¿Qué tan seguros son los reactores nucleares de los Estados Unidos? Lecciones de Fukushima


La crisis comenzó cuando el agua para enfriar los reactores cayó a niveles peligrosamente bajos cuatro horas después de que el cuarto terremoto más grande registrado sacudiera la central nuclear de Fukushima Daiichi. Cinco de cada seis de sus reactores perdieron electricidad cuando un tsunami de 14 metros de altura azotó 40 minutos más tarde. Los

La crisis comenzó cuando el agua para enfriar los reactores cayó a niveles peligrosamente bajos cuatro horas después de que el cuarto terremoto más grande registrado sacudiera la central nuclear de Fukushima Daiichi. Cinco de cada seis de sus reactores perdieron electricidad cuando un tsunami de 14 metros de altura azotó 40 minutos más tarde. Los generadores diesel de reserva perdieron sus tanques de combustible y murieron. Las bombas de agua de refrigeración fallaron. Las barras de combustible nuclear comenzaron a derretirse y se acumuló gas de hidrógeno volátil. Las explosiones y el fuego subsiguientes arrojaron 15, 000 terabecquerels de cesio 137 radiactivos solo, lo suficiente como para que los funcionarios crearan una "zona de exclusión" de 20 kilómetros alrededor de la planta que persiste hoy. (Un becquerel es una unidad de la tasa de descomposición radiactiva o de radiación emitida por una sustancia). Como resultado, la emergencia en Fukushima Daiichi que comenzó el 11 de marzo de 2011 es solo el segundo accidente nuclear que merece el ataque internacional más grave. clasificación de crisis, uniéndose al reactor que explotó en la instalación nuclear de Chernobyl de la Unión Soviética en Ucrania en abril de 1986.

Pero el desastre no fue una sorpresa dado el tipo de reactores en Fukushima. De hecho, los expertos en energía nuclear, los modelos de computadora y otros análisis han demostrado constantemente durante décadas que un problema en los reactores de agua en ebullición más antiguos empleados en Fukushima Daiichi se volvería desastroso debido a un sistema de seguridad defectuoso que alberga el combustible nuclear, conocido como Mark Yo contencion Es "el peor de todos los confinamientos que tenemos" y, en un apagón total, "perderá la contención", señaló el Administrador Adjunto de la Comisión Reguladora Nuclear de los EE. UU., Charles Casto, el 16 de marzo de 2011, quien estuvo en Japón para ayudar, de acuerdo con las transcripciones de las reuniones internas publicadas por la NRC. "No hay duda al respecto."

Los EE. UU. Tienen 23 reactores con el mismo tipo de sistemas de seguridad y la misma ubicación arriesgada de depósitos de combustible nuclear gastado, es decir, junto al reactor principal en la parte superior del edificio del reactor. ¿Los reactores estadounidenses se desempeñarán mejor que los de Japón en una crisis? ¿Y qué lecciones tiene Fukushima para la seguridad del reactor en todo el mundo?

Fuera de la marca
La contención de Mark I es una estructura en forma de rosquilla debajo del propio reactor que está parcialmente llena de agua. En el caso de una avería de las bombas que suministran agua de refrigeración fresca al reactor, se supone que el diseño del toro proporciona refrigeración adicional. El vapor creado por el combustible aún en fisión inunda el toro y es enfriado por el agua suplementaria allí. Ese enfriamiento adicional limitaría la presión creada por cualquier acumulación de vapor, permitiendo en teoría que los diseñadores del reactor empleen menos fuerza en otras partes del sistema de seguridad.

Desafortunadamente, cualquier enfriamiento adicional provisto por el toro no duró tanto como la pérdida de electricidad en Fukushima. Como resultado, las barras nucleares calentaron su revestimiento de circonio junto con el agua restante para vaporizar. A altas temperaturas, el revestimiento interactúa con el vapor de agua circundante, se une al oxígeno y libera el hidrógeno, que se escapa como un gas. Si se permite que se acumule, el hidrógeno se puede quemar con una llama invisible como lo hizo en Three Mile Island (que tenía un sistema de contención diferente) o, como parece ser el caso en Fukushima, explotar. De acuerdo con la Agencia de Seguridad Nuclear e Industrial de Japón, se pueden haber generado hasta 1, 000 kilogramos de hidrógeno en el complejo de esta manera. De hecho, el combustible nuclear en la Unidad 3 produjo suficiente hidrógeno para causar la explosión en la Unidad 4 de al lado a través de una pila de escape compartida.

Para minimizar las posibilidades de tal acumulación de hidrógeno, el NRC ha sugerido que los reactores de los EE. UU. Refuercen los respiraderos para garantizar que puedan usarse para aliviar una acumulación de presión tan peligrosa. Después de todo, la acumulación de hidrógeno también podría elevar las presiones por encima de los límites de diseño de los sistemas de seguridad. Fukushima Daiichi en realidad tenía ventilaciones endurecidas, que no funcionaron o no se usaron lo suficientemente pronto para evitar las explosiones. Un problema puede haber sido que las rejillas de ventilación requieren electricidad para funcionar, y en ese punto la central nuclear afectada no tenía ninguna.

"La NRC está implementando una [recomendación] para mejorar las ventilaciones al hacerlas" confiables "en condiciones adversas", como una pérdida de electricidad, dice el vocero de la NRC, Scott Burnell. Y la agencia concluye que tales mejoras voluntarias proporcionan "protección adecuada" a la salud y seguridad públicas. Más allá de eso, se espera que las nuevas reglas aborden las lecciones aprendidas de la crisis nuclear de Fukushima.

Independientemente de la capacidad de los respiraderos para funcionar adecuadamente, existe una clara diferencia entre el funcionamiento de dichos reactores de agua en ebullición en los EE. UU. En comparación con los de Japón: en los EE. UU., Los operadores de reactores tienen la autoridad para ventilar vapor radiactivo o gas hidrógeno como condiciones. orden. Los empleados de la Tokyo Electric Power Co. (TEPCO), que dirigía Fukushima Daiichi, parecen haber requerido o al menos solicitado la autorización del gobierno para hacerlo. "Les preocupaba que la ventilación pudiera permitir el flujo de materiales radiactivos al aire y aún no habían evacuado completamente el área", explica el ingeniero mecánico Vijay Nilekani del Instituto de Energía Nuclear (NEI), un grupo de la industria. Cuando se llevaron a cabo las evacuaciones y las autorizaciones, "habían dañado el núcleo y estaban descargando hidrógeno que causó explosiones", explica Nilekani. "Si no daña su núcleo, no produce las grandes cantidades de hidrógeno que causaron la detonación".

Además, sigue sin estar claro cómo el hidrógeno llegó del área sellada que contiene el recipiente del reactor al edificio circundante, y luego se acumuló en cantidades suficientes para explotar. Una sugerencia es que las enormes presiones generadas por el vapor hirviente abrieron brechas alrededor de los pernos que permitieron que el hidrógeno se escapara o que las ventilaciones se filtraron.

Tales problemas han sido un problema con Mark I, cuyas "desventajas de seguridad" se destacaron en un memorando interno en la Comisión de Energía Atómica de los Estados Unidos, el precursor de la NRC, desde 1972. No obstante, la NRC permite su uso porque "la Marca I puede sobrevivir el tiempo suficiente como para permitir acciones que mantengan al público a salvo en caso de un lanzamiento radioactivo", dice Burnell. En otras palabras, habría tiempo para evacuar o tomar otras precauciones de seguridad.

Modelando lo peor
Para hacer ese juicio, el NRC se basa en el modelado por computadora, el más reciente de los cuales se conoce como Análisis de Consecuencias de Reactores de última generación. Ese modelo tomó dos plantas de energía nuclear representativas en los EE. UU., Un reactor de agua a presión de la central eléctrica de Surry en Virginia y un reactor de agua en ebullición de la central de energía atómica de Peach Bottom en Pensilvania, e intentó evaluar lo que sucedería en un grave accidente., como la pérdida de toda la energía eléctrica como resultado de un terremoto, entre otros escenarios.

Los reactores Peach Bottom son muy similares a los que se usan en Fukushima. De hecho, son tan similares que la NRC incluso recurrió a este análisis para tratar de predecir lo que podría suceder en el caso de este último durante el accidente. Al igual que lo que se desarrolló durante la crisis en Japón, el modelado por computadora sugirió que el combustible en uno de los dos reactores en el sitio de Peach Bottom comenzaría a derretirse tan pronto como nueve horas después de una pérdida de flujo de agua de refrigeración. La contención de Mark I de Peach Bottom fallaría aproximadamente 20 horas después del terremoto si no hubiera restauración del agua de refrigeración. El reactor defectuoso arrojaría "16 por ciento del inventario central" - "inventario" que significa cesio 137, junto con otros 68 isótopos radiactivos en el combustible nuclear caliente. Las consecuencias de la liberación, concluyó el análisis, "podrían ser serias".

Pero el modelo computarizado solo analizó fallas catastróficas en un reactor en cada una de estas plantas de energía nuclear, a pesar del hecho de que Peach Bottom y Surry tienen cada uno dos reactores en el sitio. Cabe esperar que los reactores múltiples se vean afectados por problemas compartidos, como se vio durante la crisis de Fukushima. Tampoco el modelo analizó lo que sucedería si un poderoso terremoto destruyera inmediatamente el equipo de seguridad o rasgara un agujero en la estructura que contiene el reactor.

La debilidad clave revelada tanto por la planta de Fukushima como en los modelos de computadora de los Estados Unidos es la confiabilidad de la electricidad de respaldo. Los reactores de Fukushima tenían baterías lo suficientemente grandes para alimentar equipos, incluidos instrumentos de monitoreo, durante ocho horas. Los reactores de los EE. UU. Solo deben tener dos horas de respaldo de la batería. "La NRC está actualmente revisando la regla de apagón de la estación, y este esfuerzo podría llevar a un cambio en los tiempos de copiado de la batería", dice Burnell de la NRC. "Los modelos muestran que cuando tienes un apagón en la estación donde todavía tienes baterías, hay pasos que se pueden tomar para ir más allá de lo que se considera la vida normal de las baterías". Los ingenieros podrían extender la vida útil de la batería recargando y / o apagando todos los sistemas no esenciales, por ejemplo.

Mantenerse flexible
La industria nuclear de los Estados Unidos, por su parte, sugiere que implementará voluntariamente un enfoque que denomina FLEX, que pretende ser una "capacidad de afrontamiento diversa y flexible". Los operadores de plantas de energía nuclear comprarían y almacenarían equipos portátiles que podrían usarse para proporcionar medios adicionales de enfriamiento del reactor, un plan que podría implementarse en 2015. "FLEX proporcionaría múltiples medios para obtener la energía y el agua necesarios para cumplir con el las funciones clave de seguridad del enfriamiento del núcleo, la integridad de la contención y el enfriamiento de la piscina de combustible gastado que evitarían daños al combustible nuclear ", explica Adrian Heymer, director ejecutivo de la respuesta reguladora de Fukushima en NEI. La lista de equipos puede incluir bombas adicionales, generadores diésel portátiles para recargar baterías, paquetes de baterías y mangueras adicionales, así como compresores de aire de combustible y diesel, entre otras cosas. Mantendrían la planta en funcionamiento durante 72 horas. El trabajo similar realizado para mejorar la seguridad tras los ataques terroristas en septiembre de 2001 "nos da una ventaja de 10 años para enfrentar eventos inesperados", argumenta el presidente de NEI, Marvin Fertel, y FLEX se basa en ese enfoque.

Además, los nuevos diseños de reactores de agua a presión actualmente en construcción en Georgia, conocidos como AP-1000, incorporan las llamadas características de seguridad pasiva, que incluyen suficiente agua para enfriar un reactor durante tres días en ausencia de cualquier acción humana. "Si este diseño se hubiera utilizado en Fukushima, no tendríamos una noticia", sostiene el ingeniero nuclear Aris Candris, CEO de Westinghouse, la empresa responsable del nuevo diseño. "El AP-1000 es inmune a la pérdida de energía fuera del sitio".

Pero incluso en un reactor que no se desempeña tan bien en un gran terremoto y no es inmune a la pérdida de energía fuera del sitio, existe un "riesgo esencialmente cero de muertes tempranas", según el modelo de peor caso de la NRC. Incluso cuando la liberación de material radioactivo llega al medio ambiente, "es lo suficientemente pequeño y toma tanto tiempo para llegar a la comunidad que las personas ya han sido evacuadas o protegidas", argumenta Burnell de la NRC. "El público evita cualquier dosis a corto plazo lo suficientemente grande como para matar". Y eso es exactamente lo que sucedió en Fukushima.

Los peligros del combustible gastado.
Las múltiples explosiones en Fukushima Daiichi revelaron otro riesgo de seguridad, uno de los cuales es, en todo caso, más preocupante en los EE.UU. otra fusión en el combustible allí cuando el agua circundante se drenó o se evaporó. El combustible gastado densamente empacado sin agua puede calentarse lo suficiente como para estallar su revestimiento de circonio y, en última instancia, prender el revestimiento en llamas. Sin paredes, que habían sido destruidas por explosiones previas, no quedaba nada para evitar que el cesio 137 y otros radioisótopos en el combustible nuclear se escaparan en tal evento en los reactores de Fukushima.

De hecho, la columna de contaminación que se extiende hacia el noroeste de la central nuclear afectada puede provenir de ese combustible gastado. A pesar de haber sido cerrado por reabastecimiento de combustible, la Unidad 4 también sufrió una explosión y lo que sigue siendo identificado por las autoridades japonesas como un "incendio de aceite lubricante". (Sin embargo, los expertos de NRC no estuvieron de acuerdo, al menos en ese momento: "Sabemos que no fue un incendio de lubricante", argumentó Larry Camper, director de la División de Gestión de Residuos y Protección del Medio Ambiente de la NRC, el 20 de marzo de 2011, según a las transcripciones.) El fuego, cualquiera que sea su tipo, parece haber transportado partículas radiactivas al campo circundante hacia el noroeste, ya que coincidió con el viento que soplaba en esa dirección.

En los EE. UU., Debido a la falta de un plan a largo plazo para tratar tales desechos nucleares, las piscinas de combustible gastado están aún más densamente empacadas, lo que hace más fácil que ocurra una fusión en caso de pérdida de agua. Dichos depósitos en los 104 reactores nucleares de la nación contienen más de 45, 000 toneladas métricas de las aproximadamente 65, 000 toneladas métricas de ese combustible nuclear usado de la nación. Dicho esto, el enfoque FLEX de la industria nuclear también incluiría bombas y mangueras adicionales para llevar agua a las piscinas de combustible gastado, así como instrumentos para controlar su estado.

Irónicamente, la pérdida de paredes y techos puede haber sido la clave para prevenir un peor accidente en Fukushima. Al arrancar las paredes y los techos, las explosiones permitieron a los trabajadores de emergencia rociar agua de refrigeración en las piscinas directamente, aunque de manera ineficiente, a través de cañones de agua y otros dispositivos. "¿Qué hubiera pasado si no hubieran ocurrido esas explosiones?" pregunta el ingeniero nuclear David Lochbaum de la Unión de Científicos Preocupados. "Los niveles de radiación en los edificios eran demasiado altos para permitir el acceso, incluso si los trabajadores tenían equipos con los cuales agregar agua a las piscinas". En ese caso, el combustible nuclear gastado probablemente habría comenzado a derretirse y habría habido pocas formas de restaurar el agua de refrigeración.

De hecho, durante la primera semana de la crisis de Fukushima, los trabajadores de emergencia intentaron encontrar una manera de abrir un agujero más grande en el edificio del reactor de la Unidad 2, que no había sufrido una explosión, para permitir un mejor acceso para inyectar agua de refrigeración sin crear El tipo de chispa que podría causar otra explosión de hidrógeno.

La solución NRC es para que los operadores de reactores agreguen mangueras o sistemas de rociado para permitir que se agregue agua de refrigeración a dichas piscinas de combustible gastado. Pero debido a la ubicación de tales piscinas en los diseños más antiguos de reactores de agua en ebullición, específicamente en los niveles superiores del edificio del reactor, cualquier agua agregada finalmente se drenará a través del edificio, inundando las bombas de emergencia en el sótano. "En lugar de un tsunami natural que desencadena un colapso del reactor, este 'arreglo' induce un tsunami hecho por el hombre dentro del edificio del reactor que conduce al mismo resultado", argumenta Lochbaum.

Peor aún, si el combustible nuclear gastado se derritiera, también podría seguir el mismo camino hacia abajo. "La gente está preocupada de que las cosas se hayan derretido a través del piso de concreto" de la piscina de combustible gastado, anotó John Monninger, un funcionario de análisis de riesgo de la NRC en Japón, el 20 de marzo de 2011, según las transcripciones. "La siguiente parada es la parte superior del toro" o el anillo en forma de rosquilla que contiene el agua de enfriamiento adicional. Brian McDermott, entonces director de la División de Preparación y Respuesta de la NRC, completó el pensamiento en una llamada de conferencia, de acuerdo con las transcripciones de la NRC: "Entonces tienes posibles explosiones de vapor con esta fusión en el agua en el toro. Y luego después de eso, quién sabe a dónde va ".

La solución real, según Lochbaum y otros expertos, es requerir que el combustible gastado se traslade de las piscinas a un almacenamiento más permanente en cubas de acero y concreto masivo después de cinco años de enfriamiento. Eso reduciría la cantidad de combustible en las piscinas, reduciría el calor general, permitiría más agua en las piscinas en caso de emergencia y reduciría la cantidad de material radioactivo que podría liberarse si ocurriera un accidente. "Reducir los depósitos de combustible gastado es una obviedad", dice Lochbaum.

Como lo señaló el personal de la NRC durante la emergencia de Fukushima, cuando hubo preocupación de que la piscina de combustible gastado en la Unidad 4 pudiera haber perdido su agua de refrigeración y haber sido dañada por la explosión del edificio del reactor, agregar agua fría a un combustible ya caliente puede crear un problema en su propio derecho. "Eso va a 'escudriñar' [ sic ] esos depósitos de combustible", argumentó Casto de la NRC el 17 de marzo de 2011, que había presenciado un accidente similar en Hungría, según las transcripciones. "Si pones esa agua en el combustible caliente y la escamosas, también obtendremos partículas. Así que tendrás un nivel de liberación significativa ... además, se está arrastrando en el vapor".

En cualquier caso, los 23 reactores de agua en ebullición en los EE. UU. Que son los mismos que en Fukushima Daiichi siguen generando electricidad en la actualidad. En Japón, justo un mes antes del devastador terremoto y tsunami de 9, 0 grados de magnitud, el reactor afectado por la Unidad 1 del complejo había recibido la aprobación para operar durante otra década. Y el 10 de marzo de 2011, la NRC otorgó una licencia al reactor de agua en ebullición de diseño y cosecha similares en Vermont Yankee para operar por otros 20 años (pdf), solo un día antes de la crisis de Fukushima.

Lo único que la guía de crisis de la NRC para los reactores de agua en ebullición "no hace realmente es decirle cómo detener [una crisis]", señaló Casto el 16 de marzo de 2011, según las transcripciones. Las pautas no revelan "cómo mitigarlo, más que mantener el agua en él". A pesar de una calamidad provocada por un tsunami en la central nuclear de Fukushima Daiichi, el agua sigue siendo la clave para la seguridad nuclear.