La seguridad en las centrales nucleares
Por Carlos del Ama
Ingeniero Industrial
El accidente de Fukushima pone en cuestión la seguridad de las centrales nucleares y replantea la conveniencia de esas instalaciones. Es cierto que los seis reactores de la central 1 de Fukushima son de hace 40 años y que las nuevas centrales actualmente en proyecto o incluso en proceso de instalación avanzado, como la central finlandesa de Olkiluoto, son de tercera generación, más seguras y fiables, como lo son las del tipo EPR (European Pressurized Reactor) pero Fukushima exige estudiar bien lo ocurrido y replantear la seguridad de todo tipo de nucleares.
Las noticias aparecidas en la prensa dan una buena idea de lo sucedido hasta el momento, pero la falta de algunos detalles plantea dudas que, con la información disponible hoy, solo podemos intentar contestar con especulaciones fundadas. Algunas de las preguntas que me planteo yo son: ¿De donde sale el hidrógeno de las explosiones ocurridas? ¿Qué está pasando con los reactores 5 y 6? ¿Qué ha pasado con el reactor 4? Tampoco se dice mucho de que en Fukushima hay otra central, Fukushima 2, y que ninguno de sus cuatro reactores han sufrido averias.
La experiencia nos está demostrando que el talón de Aquiles de las centrales nucleares es el sistema de refrigeración. En el accidente de Las Tres Millas falló una válvula del sistema de refrigeración, en Chenóbil fue la mala manipulación del sistema de refrigeración durante una prueba que simulaba un corte en el sistema de energía eléctrico. En Kyshtyn explotó un tanque de residuos mal refrigerado. En Fukushima, los seis reactores aguantaron bien el terremoto de grado 9, incluso el corte de corriente eléctrica que el terremoto produjo, pues tras el corte, entraron en funcionamiento los generadores de emergencia que mantuvieron la alimentación eléctrica de la central y permitieron que todos los sistemas funcionasen normalmente, incluidas las bombas de refrigeración. El problema lo generó el maremoto subsiguiente, que inundó los generadores de emergencia, produciendo un nuevo corte de corriente que apagó los compresores del sistema de refrigeración, iniciándose el recalentamiento del núcleo.
El zirconio de las cápsulas de combustible reaccionó con el vapor de agua recalentado, creando oxido de zirconio y liberando hidrógeno que explota. Si bien la primera explosión bajo el techo del edificio se debió al zirconio, dudo que la explosion de hidrogeno en la cámara de condensacion tuviese la misma causa, en mi opinión, fue hidrogeno producido por disociación del vapor de agua que estaba a más de 2.500 grados. Si se hubiese producido en el nucleo, la explosión hubiese sido arriba, como la primera, no al fondo de la vasija.
Los reactores 4, 5 y 6
Al parecer, estos tres reactores estaban parados cuando ocurrió el terremoto, debido a un proceso de mantenimiento. Las barras de combustible habían sido depositadas en el estanque de residuos nucleares. Dicho estanque está destinado al depósito de barras de combustible ya quemadas que han sido retiradas del reactor hasta su traslado a un depósito de residuos nucleares. Son barras con algo de uranio no fisionado y gran cantidad de productos de la fisión, altamente radioactivos.
Si se depositan en ese estanque barras sin quemar o parcialmente quemadas (fisionadas) se producirán procesos de fisión que será necesario refrigerar. Si el sistema de refrigeración del estanque falla, se evaporara el agua de refrigeración, pudiendo disociarse si la temperatura es elevada, produciéndose burbujas de hidrógeno y vaciando el estanque de refrigerante. Un problema adicional es la ubicación del estanque de residuos, que está fuera de la vasija de seguridad del núcleo y de la estructura de contención de hormigón, con lo que cualquier radiación es más fácil que salga al medio ambiente. Afortunadamente, la concentración de elementos radioactivos es menor es las barras poco quemadas, pero más alta la posibilidad de fusión adicional y recalentamiento con el paso del tiempo. El peor escenario es que estén almacenadas juntas barras con residuos y barras sin quemar.
En el reactor 4 se produjo acumulación de hidrógeno que ardió o un recalentamiento de aceite que se quemó o ambos, no lo se. Tampoco sabemos que está pasando dentro de los reactores 5 y 6, pero lo seguro es que habrá que estarlos refrigerando y habría que retirar las barras de combustible del foso de residuos cuanto antes.
El otro dato llamativo es que ninguno de los cuatro reactores de Fukushima 2 han tenido problemas, a pesar que estaban los cuatro encendidos cuando se produzco el terremoto, posiblemente debido a un mejor emplazamiento.
Enseñanzas de Fukushima
-Además de diseñar reactores seguros, es de vital importancia seleccionar el emplazamiento donde se instalan.
-No basta con asegurar la resistencia del edificio del reactor ante emergencias de posibles terremotos, impactos, inundaciones o incendios, hay que asegurar la operatividad de la red de alimentación externa que alimenta al reactor.
-Hay que asegurar la refrigeración ante todo tipo de emergencias, por lo que sería aconsejable contar con grandes depósitos de agua a cotas altas que puedan refrigerar el reactor por gravedad cuando todo falle.
-Hay que prever que no se pueda producir la disociación del vapor de agua, para ello habría que tomar medidas para, en caso de emergencia, poder enfriar el vapor que va a las turbinas o poderlo evacuar a la atmósfera limpio de contaminación radioactiva. Lo mejor sería sustituir al agua por otro elemento. Otra solución seria contar con un circuito cerrado de refrigeración primaria de agua a alta presion que no se pueda evaporar.
El futuro de las plantas de energía nuclear
La decisión de instalar centrales nucleares tiene aspectos económicos, técnicos sociológicos y políticos. Económicamente no hay duda de que, en las circunstancias actuales, no queda más remedio que instalar nuevas centrales nucleares, el petróleo se va agotando y las energías renovables actuales no son competitivas con la energía nuclear. En este momento hay planes para construir algo más de 400 centrales nucleares nuevas en todo el mundo, lo que equivale a duplicar el parque nuclear actual. Pensemos, como ejemplo, que Francia es un pais de muy baja productividad, con pocas horas de trabajo, muchas huelgas y altos salarios; no obstante, es muy competitiva debido al bajo costo de su energía, gracias a el alto porcentaje de energia nuclear que poseen.
Esa necesidad económica se enfrenta al problema sociológico y político que genera la inseguridad nuclear. Es comprensible que a la vista de accidentes como los sufridos, todos sintamos miedo, y que los políticos se cubran sus espaldas ante las posibilidades de nuevos accidentes.
Evidentemente, la solución es técnica. Son los técnicos los que tienen que encontrar soluciones a los posibles riesgos, en base a la experiencia, y ya existen soluciones viables hoy.
Afortunadamente, al menos de momento, nunca se ha producido una explosión nuclear en una central de energía. Todas las explosiones ha sido de hidrógeno y los incendios han sido o de hidrógeno o de aceite o de las barras de grafito, como ocurrió al final del accidente de Charnóbil. Los riesgos han sido por radiación de los residuos radiactivos, no por explosión nuclear. Al hablar de una explosión en una central nuclear, habria que dejar claro el tipo de explosión.
Además de las medidas de confinamiento para evitar que los residuos escapen al medio ambiente, lo primero que hay que conseguir es reducir la radioactividad de dichos residuos. Una de las medidas previstas en los reactores de tercera generación es el tratamiento del combustible con micro partículas que impidan la fusión del núcleo en caso de alcanzar altas temperaturas, incluso con pérdida total de refrigerante. Otra medida es la reutilización del combustible y la saturación con neutrones de los residuos radioactivos para reducir e incluso eliminar su radioactividad.
Para evitar el riesgo de explosiones de hidrógeno, se podría aprovechar la disociación del agua de forma controlada para producir hidrogeno como combustible de energía alternativa o eliminar los riesgos de disociación incontrolada, mediante la utilización de otros refrigerantes que no sean agua, como el sodio líquido y recurrir a un gas neutro para mover las turbinas, como nitrógeno, anhídrido carbónico o helio, en vez de vapor de agua.
Otras medidas de seguridad podrían ser:
- Evitar la fusión del núcleo mediante nuevos materiales de alta resistencia a la temperatura obtenidos con nanotecnología, incluso prever un foso refrigerado con difusores de calor pasivos en el fondo de la vasija para la recogida del núcleo en caso de que se funda.
- Tratamiento de gases, tanto explosivos (mezcla de oxigeno e hidrogeno) como radioactivos (xenón y kriptón).
- Instalación de reactores subterraneos.
Conclusiones
-Japón no puede prescindir de la energía nuclear y, tras mejorar la seguridad, deberá reabrir sus centrales nucleares.
-A nivel técnico, soluciones hay y el margen económico permite incorporarlas
-Hay que lograr un nivel de seguridad con riesgo cero en las centrales nucleares. Las nuevas centrales de tercera y cuarta generación van por ese camino.
-No se pueden parar los planes de nuevas centrales, pero si asegurar su seguridad.
http://www.our-energy.com/videos/third_generation_nuclear_power_station.html
http://www.areva.com/EN/global-offer-419/epr-reactor-one-of-the-most-powerful-in-the-world.html
Por Carlos del Ama
Ingeniero Industrial
El accidente de Fukushima pone en cuestión la seguridad de las centrales nucleares y replantea la conveniencia de esas instalaciones. Es cierto que los seis reactores de la central 1 de Fukushima son de hace 40 años y que las nuevas centrales actualmente en proyecto o incluso en proceso de instalación avanzado, como la central finlandesa de Olkiluoto, son de tercera generación, más seguras y fiables, como lo son las del tipo EPR (European Pressurized Reactor) pero Fukushima exige estudiar bien lo ocurrido y replantear la seguridad de todo tipo de nucleares.
Las noticias aparecidas en la prensa dan una buena idea de lo sucedido hasta el momento, pero la falta de algunos detalles plantea dudas que, con la información disponible hoy, solo podemos intentar contestar con especulaciones fundadas. Algunas de las preguntas que me planteo yo son: ¿De donde sale el hidrógeno de las explosiones ocurridas? ¿Qué está pasando con los reactores 5 y 6? ¿Qué ha pasado con el reactor 4? Tampoco se dice mucho de que en Fukushima hay otra central, Fukushima 2, y que ninguno de sus cuatro reactores han sufrido averias.
La experiencia nos está demostrando que el talón de Aquiles de las centrales nucleares es el sistema de refrigeración. En el accidente de Las Tres Millas falló una válvula del sistema de refrigeración, en Chenóbil fue la mala manipulación del sistema de refrigeración durante una prueba que simulaba un corte en el sistema de energía eléctrico. En Kyshtyn explotó un tanque de residuos mal refrigerado. En Fukushima, los seis reactores aguantaron bien el terremoto de grado 9, incluso el corte de corriente eléctrica que el terremoto produjo, pues tras el corte, entraron en funcionamiento los generadores de emergencia que mantuvieron la alimentación eléctrica de la central y permitieron que todos los sistemas funcionasen normalmente, incluidas las bombas de refrigeración. El problema lo generó el maremoto subsiguiente, que inundó los generadores de emergencia, produciendo un nuevo corte de corriente que apagó los compresores del sistema de refrigeración, iniciándose el recalentamiento del núcleo.
El zirconio de las cápsulas de combustible reaccionó con el vapor de agua recalentado, creando oxido de zirconio y liberando hidrógeno que explota. Si bien la primera explosión bajo el techo del edificio se debió al zirconio, dudo que la explosion de hidrogeno en la cámara de condensacion tuviese la misma causa, en mi opinión, fue hidrogeno producido por disociación del vapor de agua que estaba a más de 2.500 grados. Si se hubiese producido en el nucleo, la explosión hubiese sido arriba, como la primera, no al fondo de la vasija.
Los reactores 4, 5 y 6
Al parecer, estos tres reactores estaban parados cuando ocurrió el terremoto, debido a un proceso de mantenimiento. Las barras de combustible habían sido depositadas en el estanque de residuos nucleares. Dicho estanque está destinado al depósito de barras de combustible ya quemadas que han sido retiradas del reactor hasta su traslado a un depósito de residuos nucleares. Son barras con algo de uranio no fisionado y gran cantidad de productos de la fisión, altamente radioactivos.
Si se depositan en ese estanque barras sin quemar o parcialmente quemadas (fisionadas) se producirán procesos de fisión que será necesario refrigerar. Si el sistema de refrigeración del estanque falla, se evaporara el agua de refrigeración, pudiendo disociarse si la temperatura es elevada, produciéndose burbujas de hidrógeno y vaciando el estanque de refrigerante. Un problema adicional es la ubicación del estanque de residuos, que está fuera de la vasija de seguridad del núcleo y de la estructura de contención de hormigón, con lo que cualquier radiación es más fácil que salga al medio ambiente. Afortunadamente, la concentración de elementos radioactivos es menor es las barras poco quemadas, pero más alta la posibilidad de fusión adicional y recalentamiento con el paso del tiempo. El peor escenario es que estén almacenadas juntas barras con residuos y barras sin quemar.
En el reactor 4 se produjo acumulación de hidrógeno que ardió o un recalentamiento de aceite que se quemó o ambos, no lo se. Tampoco sabemos que está pasando dentro de los reactores 5 y 6, pero lo seguro es que habrá que estarlos refrigerando y habría que retirar las barras de combustible del foso de residuos cuanto antes.
El otro dato llamativo es que ninguno de los cuatro reactores de Fukushima 2 han tenido problemas, a pesar que estaban los cuatro encendidos cuando se produzco el terremoto, posiblemente debido a un mejor emplazamiento.
Enseñanzas de Fukushima
-Además de diseñar reactores seguros, es de vital importancia seleccionar el emplazamiento donde se instalan.
-No basta con asegurar la resistencia del edificio del reactor ante emergencias de posibles terremotos, impactos, inundaciones o incendios, hay que asegurar la operatividad de la red de alimentación externa que alimenta al reactor.
-Hay que asegurar la refrigeración ante todo tipo de emergencias, por lo que sería aconsejable contar con grandes depósitos de agua a cotas altas que puedan refrigerar el reactor por gravedad cuando todo falle.
-Hay que prever que no se pueda producir la disociación del vapor de agua, para ello habría que tomar medidas para, en caso de emergencia, poder enfriar el vapor que va a las turbinas o poderlo evacuar a la atmósfera limpio de contaminación radioactiva. Lo mejor sería sustituir al agua por otro elemento. Otra solución seria contar con un circuito cerrado de refrigeración primaria de agua a alta presion que no se pueda evaporar.
El futuro de las plantas de energía nuclear
La decisión de instalar centrales nucleares tiene aspectos económicos, técnicos sociológicos y políticos. Económicamente no hay duda de que, en las circunstancias actuales, no queda más remedio que instalar nuevas centrales nucleares, el petróleo se va agotando y las energías renovables actuales no son competitivas con la energía nuclear. En este momento hay planes para construir algo más de 400 centrales nucleares nuevas en todo el mundo, lo que equivale a duplicar el parque nuclear actual. Pensemos, como ejemplo, que Francia es un pais de muy baja productividad, con pocas horas de trabajo, muchas huelgas y altos salarios; no obstante, es muy competitiva debido al bajo costo de su energía, gracias a el alto porcentaje de energia nuclear que poseen.
Esa necesidad económica se enfrenta al problema sociológico y político que genera la inseguridad nuclear. Es comprensible que a la vista de accidentes como los sufridos, todos sintamos miedo, y que los políticos se cubran sus espaldas ante las posibilidades de nuevos accidentes.
Evidentemente, la solución es técnica. Son los técnicos los que tienen que encontrar soluciones a los posibles riesgos, en base a la experiencia, y ya existen soluciones viables hoy.
Afortunadamente, al menos de momento, nunca se ha producido una explosión nuclear en una central de energía. Todas las explosiones ha sido de hidrógeno y los incendios han sido o de hidrógeno o de aceite o de las barras de grafito, como ocurrió al final del accidente de Charnóbil. Los riesgos han sido por radiación de los residuos radiactivos, no por explosión nuclear. Al hablar de una explosión en una central nuclear, habria que dejar claro el tipo de explosión.
Además de las medidas de confinamiento para evitar que los residuos escapen al medio ambiente, lo primero que hay que conseguir es reducir la radioactividad de dichos residuos. Una de las medidas previstas en los reactores de tercera generación es el tratamiento del combustible con micro partículas que impidan la fusión del núcleo en caso de alcanzar altas temperaturas, incluso con pérdida total de refrigerante. Otra medida es la reutilización del combustible y la saturación con neutrones de los residuos radioactivos para reducir e incluso eliminar su radioactividad.
Para evitar el riesgo de explosiones de hidrógeno, se podría aprovechar la disociación del agua de forma controlada para producir hidrogeno como combustible de energía alternativa o eliminar los riesgos de disociación incontrolada, mediante la utilización de otros refrigerantes que no sean agua, como el sodio líquido y recurrir a un gas neutro para mover las turbinas, como nitrógeno, anhídrido carbónico o helio, en vez de vapor de agua.
Otras medidas de seguridad podrían ser:
- Evitar la fusión del núcleo mediante nuevos materiales de alta resistencia a la temperatura obtenidos con nanotecnología, incluso prever un foso refrigerado con difusores de calor pasivos en el fondo de la vasija para la recogida del núcleo en caso de que se funda.
- Tratamiento de gases, tanto explosivos (mezcla de oxigeno e hidrogeno) como radioactivos (xenón y kriptón).
- Instalación de reactores subterraneos.
Conclusiones
-Japón no puede prescindir de la energía nuclear y, tras mejorar la seguridad, deberá reabrir sus centrales nucleares.
-A nivel técnico, soluciones hay y el margen económico permite incorporarlas
-Hay que lograr un nivel de seguridad con riesgo cero en las centrales nucleares. Las nuevas centrales de tercera y cuarta generación van por ese camino.
-No se pueden parar los planes de nuevas centrales, pero si asegurar su seguridad.
http://www.our-energy.com/videos/third_generation_nuclear_power_station.html
http://www.areva.com/EN/global-offer-419/epr-reactor-one-of-the-most-powerful-in-the-world.html
Además de que el petroleo se acaba, está su creciente precio y que, presumiblemente siga en esta liena, por el consumo que harán en los próximos años paises como China, la India o el cono sur americano. Dices que las energías "limpias" no son competitivas, pero no son competitivas ahora, sin duda invirtiendo en I+D en este campo se podría mejorar mucho su rendimiento. Lamentablemente cada día se precisa más y más energía porque nadie va a renunciar al nivel de vida que tenemos en el, llamado, primer mundo y no se les puede negar a los que no lo han alcanzado todavía. Creo que, como tu muy bien dices, lo que hay que hacerlas MAS SEGURAS. De todas formas y en periodo de elecciones se va a oir de todo.(al parecer A. Merkel, ya ha dado marcha atrás) Pero insisto en mejorar la tecnología para que las energías renovables sean más rentables
ResponderEliminarEl problema es que, por muy pequeño que sea, siempre existirá un riesgo, y en el caso de un accidente nuclear el precio es extremadamente alto. Creo que la vía, mas que por aumentar la seguridad, que evidentemente se debe hacer, debe ser reducir los efectos en caso de accidente. Me gusta la idea de tratar los residuos para hacerlos inertes, si eso es posible debería hacerse sin dudar.
ResponderEliminarTambién son peligrosas las centrales hidraúlicas. ¿Cuantos muertos produciría un terremoto en una central hidráulica que rompiese la presa? En Fukushima, el terremoto no afectó a la central nuclear y el maremoto estropeó el sistema de alimentación del sistema de refrigeración. Resultado, 23 heridos.
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