ENERGÍA NUCLEAR: EL PODER DEL ÁTOMO

EL DESASTRE NUCLEAR DE CHERNOBYL (y II)


Vuelve a la primera parte
EL REACTOR DE CHERNOBYL.

Como se dijo, el reactor nº 4 de Chernobyl es del tipo llamado RBMK-1000. Los reactores soviéticos RBMK-1000 tienen varias características únicas de enfriamiento.

Cinco de estas características son:

1.- Los reactores son recargados de combustible cuando están en operación. Pocos diseños comerciales de reactores tienen esta distinción. Otros reactores que son recargados en funcionamiento son el CANDU canadiense y los reactores MAGNOX de reino unido. El reactor más nuevo AGR esta también diseñado para manejar la recarga de combustible en operación. Los reactores RBMK fueron diseñados de esta particular forma porque las varillas de combustible podían ser removidas después de una importante etapa en la producción de plutonio para abastecer material de armas para el arsenal nuclear de la antigua Unión Sovietica.

Reactor destruido

2- Por razones económicas usaron uranio ligeramente enriquecido con combustibles. El uranio se encuentra en la naturaleza con sólo del 0.7% de U-235 fisionable y es enriquecido antes de usarse en la mayoría de los reactores. El uso de Uranio ligeramente enriquecido crea varios problemas operacionales, uno de los cuales es la incapacidad del reactor para operar en rangos de energía reducida por algún tiempo; es el fenómeno llamado envenenamiento del reactor. Este fue uno de los factores que contribuyeron al accidente. Desde entonces el combustible del RBMK a sido enriquecido con cerca del 2.4% de U-235 para ayudar a prevenir el envenenamiento.

3.- La reacción es controlada con grafito y enfriada con agua. La combinación del uso de grafito y el enfriamiento con agua no se encuentra en otros reactores. Este es un tema complejo, pero la moderación de la reacción con grafito fue un factor que contribuyó al accidente. El uso de agua como refrigerante también incrementa los riesgos de explosión, como se ha visto en Fukushima, donde el hidrógeno se combinó con el oxígeno, lo que determinó la explosión de algunos de los reactores.

4.- Las varillas de control que detienen la reacción en cadena usaron grafito "agua pesada" en sus filtros. Desde que el reactor es moderado con grafito, causa que la energía del reactor se incremente momentáneamente y se le hace un scram, esto es, un paro de emergencia del núcleo del reactor. Todos los reactores comerciales, con la excepción del RBMK, son diseñados para insertar las varillas de control y detener la reacción en cadena en menos de 3 segundos. El RBMK tomó 18 segundos para insertar completamente las varillas de control y detener la reacción. Este lento movimiento de las varillas de control, combinado con las pequeñas cantidades de grafito existentes y un incremento momentáneo de energía produjo a la postre el accidente.

5.- EL RBMK-1000 soviético no usó una estructura contenedora. Sólo esto habría reducido grandemente la severidad del accidente de Chernobyl.

Vea más imágenes sorprendentes de Chernobyl (nueva pestaña).

REACTORES NUCLEARES

¿Que es un reactor nuclear?

Es una instalación donde se produce, mantiene y controla una reacción nuclear en cadena. Por lo tanto, en un reactor nuclear se utiliza un combustible adecuado que permita asegurar la normal producción de energía generada por las sucesivas fisiones. Algunos reactores pueden disipar el calor obtenido de las fisiones, otros sin embargo utilizan el calor para producir energía eléctrica. El primer reactor construido en el mundo fue operado en 1942, en dependencias de la Universidad de Chicago (USA), bajo la atenta dirección del famoso investigador Enrico Fermi. De ahí el nombre de "Pila de Fermi", como posteriormente se denominó a este reactor. Su estructura y composición eran básicas si se las compara con los reactores actuales existentes en el mundo, basando su confinamiento y seguridad en sólidas paredes de ladrillos de grafito.


Turbinas del reactor
El Combustible:

Material fisionable utilizado en cantidades específicas y dispuesto en forma tal que permite extraer con rapidez y facilidad la energía generada. El combustible en un reactor se encuentra en forma sólida, siendo el más utilizado el Uranio bajo su forma isotópica de U-235. Sin embargo, hay elementos igualmente fisionables, como por ejemplo el Plutonio, que es un subproducto de la fisión del Uranio. En la naturaleza existe poca cantidad de Uranio fisionable (alrededor del 0,7%), por lo que en la mayoría de los reactores se emplea combustible "enriquecido", es decir, combustible donde se aumenta la cantidad de Uranio 235.

Barras de Combustible:

Son el lugar físico donde se confina el Combustible Nuclear. Algunas Barras de Combustible contienen el Uranio mezclado en Aluminio bajo la forma de laminas planas separadas por una cierta distancia que permite la circulación de fluido para disipar el calor generado. Las laminas se ubican en una especie de caja que les sirve de soporte.

Núcleo del Reactor:

Está constituido por las barras de combustible. El núcleo posee una forma geométrica que le es característica, refrigerado por un fluido, generalmente agua. En algunos reactores el núcleo se ubica en el interior de una piscina con agua a unos 10 a 12 metros de profundidad, o bien al interior de una vasija de presión construida en acero.

Barras de Control:

Todo reactor posee un sistema que permite iniciar o detener las fisiones nucleares en cadena. Este sistema lo constituyen las barras de control, capaces de capturar los neutrones que se encuentran en el medio circundante. La captura neutrónica evita que se produzcan nuevas fisiones de núcleos atómicos del Uranio. Generalmente las barras de control se fabrican de Cadmio o Boro.

Moderador:

Los neutrones obtenidos de la fisión nuclear emergen con velocidades muy altas (neutrones rápidos). Para asegurar continuidad de la reacción en cadena, es decir, procurar que los "nuevos neutrones" sigan colisionando con los núcleos atómicos del combustible, es necesario disminuir la velocidad de estas partículas (neutrones lentos). Se disminuye la energía cinética de los neutrones rápidos mediante choques con átomos de otro material adecuado, llamado Moderador. Se utiliza como Moderador el agua natural (agua ligera), el agua pesada, el Carbono (grafito), etc.


Esquema del núcleo del reactor.
Refrigerante:

El calor generado por las fisiones se debe extraer del núcleo del reactor. Para lograr este proceso se utilizan fluidos en los cuales se sumerge el núcleo. El fluido no debe ser corrosivo, debe poseer gran poder de absorción calorífico y tener pocas impurezas. Se puede utilizar de refrigerante el agua ligera, el agua pesada, el anhídrido carbónico, etc.

Blindaje:

En un reactor se produce gran cantidad de todo tipo de radiaciones, las cuales se distribuyen en todas direcciones. Para evitar que los operarios del reactor y el medio externo sean sometidos indebidamente a tales radiaciones se utiliza un adecuado "Blindaje Biológico" que rodea al reactor. Los materiales más usados en la construcción de blindajes para un reactor son el agua, el plomo y el hormigón de alta densidad, cuyo espesor es superior a los 1,5 metros.

Tipos de Reactores nucleares

Existen dos tipos de reactores:

- Los Reactores de Investigación: Utilizan los neutrones generados en la fisión para producir radioisótopos o bien para realizar diversos estudios en materiales.

- Los Reactores de Potencia: Estos reactores utilizan el calor generado en la fisión para producir energía eléctrica, desalinización de agua de mar, calefacción, o bien para sistemas de propulsión.

Existen otros criterios para clasificar diversos tipos de reactores:

Según la velocidad de los neutrones que emergen de las reacciones de fisión. Se habla de reactores rápidos o bien reactores térmicos. Según el combustible utilizado. Hay reactores de Uranio natural (la proporción de Uranio utilizado en el combustible es muy cercana a la que posee en la naturaleza), de Uranio enriquecido (se aumenta la proporción de Uranio en el combustible). Según el moderador utilizado. Se puede utilizar como moderador el agua ligera, el agua pesada o el grafito. Según el refrigerante utilizado. Se utiliza como refrigerante el agua (ligera o pesada), un gas (anhídrido carbónico, aire), vapor de agua, sales u otros líquidos. Estos materiales pueden actuar en cierto tipo de reactores como refrigerante y moderador a la vez. Hay dos tipos de reactores de potencia de mayor uso en el mundo: el Reactor de Agua en Ebullición y el Reactor de Agua a Presión:



Extensión de la nube radiactiva

Reactor de Agua en Ebullición (BWR) Ha sido desarrollado principalmente en Estados Unidos, Suecia y Alemania. Utiliza agua natural purificada como moderador y refrigerante. Como combustible dispone de Uranio-238 enriquecido con Uranio-235, el cual como se sabe, facilita la generación de fisiones nucleares. El calor generado por las reacciones en cadena se utiliza para hacer hervir el agua. El vapor producido se introduce en una turbina que acciona un generador eléctrico. El vapor que sale de la turbina pasa por un condensador, donde es transformado nuevamente en agua líquida. Posteriormente vuelve al reactor al ser impulsada por una bomba adecuada.

Reactor de Agua a Presión (PWR) Es ampliamente utilizado en Estados Unidos, Alemania, Francia y Japón. El refrigerante es agua a gran presión. El moderador puede ser agua o bien grafito. Su combustible también es Uranio-238 enriquecido con Uranio-235. El reactor se basa en el principio de que el agua sometida a grandes presiones puede evaporarse sin llegar al punto de ebullición, es decir a temperaturas mayores de 100 °C. El vapor se produce a unos 600 °C, el cual pasa a un intercambiador de calor donde es enfriado y condensado para volver en forma líquida al reactor. En el intercambio hay traspaso de calor a un circuito secundario de agua. El agua del circuito secundario, producto del calor, produce vapor, que se introduce en una turbina que acciona un generador eléctrico.

SEGURIDAD EN LOS REACTORES NUCLEARES
Sistemas de Control.

Básicamente está constituido por las barras de control y por diversa instrumentación de monitoreo. Las barras de control son accionadas por una serie de sistemas mecánicos, eléctricos u electrónicos, de tal manera de asegurar con rapidez la extinción de las reacciones nucleares. La instrumentación de monitoreo se ubica en el interior o en el exterior del núcleo del reactor y su finalidad es mantener constante vigilancia de aquellos parámetros necesarios para la seguridad: presión, temperatura, nivel de radiación, etc.

Sistemas de Contención.

Constituido por una serie de barreras múltiples que impiden el escape de la radiación y de los productos radiactivos. La primera barrera, en cierto tipo de reactores, es un material cerámico que recubre el Uranio utilizado como elemento combustible. La segunda barrera es la estructura que contiene al Uranio, es decir, se trata de las barras de combustible. La tercera barrera es la vasija que contiene el núcleo del reactor. En los reactores de potencia se denomina vasija de presión y se construye de un acero especial con un revestimiento interior de acero inoxidable. La cuarta barrera lo constituye el edificio que alberga al reactor en su conjunto. Se conoce con el nombre de "Edificio de Contención" y se construye de hormigón armado de, a lo menos, 90 cm de espesor. Se utiliza para prevenir posibles escapes de productos radiactivos al exterior, resistir fuertes impactos internos o externos, soportar grandes variaciones de presión y mantener una ligera depresión en su interior que asegure una entrada constante de aire desde el exterior, de tal forma de evitar cualquier escape de material activado.

Vuelve a la primera parte