene varios sistemas de seguridad. Lo primero es que el reactor, donde está el principal foco de peligro, se encuentra dentro de un recinto de contención, en este caso en forma de pera. Esa contención está hecha para resistir un pico de presión determinado, calculado de acuerdo con los parámetros de presión y temperatura con que trabaja el reactor.

«Dicha contención es de acero y a su vez tiene un reforzamiento exterior de hormigón armado que le proporciona resistencia mecánica».

Perdomo subraya que cuando ese pico de presión se sobrepasa, se libera vapor para aliviar la contención, y este, en lugar de ir al medio ambiente, pasa a una contención secundaria. Solo que, si se acumula demasiado vapor, el hidrógeno contenido en él puede reaccionar con el oxígeno y estallar.

«El techo de esa contención secundaria fue lo que explotó en Fukushima. No explotó por nada nuclear, sino por una reacción química del hidrógeno con el oxígeno a altas temperaturas».

A pesar de ello, los expertos coinciden en que todo indica que las sucesivas explosiones agravaron aun más la situación de la planta, aunque insisten en que no se trató de una explosión nuclear ni mucho menos, como algunos medios sensacionalistas dieron a entender.

«Normalmente los sistemas de seguridad de estas plantas se diseñan para el cumplimiento de funciones básicas de seguridad como el control de la potencia del reactor y su enfriamiento a largo plazo.

«El reactor está hecho para generar calor y ese calor debe ser convertido en energía mecánica y después en eléctrica en el generador. Cuando ese ciclo falla, no tiene sentido que opere el reactor; por lo tanto debe pararse y ese objetivo lo cumplen las barras de control, que son construidas de materiales absorbedores de neutrones.

«Hay otras funciones de seguridad, como el enfriamiento de emergencia a largo plazo. Cuando cesa el enfriamiento con los sistemas de explotación normal, estima Perdomo, hay otros sistemas alternativos de enfriamiento, que en el caso de Japón trabajan con bombas eléctricas e impulsan un flujo de agua fría con el que se realiza la función descrita.

«Si todo eso se articula bien, no puede salir material radiactivo al medio ambiente, ni siquiera en la misma central habría un nivel de radiación por encima de las normas que están permitidas a los trabajadores ocupacionalmente expuestos y menos al público».

Pero en Fukushima no ocurrió así.

Ultraemergencia

Una vez que se detectaron los primeros problemas en Fukushima, el Gobierno de Japón y las autoridades que operan la planta adoptaron un plan de emergencia previsto para estos casos.

«Tras el sismo y la detención de los reactores, comenzó una evacuación de 3 000 personas en un radio de tres kilómetros, y a continuación arrancaron los sistemas de enfriamiento de emergencia del núcleo de los reactores, pues se detuvieron los sistemas de enfriamiento de explotación normal.

«Pero durante el maremoto se pararon también estos sistemas de enfriamiento de emergencia, no por fallo propio de los equipos, sino por problemas en los sistemas de soporte. Eso no ocurrió simultáneamente. Hubo reactores que pudieron enfriarse más que otros y eso demuestra que el suceso no ocurrió de manera uniforme en toda la planta», explica Antonio Torres Valle.

«Aunque aún las informaciones son contradictorias, se conoce que hubo reactores como el primero, en que el enfriamiento se paró prácticamente de inmediato, mientras que en los reactores 2 y 3 se logró el enfriamiento de sus núcleos entre 24 y 48 horas. Esta diferencia se debió, aparentemente, a que el tsunami dañó el servicio de suministro de combustible de larga duración de los diésel y cada uno se mantuvo con sus reservas propias. Esto explica la cronología de las explosiones.

«En los análisis de riesgo que hacemos, calculamos la evolución de los acontecimientos hasta 24 horas, pero la realidad es que estos sistemas de refrigeración con combustible diésel soportaron mucho más.

«En esas condiciones, cuando falla el sistema de enfriamiento del núcleo, hay una alternativa que es de ultraemergencia mediante baterías; gracias a eso se puede sacar vapor del reactor y retornarlo, una vez condensado con un intercambiador. Esa función allí también falló porque, dependiendo de baterías que no se recargaban, no podía durar mucho tiempo», explica.

Torres destaca que, para no sobrepasar los niveles de  resistencia mecánica de la contención, los trabajadores de la planta comenzaron a hacer «venteos controlados», o sea, liberar pequeñas cantidades de vapor radiactivo, para evitar una explosión de mayores consecuencias.

«Por eso los niveles radiactivos del emplazamiento comenzaron a subir. Eso explica la detección de radioisótopos a determinadas distancias del emplazamiento.

«Fue una medida de emergencia y con carácter excepcional, para proteger la integridad de la vasija del reactor y de la contención, que en estas condiciones empiezan a asumir más presión», señala el experto.

Pero incluso esa solución desesperada tenía un peligro. «Como resultado de esos venteos se acumuló hidrógeno en la sala del reactor en concentraciones no permisibles, y al mezclarse con el oxígeno presente en el aire se produjeron explosiones de manera sucesivas en los reactores. Una vez ocurrido ese fenómeno se declaró el nivel 4 en la escala INES de sucesos nucleares, que es el primer escalón de accidente nuclear reconocido por el Organismo Internacional de la Energía Atómica (OIEA).

«Ya para ese momento, días después del tsunami y el terremoto, el Gobierno japonés decretó la evacuación de más de 45 000 personas en un radio de diez kilómetros».

Además, de manera preventiva a la población evacuada, se le comenzó a administrar yodo 127 (yoduro de potasio). Dado que la tiroides tiene selectividad por el radioisótopo iodo 131 radiactivo, su saturación previa con yodo no radiactivo evita la formación ulterior de cáncer.

«En esas condiciones se está salvando a la población; se les aleja del emplazamiento y se trata de disminuir el nivel de exposición tanto con el incremento de la distancia como con la disminución del tiempo de contacto con el peligro», afirma Torres.

El especialista remarca que, de cualquier forma, como consecuencia de esa liberación radiactiva comenzaron a detectarse niveles no permisibles de radioisótopos. Además, se corría el riesgo de que, en las piscinas de decaimiento de combustible usado, estos quedaran expuestos por la falta de enfriamiento y se sucedieran otras explosiones. Por estas razones, se decreta un radio de evacuación adicional de 20 kilómetros y se evacua a 170 000 personas, a las cuales se les suministra también yodo 127.

Radioisótopos en el ambiente

Ya para ese entonces, cuatro días después, la crisis se había agravado aun más, pues ante la falta de energía y de sistemas de enfriamiento, comenzó el secado de la piscina de decaimiento del reactor 4 y posiblemente quedaron expuestos los elementos combustibles al ambiente.

«En esas condiciones empiezan a liberarse radioisótopos producto de que se dañan las envolturas de esos combustibles. Además, ocurre una liberación de hidrógeno que se acelera en esas circunstancias. Ello explica la explosión e incendio del reactor 4», explica el Doctor Torres.

Ante esa situación, como medida emergente, helicópteros de las Fuerzas Armadas niponas y carros bomba empezaron a echar agua a los reactores y a la piscina. A esas labores se sumó una fuerza humana adicional.

«Ellos se exponen a niveles radiactivos elevados, pero que son vigilados por la OIEA y por la Agencia nipona de Energía Nuclear para que no sobrepasen la dosis de 250 milisievert, consideradas permisibles en este momento para el nivel radiológico de la instalación.

Según la Doctora Alina Gelen Rudnikas, experta en Protección Radiológica, en la central nipona se está valorando el efecto de las radiaciones por medio de una magnitud que es la dosis efectiva y se expresa en milisievert, medida que designa el efecto biológico de la radiación.

Aunque como parte de la gestión de emergencia se ha logrado recuperar la energía eléctrica exterior, finalmente el accidente ha subido al nivel 5 según la escala INES, lo que lo iguala al primer accidente nuclear conocido que liberó determinado nivel de radioisótopos de manera controlada a la atmósfera, el de Three Mile Island, en marzo de 1979 en Estados Unidos.

«Actualmente —refiere la Doctora Gelen Rudnikas— se están manejando niveles de dosis de radiactividad de 400 milisievert en la cercanía del reactor 3 de la central nipona, 100 en las proximidades del 4, y en los límites del emplazamiento se está manejando 0,8 milisievert por hora. Esas son dosis altas, considerando el fondo natural.

«También se han detectado por las autoridades japonesas niveles de dosis de iodo 131 que superan los límites establecidos para los alimentos y el agua a 50 kilómetros de la central e incluso más allá.

«Un elemento que ha contribuido a limpiar el emplazamiento es la dirección de los vientos hacia el océano Pacífico. Eso ha provocado que los niveles de dosis de radiactividad hayan disminuido también».

No obstante, el hecho de que el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) sostenga que el accidente de Fukushima pasó del nivel 4 al 5, denota que existe un impacto fuera del emplazamiento, aunque haya un escape limitado.

—¿Qué les pasa a las personas expuestas a estos escapes radiactivos?

—No les debe ocurrir nada, porque están en un límite de efectos muy por debajo de los deterministas, que son aquellos que ocurren  a elevadas dosis, explica la Doctora Alina Gelen Rudnikas.

«El personal técnico de la planta, entrenado para entrar en acción una vez ocurrido el accidente, según las normativas puede estar sometido hasta 500 milisievert; mientras no se alcancen valores superiores a los mil milisievert los efectos que van a sufrir son totalmente aleatorios».

Sin embargo, la Doctora sostiene que es posible que la vegetación, el aire y el agua de las áreas circundantes revelen niveles de contaminación por encima de los estipulados permisibles. Fundamentalmente se trata de iodo 131, que ya las autoridades niponas detectaron en vegetales como la espinaca, en la leche y otros productos agrícolas.

Incluso, informaciones de varios medios de prensa dan cuenta de que en Tokio, a 250 kilómetros al sur de Fukushima, la presencia de iodo radiactivo en el agua es de 190 becquerelios, superior a lo estipulado, por lo que el Gobierno ha desaconsejado su consumo entre los menores de 23 distritos capitalinos y cinco urbes cercanas.

La clave está en la fusión

Este evento, según el Doctor Jesús Salomón Llanes, dejó hasta este momento, entre otros daños, perjuicios estructurales en los edificios del reactor. «Esas son estimaciones preliminares. El daño real, cómo fue la secuencia del accidente y sus secuelas, lo sabremos después, cuando se haga un análisis profundo con las autoridades competentes, donde se estudie lo ocurrido».

—Se habló de aplicar hormigón para sepultar la central y evitar la contaminación radiactiva. ¿Por qué no se hizo?

—Eso fue lo que se hizo cuando ocurrió el peor accidente nuclear hasta ahora reconocido, el de Chernóbil, en Ucrania, el 26 de abril de 1986. Aquí no es posible. El hormigón ya está, incluso, intacto. El hormigón de la contención primaria existe y es el que resiste y retiene los productos de fisión que saldrían del núcleo del reactor una vez colapsados los sistemas de seguridad.

«En el caso de Fukushima se paró el reactor, pero falló la extracción del calor residual. Si este no se extrae, se funde el combustible y al ocurrir eso se pierde la geometría hecha por diseño para que pase agua de las bombas de enfriamiento por emergencia y extraigan ese calor.

«Por tal motivo es tan problemática la situación, y se habla de evitar la fusión, porque eso genera una deformación del sistema de enfriamiento y quedaría un escombro fundido, o sea una mezcla de materiales constructivos con uranio o plutonio, la cual sería más difícil de extraer.

«No bajar la temperatura por debajo de la de fusión es lo peor de lo peor que puede ocurrir y eso se logró hasta en Chernóbil».

El accidente, no obstante, ya ha dejado varias lecciones importantes, asegura el Doctor Jesús Salomón Llanes, quien estima que el rigor debe aumentar en las plantas nucleares, sobre todo en el control de las licencias.

Comenta que ya hay emplazamientos que tienen diseñadas estructuras más compactas, las cuales permiten soportar impactos sísmicos por encima de 9 grados en la escala de Richter, como los que abatieron a Fukushima.

Remarca la necesidad de que los reguladores garanticen que las entidades explotadoras introduzcan aquellas modernizaciones y apliquen adecuadamente las medidas de seguridad en correspondencia con los avances de la industria nuclear.

«Hay que ver la enseñanza de Fukushima y estudiarla», recomienda.

«Porque una cosa que se respeta mucho en la energética nuclear es el intercambio de experiencias entre todos en materia de seguridad. Esto que ahora sucede desgraciadamente en Japón, significará un crecimiento cualitativo para el sector nuclear en el futuro».

Situación actual

Sería irresponsable expresar una conclusión técnica final sobre las consecuencias tecnológicas del accidente de Fukushima. Los especialistas entrevistados sostienen que habrá que esperar por la comprobación fehaciente de los daños del equipamiento y por los análisis técnicos ulteriores que realizarán los órganos nipones correspondientes. Salta a la vista el hecho de que el comportamiento ulterior al evento respecto al enfriamiento de los reactores ha tenido relación con el tipo de combustible utilizado en cada uno. Es por eso que el control del reactor 3, donde se usaba una mezcla uranio-plutonio, ha sido el más complicado durante la emergencia.

Sin embargo, queda claro que no se alcanzarán los niveles radiológicos observados tras el accidente de Chernóbil, ni más allá de las fronteras del Japón y ni siquiera en las localidades cercanas al emplazamiento de la central.

¿Usar o no usar?

A pesar de las críticas que se hacen a nivel mundial a la energía nuclear, su uso futuro estará determinado por la «limpieza» de esta en emanaciones de CO2, solo superada por la hidráulica, y por la seguridad que significa para garantizar las necesidades de la humanidad.

Países como Francia generan hasta el 76 por ciento de su energía con centrales nucleares y hasta un 14 por ciento más con hídrica, y es uno de los países con menos niveles reportados de emisiones de CO2 en sus ciudades.

Otras fuentes, como la eólica o la fotovoltaica, al ritmo de construcción actual, significarían también electricidad limpia, pero sería casi imposible construir todas las plantas que hacen falta actualmente, sin contar el gasto de materiales que conllevaría, incluyendo el combustible fósil.

Junto a ello, el agotamiento de las fuentes fósiles de combustible, obliga a que la energía atómica sea imprescindible, siempre y cuando se use con seguridad.

El ciclo «limpio»

Los reactores de fisión generan una gran cantidad de productos radiactivos, algunos de muy larga duración, incluso de miles de años, que deben ser «almacenados» para evitar que contaminen el medio ambiente.

Estos componentes residuales actualmente se pretende «quemarlos» o disminuir su radiación a niveles permitidos de varias formas, desde utilizar plantas que los reciclan, agotarlos, hasta confinarlos en minas abandonadas o ubicarlos en las mismas plantas nucleares.

Lo ideal es la primera opción y actualmente se diseñan plantas de transmutación, para cerrar el ciclo «limpio» del combustible nuclear.

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