La seguridad nuclear se basa en evitar que se produzcan escapes incontrolados de sustancias radiactivas, lo cual es necesario para proteger a los operadores de la central y al público en general. Por esta razón las pastillas de uranio (primera barrera), de una cerámica especial altamente resistente, que es donde se produce la fisión nuclear, se introducen en vainas herméticas (segunda barrera). Estas vainas, conformando un Elemento Combustible, se introducen dentro de una vasija, que junto al circuito primario-moderador forman la tercera barrera; la vasija va dentro de un gran muro de hormigón armado, que constituye el blindaje biológico y permite que trabajen los operadores sin peligro alguno (cuarta barrera).
La vasija y el blindaje biológico van dentro de una esfera de acero que los envuelve (quinta barrera). Esta a su vez, es rodeada de un edificio de hormigón armado con paredes de más de medio metro de espesor, que constituye un nuevo blindaje biológico (sexta barrera, y es una defensa física capaz de soportar los mayores impactos del exterior).
Tan importante como tener una buena selección del sitio, un diseño óptimo y una construcción perfecta, es que, la operación de la instalación sea segura, lo cual se logra con personal altamente calificado.
Uno de los rasgos distintivos de las plantas nucleares en cuanto a la seguridad, está dado por la "redundancia de equipos". Lo que indica que para cumplir una determinada función de seguridad, si son necesarios 2 equipos, las centrales cuentan con 3 ó 4 de ellos dependiendo de la función que deban cumplir.
Además están diseñadas con "criterios de diversidad". Esto se refiere a tener distintos tipos de medición de una misma señal o distintos fabricantes, para evitar fallas de modo común, es decir que involucren a más de un componente a la vez. Por último también tratando de evitar este tipo de fallas (ej: incendios), que impliquen la pérdida de equipos que cumplen una misma función, se encuentren físicamente separados unos de otros.
¿Qué sucedió exactamente en Chernobyl? ¿Por qué ocurrió? ¿Qué impacto ecológico causó?
El accidente ocurrido en la madrugada del 26 de abril de 1986 consistió, básicamente, en una conjunción de fallas humanas y de diseño de la planta. Se originó en una serie de pruebas que, con el fin de mejorar la seguridad, se iniciaron en el reactor. La idea era verificar que la inercia de una turbina era suficiente, si se producía una interrupción abrupta de la alimentación eléctrica, para que los generadores mantuvieran en funcionamiento al sistema de refrigeración hasta que arrancasen los generadores diesel de emergencia.
En los reactores "occidentales" esta eventualidad está prevista en el diseño del reactor, admitiéndose una demora de hasta 30 segundos de los diesel que deben cubrir la falla. Por aquí, este tipo de pruebas está prohibido o se encuentra estrictamente reglamentado.
En la unidad 4 de la Central de Chernobyl, se intentó ese experimento después de haberlo realizado, con éxito, en la unidad número 3. Para llevarlo a cabo, era necesario llevar el reactor a un 30 % de su potencia de funcionamiento (3200 MW térmicos).
El 25 de abril, a la 01:00 se comenzó a bajar potencia y a las 13:00 hs el reactor ya estaba funcionando a un 50 % de potencia, cuando se desconectó una de las dos turbinas. En ese punto, las autoridades del sistema pidieron que se lo mantuviera por necesidades de la red eléctrica. La central quedó esperando la autorización para iniciar la experiencia, cosa que ocurrió a las 23:00.
A las 23:10 se bajó la potencia del reactor. Por un error de operación (PRIMER ERROR) la potencia se bajó a un 1 %, provocando la condensación del vapor presente en el núcleo. Como el agua absorbe más neutrones que el vapor, esto introdujo reactividad negativa.
Si la "reactividad" es cero la reacción en el núcleo se autosostiene y la población neutrónica se mantiene constante; entonces, se dice que el reactor está crítico. Si es positiva la población neutrónica crece y, por lo tanto, la potencia del núcleo aumenta. Si es negativa la población neutrónica disminuye y el reactor tiende a apagarse. Adicionalmente - al bajar la potencia del reactor - la concentración de Xe131 subió, introduciendo un fuerte aporte negativo adicional de reactividad. Es un "producto de fisión" que actúa como gran absorbente de neutrones. Esta situación produjo preocupación en los operadores, ya que el reactor se apagaba inexorablemente. Entonces, decidieron extraer todas las barras de control del núcleo, algo que no estaba permitido por los manuales de operación (SEGUNDO ERROR). Fue posible porque el diseño no contemplaba el enclavamiento del mecanismo.
Con el reactor operando prácticamente sin barras, se alcanzó un 7 % de potencia, en un estado de alta inestabilidad. (Las barras de control absorben los neutrones excedentes, manteniendo al reactor estable o crítico. Su remoción introduce reactividad positiva).
El reactor poseía un sistema automático de control de caudal por los canales. Al trabajar a tan baja potencia, el sistema hubiese tendido a la parada. Para evitarlo, los operadores desconectaron el sistema de parada por caudal e iniciaron el control manual del mismo (TERCER ERROR). Nuevamente, la falta de enclavamientos permitió esta maniobra.
En ese momento, todo el refrigerante estaba condensado en el núcleo. A las 1:23:04 del 26 de abril de 1986, se decidió desconectar la turbina de la línea de vapor, para iniciar la prueba. Para poder hacerlo, los operadores tuvieron que hacer lo propio con otros sistemas de emergencia (CUARTO ERROR).
Al desconectar la turbina, las bombas comenzaron a alimentarse por la tensión provista por el generador durante su frenado inercial. La tensión fue menor y las bombas trabajaron a menor velocidad. Entonces, se formaron burbujas de vapor en el núcleo, insertando una altísima reactividad y, por lo tanto, un brusco incremento de potencia.
A la 1:23:40 el operador quiso introducir las barras de corte. Pero, ya era tarde! Para ese entonces, el reactor ya estaba a varias veces su potencia nominal.
La presión en los tubos subió rápidamente, provocando su ruptura. Estallaron!!!, levantando el blindaje de la parte superior del núcleo.
Algunos fragmentos de combustible y grafito en llamas fueron lanzados hacia afuera, cayendo sobre el techo de turbinas adyacentes, causando una treintena de incendios. Para las 5:00, los bomberos habían apagado a la mayoría de ellos, con un terrible costo en vidas por la sobreexposición.
Luego de fracasar en su intento de inundar al núcleo, los soviéticos decidieron cubrirlo con materiales absorbentes de neutrones y rayos gamma (plomo, sustancias boradas, arena, arcilla, dolomita). Del 28 de abril al 2 de mayo, se dedicaron a hacerlo desde helicópteros. Cavaron un túnel por debajo de la central, para introducir un piso de hormigón y evitar la contaminación de las napas de agua subterránea. Así consiguieron que cesaran las grandes emisiones de material radiactivo.
El reactor fue finalmente recubierto con un "sarcófago" de hormigón, que provee un blindaje suficiente como para trabajar en los alrededores. Para evacuar el calor residual, se instalaron ventiladores y filtros.
La consecuencia inmediata del accidentes fue la muerte de 31 personas, 2 por la explosión y 29 a causa de la radiación. Todas formaban parte del personal de la planta.
Muchas hectáreas de campo quedaron inutilizadas por la deposición de material radiactivo. Teniendo en cuenta las dosis recibidas por los 135.000 habitantes de los alrededores, los modelos matemáticos predicen un incremento de menos del uno por ciento sobre la tasa normal de cáncer (20 %) en el área.
¿Durante cuánto tiempo pueden guardarse con seguridad los residuos nucleares, de Atucha I y Embalse, en piletas junto a los reactores?
El almacenamiento de los elementos combustibles ya gastados bajo el agua, en piletas junto a los reactores de Atucha I y Embalse, está previsto por un tiempo mínimo de 50 años. En Embalse, por una cuestión de capacidad, también se están utilizando silos para almacenarlos en seco, luego de haber decaído su radioactividad durante más de 5 años en las piletas; también en este caso, esos residuos de la generación nucleoeléctrica podrán quedar ahí durante 50 años.
Tratamiento que reciben actualmente los residuos radioactivos.
Los repositorios, o lugares de disposición final de los residuos, tienen por objetivo el aislamiento de los residuos de la biosfera y son sistemas diseñados utilizando el criterio de barreras múltiples; es decir, son barreras ingenieriles (hormigón, matrices vítreas, contenedores metálicos, etc.) y geológicas (formaciones rocosas adecuadas), independientes y redundantes de manera tal que la falla de una de ellas no comprometa la seguridad del sistema. Uno de los objetivos fundamentales de los repositorios es evitar el contacto de los residuos con el agua.
Nuestro país tiene en operación un repositorio para residuos de baja actividad y, en estudio, uno para residuos de media actividad. En la década pasada se comenzó a estudiar el probable emplazamiento de un repositorio geológico para residuos de alta actividad. Después de un relevamiento en todo nuestro territorio, se decidió que Gastre (en Chubut), por sus características, podría ser uno de los lugares apropiados, hasta que en agosto de 1993 el proyecto fue oficialmente descartado por la CNEA.
Los elementos combustibles quemados de una central nuclear, una vez descargados del reactor, son almacenados en piletas bajo agua para su decaimiento radiactivo y enfriamiento, puesto que tienen alta actividad. Luego de un cierto tiempo, pueden permanecer en esas piletas, como en Atucha I, o ser almacenados dentro de contenedores estancos de acero inoxidable en silos especiales de hormigón, como está sucediendo en Embalse. En ambos casos, se trata de almacenamientos transitorios, hasta que nuestro país decida su destino posterior. Es importante aclarar que las piletas y los silos mencionados están dentro de cada central nuclear, en zonas controladas bajo condiciones de total seguridad. Esta práctica es empleada en todos los países comprometidos con la actividad nuclear. Los elementos combustibles "quemados" podrán permanecer así hasta que la evolución de la tecnología y de los requerimientos energéticos determine cuál es el camino posterior más indicado; no debe olvidarse que representan un valioso recurso potencial por contener plutonio, que puede ser el combustible para una nueva generación de reactores.
Los países que utilizan energía nuclear en beneficio de sus habitantes deben ser responsables de los subproductos y consecuencias que generan sus instalaciones. Por lo tanto, deben gestionar apropiadamente sus propios residuos, de modo tal que no signifiquen un riesgo para el hombre y su ambiente tanto para las generaciones presentes como para las futuras. Hasta el presente, ningún país ha exportado los residuos radiactivos generados en sus instalaciones nucleares a otros países.
Francia e Inglaterra reprocesan comercialmente elementos combustibles quemados para países que no cuentan con las instalaciones necesarias; los residuos generados en este proceso los retornan, convenientemente acondicionados, al país de origen para su disposición final.
De acuerdo a algunos cálculos, habría en la actualidad alrededor de 100.000 toneladas de residuos radiactivos que podría ser interesante enviar al sol para librarse de ellos. Es algo así como el peso de un gran transatlántico. Desde el punto de vista económico, es inimaginable esa solución con las actuales tecnologías espaciales. Todavía se habla de cientos de dólares para cada kilogramo de carga puesto en órbita.
Además, nadie puede asegurar la confiabilidad absoluta de los lanzamientos con cargas peligrosas. En estos días, quedó nuevamente demostrado con el fracaso de la nave rusa Marte96; se intentó enviarla a ese planeta mediante un cohete Protón pero terminó en el Océano Pacífico, desparramando una pequeña cantidad de plutonio que llevaba para alimentar sus fuentes de energía.
Por otra parte, por qué enviar los combustibles nucleares gastados al espacio cuando encierran elementos (por ejemplo plutonio) que, seguramente, serán imprescindibles para generar energía en el futuro??
Hay tiempo para eso; podemos esperar cientos de años, hasta estar seguros de que ya no los necesitaremos. Dentro de varios siglos, seguramente será casi trivial enviar grandes cargas al sol y estarán disponibles otras formas de energía, quizás la fusión, para cubrir las necesidades.
Mientras tanto, no tiremos elementos que pueden resultar valiosos. Guardémoslos con infinitos cuidados, como se está haciendo, desarrollemos tecnologías para garantizar ese adecuado manejo.
El problema es garantizar que ciertos materiales críticos no lleguen a estar en poder de gobernantes fuera de control o de organizaciones terroristas, que puedan utilizarlos para fabricar bombas nucleares
El almacenamiento en seco de los elementos combustibles gastados (denominados comúnmente quemados por asimilación a los combustibles fósiles después de su combustión) es una de las dos alternativas existentes para almacenarlos. La otra es la vía húmeda, que consiste en piletas con agua en circulación en las que se los sumergen, colocados en bastidores (perchas) o dentro de recipientes.
En seco, los elementos combustibles gastados son almacenados sin necesidad de agua en circulación, para su refrigeración. En este caso, el medio es un gas inerte o aire, y la transferencia de calor ocurre por convección natural. Se trata de un medio pasivo de refrigeración, que no necesita prácticamente ningún mantenimiento.
En Argentina - al igual que en otros países como Canadá, EEUU y Alemania - se construyeron instalaciones destinadas a este fin para cubrir necesidades propias de la Central Nuclear de Embalse.
Elementos combustibles quemados hace tiempo, con más de 6 años de residencia en piletas junto al reactor, son depositados en cofres estancos y estos -a su vez- almacenados en cámaras (silos), de hormigón armado reforzado, todo dentro de los límites de la central nuclear.
Las paredes de los silos, de 85 cm de espesor, absorben la radiación y el calor que emiten los elementos combustibles quemados en su decaimiento.
EFECTO DE LAS RADIACIONES.
Está demostrado que el hombre puede soportar 250 mSv (miliSievert, unidad usada para medir la radiactividad) producidos por las radiaciones sin percibir ningún efecto detectable, e incluso este valor puede alcanzar los 1.500 mSv, recuperándose en algunas semanas. Además no hay que olvidar que el hombre ha vivido normalmente en un ambiente radiactivo (2,4 mSv/año).
A pesar de todo lo mencionado, y como un desafío más, se tiende a que las centrales nucleares en operación normal aporten un porcentaje mínimo de la radiactividad natural (0,05 mSv); con lo cual sus efectos serán inferiores a los de la propia naturaleza.
CONTROL DE LAS RADIACIONES
En operación normal, los productos radiactivos están confinados dentro de la pastilla de uranio. Para evitar su escape, se fabrica el combustible con la máxima calidad y se diseña la central de forma tal que el combustible no sufra daño durante la fabricación. Márgenes de seguridad adecuadas en el diseño del núcleo, y un sistema de protección automático, impiden las maniobras erróneas que puedan dañar al combustible.
Sin embargo, a pesar de las precauciones anteriores, se presupone la hipótesis de que haya fugas en el combustible, que pudieran contaminar el agua de refrigeración que circula por la vasija; también se postula la hipótesis de fugas en la vasija y sus tuberías asociadas. Por esta razón, se instala un sistema para el tratamiento de las fugas de los equipos de la central, y se impide que estos efluentes traspasen de forma incontrolada la contención.
Para asegurar que el público no sufra ningún daño los operadores de las centrales están obligados a medir la radiactividad del ambiente, y comprobar, mediante controles en el agua, aire, suelo y alimentos, que las personas que viven en los alrededores, puedan respirar, beber y comer los alimentos de la zona sin peligro alguno. Estos controles también son realizados en forma independiente por el Ente Regulador.
¿Puede explotar espontáneamente un repositorio?
Un repositorio nuclear no puede explotar, a no ser que le pongan una bomba a propósito. No es posible una reacción de fisión en cadena, como dentro de los reactores, porque su coeficiente de reactividad es negativo. Incluso, si se apilaran compactados todos los elementos combustibles gastados también sería negativo; por eso son residuos: si todavía tuvieran reactividad serían combustibles. Por otra parte, no puede darse una explosión química, como las de la pólvora, porque no son químicamente inestables, ni siquiera a altas temperaturas.
¿Es posible apresurar la degradación de los materiales radiactivos y así disminuir su peligrosidad?
Sí, es posible. Ese proceso se llama "quemado de actínidos". Se logra irradiando esos materiales peligrosos con protones o neutrones. Los núcleos radiactivos absorben las partículas y transmutan a isótopos de decaimiento más rápido, convirtiendo "residuos de alta" -miles de años- en "residuo de media" -cientos de años. Pero, la limitación es económica: con la tecnología actual, es muy caro porque consume mucha energía. Hay líneas de investigación en marcha para mejorar el proceso; por ejemplo, se trabaja con ciertas energías particulares -resonancias- donde se incrementa notablemente la probabilidad de que las partículas sean absorbidas.
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