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Contraluz. Asociación Cultural Cerdá y Rico. Cabra del Santo Cristo

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Caída libreCIENCIA

eMerGenCia nuClear en FuKuSHiMa:HeCHoS Y ConCluSioneS

ignacio Porras SánchezProfesor Titular y Director del Departamento de

Física Atómica, Molecular y Nuclearde la Universidad de Granada

El Sábado 12 de Marzo de este mismo año de 2011, solamente un día después del devastador terremoto producido en la costa este de Japón, recibí el siguiente mensaje de una alumna de la Licenciatura en Física:

“…como no tengo mucho conocimiento de la materia espero que quizás usted me pueda ayudar. El caso es que mi prima está ahora mismo en Tokio y está indecisa si quedarse o irse por el tema de la central nuclear que esta a apenas 250 km. yo pienso que se debería ir de ahí cuanto antes pero como no tengo mucha idea quería saber lo que opina usted de la peligrosidad de quedarse ahí y como ve las probabilidades de que explote el reactor. Le estaría muy agradecida si me puede aportar información útil para convencerla de que se tiene que ir de ahí o en caso contrario para tranquilizar a la madre.”

éste fue uno de esos momentos en los que uno refl exiona y se da cuenta de la responsabilidad que tenemos, aparte de nuestro trabajo cotidiano, los profesores de la universidad con la sociedad en su conjunto. esta es una situación en la que somos supuestos expertos de una disciplina, como la Física nuclear, sobre la que se conoce relativamente poco en términos de cultura general, y debemos ofrecer nuestro conocimiento a una sociedad preocupada por unos acontecimientos sobre los que le llueven numerosas noticias alarmantes.

durante algo más de tres semanas, recibíamos continuos mensajes de alarma de todos los medios de comunicación sobre la situación de emergencia producida en las centrales nucleares de Fukushima dai-ichi, Fukushima dai-ni y onagawa, llegándose a hablar de “Apocalipsis Nuclear”. durante aquellos días, se produjo un aluvión de noticias que hablaban de “tasas de radiación de miliSievert/hora”, de “explosiones de hidrógeno en el edifi cio

Emergencia nuclear en Fukushima: hechos y conclusiones

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de contención”, de “posible fusión del núcleo del reactor” y otras cuestiones sobre las que el presente artículo desea dar algo de luz.

Pero al mismo tiempo de ilustrar estas incógnitas, tratando de aportar un resumen científico-técnico sobre el funcionamiento y seguridad de un reactor nuclear, este artículo pretende también un objetivo mucho más ambicioso: tratar de tranquilizar nuestro miedo atávico ante lo invisible y desconocido que se refleja de manera paradigmática en lo referente a la radiación nuclear. Así ha sucedido a lo largo de la historia con otros avances científicos. simplemente como ejemplo anecdótico, en la recientemente emitida serie de televisión “downton abbey”, aparecía la figura de Lady violet Crawley, anciana condesa de Grantham (por cierto, papel interpretado magistralmente por Maggie Smith), la cual sentía terror ante recientes avances tecnológicos como la luz eléctrica y el teléfono, a los que consideraba “productos del demonio”.

Por otra parte, aunque la radiación nuclear sea invisible al ojo humano, es claramente detectable. En nuestro laboratorio de Física Nuclear de la universidad de Granada, los alumnos miden, con un detector de barrera de superficie no muy costoso, de forma muy clara y en cuestión de segundos, la radiación emitida por menos de 0.01 micro-gramo (0.00001 miligramo) de radio-226, y la de los subsiguientes productos de desintegración (forma parte de una cadena radiactiva), detectándose la presencia de hasta tres isótopos de polonio, alguno de ellos presentes en cantidades verdaderamente insignificantes, del orden del pico-gramo.

quisiera que esta introducción nos ayudara a desprendernos de cualquier prejuicio, positivo o negativo, sobre la energía nuclear, antes de abordar, con la mayor objetividad, el análisis de los sucesos de esta primavera en Japón, como lo hice yo al tener que responder a la consulta de mi alumna.

una breve introducción histórica sobre la energía nuclear

La posibilidad de obtener energía de los núcleos atómicos ya fue concebida por el propio descubridor de los mismos, ernest rutherford, a primeros del siglo xx, quien observó, a partir de las primeras reacciones nucleares encontradas, como la desintegración alfa, lo siguiente:

“El calor desprendido es enorme, comparado con el que puede emitirse en cualquier reacción química conocida… Los átomos de la materia deben consecuentemente entenderse como unos enormes depósitos de energía que solamente es liberada mediante la desintegración del átomo…”

No fue, sin embargo hasta los años treinta, cuando se descubrió la posibilidad de producir una reacción en cadena en la cual la desintegración de un núcleo produjera la de otro, y así sucesivamente, en un proceso continuo que liberara energía. esto fue posible


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gracias a las observaciones del italiano Enrico Fermi y la austriaca Lise Meitner, entre otros, que supuso la concesión del premio nobel de Física al primero de ellos en 1938.

Pero este descubrimiento llegó en el peor momento de la historia. en el contexto del inicio de la segunda guerra mundial, pronto se pensó en que la reacción de fisión podría explotarse de forma incontrolada e instantánea, concibiéndose la bomba atómica. debido al miedo de que la alemania nazi lograse una supremacía mundial e incluso pudiese explotar de esa forma los recientes descubrimientos, ilustres científicos mundiales, entre los que se incluía albert einstein, instaron a los estados unidos a desarrollar el denominado “Proyecto Manhattan”, que conduciría a la fabricación de las primeras bombas atómicas. dicho proyecto se desarrolló a contra reloj en un laboratorio fantasma que se construyó en nuevo Méjico en el máximo secreto: el Laboratorio nacional de Los álamos, el cual solamente existía, a efectos de correspondencia, como un apartado de correos de la ciudad de Santa Fe. he tenido la posibilidad, durante una estancia de investigación reciente, de visitar dicho centro, ahora uno de los laboratorios de investigación más importantes del mundo, que incluye un museo en el que se exhibe una película documental del desarrollo de dicho proyecto. en la filmación se muestra el primer ensayo de explosión, con el hongo característico alzándose por primera vez sobre el desierto de Nevada mientas se oye la voz en off del director del proyecto, robert oppenheimer, exclamando: “¡Dios mío! ¿Qué hemos hecho?”

Tras la segunda guerra mundial, pronto se concibió la reacción de fisión nuclear como una fuente de energía ideal. Tal fue así, que comenzó a pensarse en la misma durante los años cincuenta, como la panacea de la obtención de energía barata, prácticamente inagotable y sin producir emisiones tóxicas al medio ambiente, y durante los años sesenta y setenta se construyeron numerosas centrales nucleares en los países más desarrollados del mundo.

Sin embargo, desde dichos años setenta, comenzó una reacción social de oposición a dicha energía por el temor a los riesgos de los productos radiactivos de las mismas y también por una relación entre tecnología nuclear y armamento. dicha oposición se avivó enormemente tras los accidentes de las centrales nucleares de Three Mile island, en estados unidos (pese a que no hubo víctimas), y sobre todo al gran conocido de Chernobyl, en ucrania. dicha reacción popular, y una cierta aquiescencia de los distintos gobiernos (salvo excepciones) convirtieron a la energía nuclear en la “paria” de las distintas fuentes de energía durante los años 90.

Ahora, a principios del siglo XXi, tras la sensibilización de la población ante la emisiones de gases de efecto invernadero de las centrales térmicas y la preocupación por el cambio climático, se abre una nueva era para la producción de energía, y a la espera de mejoras tecnológicas sobre las fuentes de energía renovables que las hagan más rentables, se reabre el debate sobre el papel que la energía nuclear debe jugar en la necesidad mundial creciente de suministro de energía.


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el núcleo atómico

el átomo se compone de una corteza externa, formada por una nube difusa de electrones y un minúsculo núcleo, donde se encuentra la práctica totalidad de la masa del mismo. Si el átomo tuviera un diámetro del tamaño de un estadio de fútbol, el núcleo sería como un balón situado en el centro del campo. Es en este núcleo donde se producen reacciones como las de desintegración, transmutación o fisión, mediante las que un elemento puede transformarse en otro intercambiando cantidades enormes de energía, desde un punto de vista microscópico.

El núcleo atómico se compone de protones y neutrones. Los protones son partículas de carga opuesta a la del electrón, pero unas 1837 veces más pesados, mientras que el neutrón, de masa similar a la del protón, es eléctricamente neutro, y es prácticamente invisible para las cortezas electrónicas de los átomos y moléculas.

Los núcleos atómicos se caracterizan y denotan mediante dos números, el número atómico, Z = número de protones, el cual caracteriza el elemento químico, y el número másico A = número de protones y neutrones, que nos permite distinguir isótopos (núcleos que corresponden al mismo elemento y únicamente difieren en el número de neutrones, y por tanto en su masa). La notación empleada es XA

Z , donde X representa el elemento químico. Puede omitirse el valor de Z pues es redundante con dicho elemento (ej. el oxígeno (o) corresponde a Z=8, el silicio (Si) corresponde a Z=14, etc.). Así, podemos denotar los dos isótopos del uranio que existen en la naturaleza como UU, 238

92235

92, también denominados

respectivamente como uranio-235 y uranio-238.

En la naturaleza, además de los numerosos isótopos estables de los elementos conocidos, se encuentran algunos isótopos radiactivos, que se transforman en otros núcleos emitiendo

esquema de un átomo. Los electrones se representan or-bitando simbólicamente (en realidad, se comportan como nubes de carga), mientras que en el centro, se representa

el núcleo, con sus protones y neutrones.


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radiación de alta energía. Este procedimiento, denominado históricamente desintegración radiactiva, puede ser un proceso muy rápido o muy lento, dependiendo del núcleo concreto, de forma que se extinguen prácticamente los núcleos radiactivos de una muestra cuando transcurre unas pocas veces el denominado periodo de semidesintegración (tiempo en el que se desintegra la mitad de los núcleos), denotado por T.

Los tipos de desintegración son tres:

• desintegración alfa (α), en la que se emite un núcleo de 4he, denominado partícula α. ejemplo:

donde se expresa la energía con la que se emite la partícula α.• desintegración beta (β), que tiene dos modalidades:

En estas desintegraciones se emite un electrón (e-) o un positrón (e+), su antipartícula (misma masa y carga opuesta). Además de éstas se emiten unas partículas sin carga y prácticamente sin masa denominadas neutrinos de las que no hablaremos aquí, pues son prácticamente inocuas (millones de neutrinos de los rayos cósmicos atraviesan nuestro cuerpo cada segundo sin producir efecto alguno). Las energías mencionadas entre paréntesis corresponden a las energías máximas con las que salen las partículas detectables (e- o e+).

• emisión gamma (γ): no es una desintegración propiamente dicha, sino la liberación de energía, en forma de un fotón, de un núcleo que pasa de un estado excitado de energía a otro de energía menor:

un fotón, aunque puede comportarse como una partícula, es un paquete de energía de la radiación electromagnética. Los rayos gamma son haces de fotones de mucha más energía que los de la radiación visible, ultravioleta e incluso que los rayos x, y son los que se emplean en los tratamientos de radioterapia del cáncer. es muy corriente que después de una desintegración beta se produzca emisión gamma, de uno o varios fotones.

En las desintegraciones anteriores, se ha empleado una unidad de energía denominada Mega-electrón voltio (Mev), que corresponde a un millón de electrón-voltios (ev). es ésta


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una unidad usual para designar la energía cinética de las partículas subatómicas. un MeV corresponde a una energía alta, por que las partículas o fotones de energías de este orden son capaces de ionizar los átomos y moléculas de un medio, por lo que se las llama radiaciones ionizantes. Por ejemplo, un fotón de luz amarilla tiene una energía de 2,6 ev, y los rayos x suelen tener energías de decenas de kiloelectrón voltios, por lo cual son más penetrantes. un rayo gamma de 1 Mev puede atravesar un metro de tejido humano, y para aislarnos de ellos es preciso emplear materiales más densos, como el plomo, que sean capaces de absorberlos. Sin embargo, las partículas materiales como las emitidas en la desintegración beta tienen alcances menores en el medio, y aún menor es el de una partícula alfa como la del ejemplo anterior, siendo suficiente una hoja de papel para detenerla. no obstante, su poder de ionización del medio a lo largo de su alcance es el más elevado, siendo las más peligrosas si se emiten dentro de un órgano crítico, pero inofensivas si se emiten desde el exterior del cuerpo, puesto que se absorben en las primeras capas de células muertas de la piel. el isótopo del ejemplo anterior, el Polonio-210, fue el responsable de la muerte del agente de inteligencia ruso alexander Litvinenko, al ingerirlo en grandes cantidades y distribuirse por el interior del cuerpo, produciéndole un Síndrome Agudo de Radiación.

Por último, es conveniente ilustrar ahora las desintegraciones que sufren los dos isótopos de uranio que se encuentran en la naturaleza:

pero con unos periodos tan grandes que corresponden a una muy baja tasa de radiación emitida, especialmente para el u-238. Como su periodo es similar a la edad del sistema solar, solamente se ha desintegrado un 50% del que se formó, por lo cual es tan abundante en la tierra. El otro isótopo tiene un periodo inferior, y por esto se encuentra en la naturaleza en una proporción menor, de forma que actualmente el uranio natural contiene alrededor del 99% de u-238 y un 1% de u-235, mientras que cabe esperar que ambos se hubiesen formado en la misma cantidad en el origen del sistema solar. Es precisamente este último isótopo el que produce energía mediante la reacción de fisión.

La fisión nuclear: dos opciones para una reacción en cadena.

La fisión nuclear es una reacción en la cual un neutrón es capturado por un núcleo de u-235, el cual se rompe en dos fragmentos x e y, liberándose a su vez unos pocos neutrones y una importante cantidad de energía:


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Esta reacción se produce con mayor probabilidad cuanto menor es la energía del neutrón incidente, porque cuanto más rápido viaja, es más probable que pase de largo por los núcleos de u-235 sin producir la fisión. esta reacción, descubierta por enrico Fermi, Lise Meitner y otros, y que valió el premio nobel de Física al primero de ellos en 1938 posee una característica interesante: al liberarse también neutrones en dicha reacción, e incluso un número mayor de los requeridos inicialmente, podrían a su vez inducir otras fisiones, produciendo una reacción en cadena. dado que el número de núcleos en cualquier muestra de material es enorme, este procedimiento podría producir unas cantidades fabulosas de energía, que se obtiene de la masa que se pierde en la reacción, mediante la famosa ecuación de Einstein E = m c2. de esta forma, puede calcularse fácilmente que la fisión de un solo gramo de u-235 libera unos 22000 kWh, una cantidad similar a la obtenida mediante la combustión de 2,7 toneladas de carbón-hulla o 1,9 toneladas de petróleo.

Pero, como hemos mencionado anteriormente, el u-235 solo se encuentra en la naturaleza en una proporción muy baja. el isótopo más abundante, el u-238, no fisiona, sino que sufre la siguiente reacción con neutrones:

en la cual el neutrón se pierde, aunque se forma un isótopo de plutonio (Pu-239) que sí es fisible. La presencia de u-238 por tanto consume neutrones de los necesarios para mantener la reacción en cadena de fisión.

Por todo esto, pronto se determinó que existían dos posibilidades para producir reacciones de fisión en cadena:

• si tenemos u-235 en una muestra de uranio en pequeña proporción, para conseguir que alguno de los neutrones rápidos salientes de una reacción vuelvan a producir otra fisión era necesario frenarlos, para convertirlos en neutrones lentos para los cuales la reacción de fisión es más probable. este proceso se conoce como moderación y así se consigue una reacción en cadena controlada, en la que algunos neutrones se consumen por u-238, otros escapan de la muestra de uranio, pero por cada reacción inicial, un neutrón es capaz de producir una nueva. el moderador debe ser una sustancia que frene los neutrones en unas pocas colisiones sin capturarlos, y puede ser agua, agua pesada o grafito. este es el fundamento de los reactores de las centrales nucleares. Aun con la moderación de neutrones, es normalmente necesario enriquecer el uranio natural para que adquiera una proporción de u-235 en torno al 3%.


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• si no se moderan los neutrones, la única posibilidad de reacción en cadena es que tengamos u-235 puro (mediante un proceso de separación de isótopos muy costosa, pues químicamente los dos isótopos se comportan igual). en este caso, los propios neutrones rápidos podrían producir dos o tres nuevas reacciones por cada fisión, dando lugar a una reacción en cadena incontrolada y explosiva. Para ello es necesario concentrar únicamente u-235 en una gran cantidad (lo que se conoce como masa crítica) de forma compacta, dando lugar a una bomba atómica. es absolutamente imposible que se concentre dicha masa en una central (aun en caso de accidente) debido a que el u-235 siempre se encuentra en una pequeña proporción.

Por último, mencionar que el Plutonio-239 anteriormente mencionado es un núcleo fisible aún más rentable que el u-235, ya que se emiten más neutrones por fisión y se libera un poco más de energía. sin embargo, es un elemento que no existe en la naturaleza. Puede producirse en las propias centrales nucleares como consecuencia de las capturas por u-238 anteriormente mencionadas. de hecho, durante la guerra fría se diseñaron algunas centrales nucleares para producir óptimamente dicho isótopo para emplearlo en armamento en lugar de enriquecer el u-235.

Elementos de un reactor de fisión

olvidémonos de las indeseables aplicaciones armamentísticas y vamos a construir un reactor nuclear. Para ello necesitamos, en primer lugar, el combustible: el uranio. supongamos que disponemos de uranio enriquecido (3% de u-235, 97% de u-238), en forma de barras recubiertas por un material que resista al agua, que aísle bien el uranio y no consuma neutrones (ejemplo: circonio).

Para que el reactor funcione, necesitamos que en media, por cada fisión producida, en la que se emiten 2,4 neutrones, uno y solo uno de esos neutrones vuelva a producir una reacción. Para que esto sea posible, necesitamos un moderador, que frene los neutrones rápidos emitidos en una de las barras y pueda producir otra fisión dentro de otra barra, sin escapar del reactor. en todas nuestras centrales nucleares, y en el 86% de todas las del mundo se emplea agua. Los otros posibles moderadores, como el agua pesada o grafito, son los empleados en los reactores diseñados para producir plutonio. optamos por el agua, con la que se llena una vasija donde se introducen las barras de uranio.

Ahora necesitamos aprovechar la energía liberada en forma de calor, y enfriar el reactor, por lo que necesitamos un refrigerante. este puede ser el propio agua, como sucede en todos los reactores moderados por ella. en los reactores moderados por grafito, no es recomendable la refrigeración por agua, y solo se daba esta posibilidad en unos pocos reactores como los del tipo rMbk de Chernobyl. Los reactores moderados por grafito suelen emplear gas como refrigerante.


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ya casi tenemos nuestro reactor. solo necesitamos que el agua discurra por un circuito (circuito primario), que intercambie el calor con otro circuito (secundario) donde pueda producirse vapor que alimente una turbina y se condense en una torre de refrigeración. La turbina producirá mediante un generador energía eléctrica de forma continua.

Pero nos falta algo, y para darnos cuenta debemos ponernos en el pellejo de los neutrones desde que son emitidos en una reacción de fisión hasta que producen una nueva reacción (y solo una). supongamos 1000 fisiones en un instante concreto, emitiendo unos 2400 neutrones. Los neutrones rápidos emitidos son frenados hasta convertirse en lentos, pero supongamos que durante este proceso se escapan unos 400 del reactor, 500 son absorbidos por el u-238 y el resto de los materiales del reactor (refrigerante y otros, como los propios productos de la fisión dentro de las barras) absorben otros 500. en ese caso, tendremos al final del ciclo otras 1000 fisiones y la potencia del reactor se mantendría. esta es la situación deseada y se conoce como régimen crítico. Ahora bien, si se absorben más neutrones, en cada ciclo se producirán menos fisiones y a la larga el reactor se detendría (régimen subcrítico). Si por el contrario, en un ciclo se absorben menos neutrones, aumentaría el número de fisiones y por lo tanto la potencia liberada (régimen supercrítico). Por tanto, es necesario regular dicho número de absorciones, para aumentarlas cuando se dan en menor medida y disminuirlas en caso contrario, manteniendo la potencia controlada. de esto se encargan los llamados controladores. son sustancias que absorben neutrones con mucha facilidad, como el cadmio. Si se introducen barras del mismo en mayor o menor medida entre las barras del combustible se acelera o frena la reacción en cadena, consiguiendo mantener la potencia.

éstos controladores se introducen de forma automatizada, formando parte de los numerosos sistemas de seguridad de una central. Su introducción completa apaga rápidamente el reactor.

esquema de un reactor nuclear: en este caso (reactor PWr) el agua del circuito primario está a presión,no produciéndose vapor en el mismo.


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Por último, mencionaremos que se conoce como veneno cualquier sustancia, distinta al propio uranio, que captura neutrones, y que por tanto reduce el número de los mismos. Este puede ser el propio refrigerante, si no es también el moderador, así como los propios residuos de la fisión. entre ello, un isótopo de relevancia es el xenon-136, que es uno de los posibles productos de la fisión del u-235 y se forma durante el funcionamiento de un reactor. Este isótopo tiene una altísima probabilidad de absorber neutrones, reduciendo la reactividad pero se va asimismo perdiendo al absorber los mismos. Si se detiene un reactor, para reencenderlo habría que esperar a que se desintegre ya que absorbería los neutrones que necesitamos para reiniciar la reacción. Como su periodo de desintegración es de 9 horas, hay que esperar un mínimo de varios días para que el reactor vuelva a funcionar.

Productos y subproductos de las reacciones de fisión

hasta aquí todo es maravilloso respecto a la producción de energía nuclear. un combustible abundante, del que no se necesita mucha cantidad, una cantidad de energía importante, de forma estable y continua, sistemas de seguridad que mantienen la potencia liberada, ninguna emisión de contaminantes (sólo se emite vapor de agua). debe de haber alguna “pega”, pues de otra forma no se cuestionaría la energía nuclear.

La “pega” fundamental es que las reacciones de fisión producen diversos productos (los que denominábamos x e y porque no son siempre los mismos en cada reacción) que son núcleos radiactivos. La razón de ello radica en cuestiones de física fundamental: las fuerzas que ligan a protones y neutrones tienden a producir núcleos estables con el mismo número de protones que de neutrones pero si dicho número es muy grande, la repulsión entre las cargas positivas de los protones requiere un mayor número de neutrones para tener estabilidad. así el núcleo de uranio que fisiona al capturar el neutrón contiene 92 protones y 144 neutrones. Si se parte en dos fragmentos, supongamos ambos de alrededor

Controladores: barras de cadmio que cuanto más se introducen, absorben más neutrones, reduciendo la potencia, y que al extraerlas aumentan la misma.


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de 46 protones y 72 neutrones, tendrán un exceso de neutrones respecto de los núcleos estables del mismo tamaño. Por tanto, serán inestables y se desintegrarán de forma β-, proceso en el que un neutrón se transforma en protón, ganando estabilidad, en uno o varios procesos. estos productos de fisión pueden ser una pléyade de núcleos diferentes. algunos tienen períodos de desintegración enormemente cortos y no son preocupantes a efectos de residuos, pero otros pueden llegar a ser de muchos años. Entre los más relevantes, mencionamos: el yodo-131 (8 días), el estroncio-90 (28 años), el Cesio-137 (30 años), el ya mencionado Xenon-135 (9 horas) o el Kripton-85 (10 años).

además de los productos de fisión, existen otros subproductos de las reacciones de captura de neutrones dentro del reactor. ya hemos comentado que la captura de neutrones por u-238 y posterior desintegración produce Pu-239. éste isótopo puede capturar a su vez neutrones y desintegrarse en otros núcleos. Procesos sucesivos pueden dar lugar a diversos actínidos, isótopos de otros elementos de esta serie más allá del uranio como son el neptunio, plutonio, curio, americio, etc. son núcleos muy pesados, que suelen desintegrarse del modo α y con periodos muy largos, pudiendo llegar a los millones de años.

está claro que cuando se renueva el combustible de una central nuclear, estos residuos, que se encuentran dentro de las barras, deben ser aislados del medio ambiente, para evitar que pudieran de alguna forma ser absorbidos por las personas. esto se consigue mediante depósitos o almacenes blindados o almacenamientos en simas geológicamente estables y alejadas del curso del agua.

El principal argumento en contra de la energía nuclear es el de la necesidad de control de dichos residuos durante unas épocas tan grandes en el tiempo. Sin embargo, hay que plantearse que los residuos de una central no son peligrosos como contaminantes químicos del medio ambiente, ya que son cantidades muy pequeñas, y cuya localización está controlada, solamente son peligrosos por su actividad radiactiva, que va decreciendo con el tiempo por largo que este sea, al contrario que otros residuos contaminantes de otras actividades industriales, que se producen por toneladas al cabo del año y que son estables, por lo que van a estar siempre en nuestro planeta. a mi juicio, cualquier debate en torno a los residuos debe establecerse mediante comparación con otras actividades humanas.

tipos de reactores nucleares

La mayoría de los reactores nucleares del mundo son los de agua normal o ligera (LWR), para distinguirlos de los de agua pesada (hWR). En los LWR el agua actúa como refrigerante y moderador, y presentan dos subtipos: PWR (reactores de agua presurizada) y bWR (reactores de agua hirviente). En los primeros de ellos, el agua del circuito primario al calentarse no llega a hervir sino que aumenta su presión. Casi todos los reactores de las centrales nucleares españolas son de este tipo. En los segundos, el agua puede producir vapor directamente en la vasija del reactor (por encima de las barras) de forma que directamente acciona la turbina, sin necesidad de un circuito secundario. de este tipo son


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los seis reactores de la central nuclear de Fukushima en Japón. en españa tenemos dos: los correspondientes a la central nuclear de Santa María de Garoña y el de la de Cofrentes. En el mundo operan otros muchos.

Los reactores de agua pesada (hWR) emplean agua formada por deuterio en lugar de hidrógeno, que es un moderador más eficiente, con lo cual pueden incluso emplear uranio natural, como en los Candu canadienses. otros reactores son los moderados por grafito (GCr), normalmente refrigerados por gas, salvo excepciones, como los reactores rbMk de la antigua unión Soviética.

un tipo revolucionario de reactores en proyecto son los reactores alimentadores rápidos refrigerados por metal líquido (LMFbr: Liquid Metal Fast breeder reactor). este tipo de reactores funciona con un 20% de Plutonio y 80% de u-238, con neutrones rápidos y consiguiendo producir un núcleo de Pu-239, mediante captura por u-238, entre cada dos fisiones, con lo cual se estaría produciendo material fisible durante el funcionamiento del reactor (de ahí lo de “alimentador”), necesitando mucha menor recarga de combustible y permaneciendo mucho más tiempo los residuos en el reactor con lo cual se reduciría su radiactividad por transmutación. Sería una solución para desprendernos del plutonio de las numerosas bombas atómicas existentes en el mundo, en caso de desarme global, e incluso como se ha propuesto recientemente por el profesor estadounidense david bodansky (Physics Today, 2006) para acoplarlos con los reactores tradicionales para aprovechar el plutonio de los residuos del mismo y solamente hubiera que almacenar en repositorios el uranio empobrecido, de muy baja radiactividad.

Seguridad en las centrales nucleares

La seguridad es otro aspecto fundamental en los debates sobre la energía nuclear. aunque ya hemos comentado que no se encuentra en los reactores la masa crítica necesaria para una explosión nuclear, y que la radiactividad emitida al ambiente durante el funcionamiento normal de una central es nula, la posibilidad de un accidente con emisión al exterior del material radiactivo del núcleo del reactor (donde se encuentran las barras) es algo que preocupa y debe evitarse. Para ello se diseñan los distintos sistemas de seguridad.

El material radiactivo se forma en las barras de combustible, dentro de cápsulas. Solo a alta temperatura (no a la de funcionamiento del reactor) podrían escapar algunos elementos volátiles. aun así, las cápsulas se encuentran dentro de los tubos de circonio que conforman las barras, cuyo punto de fusión es de 1850º C. Aun suponiendo un escape de dichos tubos, los materiales radiactivos del mismo quedarían retenidos por la vasija del núcleo y el circuito primario, y en caso de fuga de éstos, por el edificio de contención.

a lo largo de la historia, solamente se han producido dos situaciones que han dado lugar a emisiones radiactivas importantes al medio ambiente: el conocido accidente de Chernobyl de 1986 y la reciente emergencia producida en Fukushima como consecuencia del terremoto y posterior tsunami producido en la costa de Japón el 11 de Marzo.


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emergencia en Fukushima

La globalización en la información debida a intenet nos ha permitido conocer los acontecimientos casi a tiempo real producidos en Japón. La empresa TePCo, responsable de la explotación de las centrales nucleares de Fukushima dai-ichi y Fukushima dai-ni y las autoridades niponas informaban, siguiendo escrupulosamente los protocolos, y de forma continuada a la Agencia internacional de la Energía Atómica (iAEA), la cual procedía a incorporarlas, junto con aclaraciones propias, en su página web (www.iaea.org). Según las informaciones contrastadas en la misma, este fue el relato de los hechos (todas las horas corresponden al horario central europeo):

11 de Marzo, 9:30 horas. El servicio de Incidentes y Emergencias de la IAEA recibe información sobre un

terremoto de magnitud 8,9 en la escala Richter cerca de la costa de Honshu. Se informa asimismo que las cuatro plantas nucleares más próximas (Onagawa, Fukushima Dai-Ichi, Fukushima Dai-Ni y Tokai) han cesado su actividad de forma segura.

Se produce una alerta de tsunami para cincuenta países, hasta América central.

es digno de mención el que, pese a aguantar los terremotos, se apagaran los reactores de las centrales nucleares aplicando el protocolo de emergencias, con las pérdidas económicas que pudiera causar dicha actuación. recordemos que en Chernobyl, el experimento que causó el accidente y que debió hacerse con el reactor apagado se llevó a cabo con el reactor en funcionamiento debido a que, por el envenenamiento por xenon, hubieran debido esperar casi un mes para su reencendido, lo que no interesaba por consideraciones económicas.


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11 de Marzo, 12:45 horas. La IAEA recibe información de estado de alerta en la central de Fukushima Dai-

Ichi, y de que un fuego en Onagawa ha sido apagado. A su vez solicita información sobre otras plantas nucleares, sistemas de refrigeración y de otras fuentes radiactivas, incluidas las médicas.

La Agencia Mundial de Meteorología (WMO) informa de que los vientos predominantes viajan en dirección este, hacia fuera de la costa japonesa.

Es también interesante la preocupación por la posible diseminación de un escape de material radiactivo, cuando aún no se había producido.

11 de Marzo, 17:55 horas.Las autoridades japonesas informan de que han decretado la evacuación de una

zona de radio 3 km. en torno a Dai-Ichi y la recomendación de permanencia en el interior de las viviendas en un radio de 10 kms. Se informa que no se han producido fugas radiactivas por el momento.

11 de Marzo, 21:30 horas.Las autoridades japonesas informan de que el terremoto ha producido un corte en

la red eléctrica que abastece a la planta de Dai-Ichi y que la inundación producida por el tsunami ha dejado inservibles los generadores Diesel que alimentan la refrigeración de emergencia. Se trata de restaurar su funcionamiento.

Cabe esperar que de forma desesperada. es bien sabido que un reactor, incluso apagado, precisa de refrigeración continua. El calor producido por la emisión de radiación de los productos de fisión es tan grande que podría fundir las barras y la vasija del reactor. es por ello por lo que existe un sistema de refrigeración de emergencia en caso de un fallo del sistema ordinario. hay hasta tres vías de alimentación de las bombas de refrigeración: la propia electricidad producida por la planta, la red eléctrica exterior y los generadores diesel (grupos electrógenos). La desgracia conjunta de un terremoto y un tsunami de tales magnitudes provocó el peor escenario imaginable: la falta de alimentación del circuito de refrigeración. Como veremos, no se dejó de actuar por ello.

Misma hora: se declara emergencia nuclear en Dai-Ichi y estado de alerta en Dai-Ni.11 de Marzo, 22:10.Las autoridades japonesas informan que la presión del vapor en el reactor 1 de Dai-

Ichi está aumentando. Se procederá a ventilarlo controladamente, abriendo un hueco, con un filtro para evitar fugas de radiación.

esta medida desesperada, aunque muy arriesgada, es lógica para evitar males mayores. en caso de que aumentara el vapor en el interior del núcleo, y se formara un gran número de burbujas, en contacto con el aire y a altas temperaturas, el circonio de los tubos puede oxidarse con el oxígeno del vapor de agua y liberar hidrógeno. una acumulación de éste puede producir una explosión química con oxígeno, que sería de grandes consecuencias si se produce dentro del núcleo, porque destruiría la vasija del reactor, como sucedió en


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Chernobyl, liberándose gran cantidad de material radiactivo a la atmósfera. Liberar el vapor de la vasija es una opción adecuada, pese al riesgo de explosión fuera de la vasija por la liberación de hidrógeno, lo cual seguramente esperaban los técnicos.

Han llegado generadores móviles. Los reactores 1,2 y 3 siguen teniendo el agua por encima del nivel del combustible.

12 de Marzo,7:30.Se ha procedido a la evacuación de un radio de 10 km.Se produce una explosión en el reactor 1.12 de Marzo, 12:40.Se extiende el radio de evacuación de Dai-Ichi a 20 km.Se ordena la evacuación de Dai-Ni a 10km (por si acaso pudiera suceder lo

mismo)Se distribuye yoduro potásico entre la población.

esta es una medida muy eficaz para paliar los efectos de una emisión de material radiactivo de un reactor nuclear. el yodo-131 es uno de los residuos más peligrosos, aunque solamente durante un tiempo, pues tiene un periodo de desintegración corto (8 días), pero precisamente durante los primeros días emite radiación a un ritmo rápido, y si se incorpora al organismo se fija en el tiroides. una forma de prevenir dicha absorción es saturando la glándula con yodo normal, evitando que se fije el yodo radiactivo, eliminándose del organismo en caso de ingesta o inhalación del mismo. esta fue una medida que hubiese sido necesaria en Chernobyl, pero se ocultó el accidente durante casi dos semanas, y no se tomaron medidas hasta entonces. En el caso de Japón, se propusieron incluso con antelación a la emisión radiactiva.

12 de Marzo, 21:10.Se informa que la explosión del reactor 1 ocurrió fuera de la vasija principal, la

cual se encuentra intacta.Como contramedida para limitar daños al núcleo, se inyecta agua del mar borada

(el boro absorbe neutrones) en dicha vasija principal. Cuatro trabajadores han resultado heridos por la explosión.Se detecta la presencia de Cs-137 y I-131 (elementos volátiles) en la proximidad

del reactor, decayendo la radiactividad en unas horas.

La emisión de los elementos volátiles es lógica cuando se produce, por una situación de emergencia, vaciado del vapor de la vasija principal, en caso de altas temperaturas del núcleo. si no hay presencia de actínidos u otros residuos de fisión, se ha podido salvar el núcleo de daños más preocupantes.

13 de Marzo, 3:35.En los reactores de Dai-Ni se mantiene la corriente eléctrica. Ha muerto un

trabajador por un accidente con una grúa y cuatro han quedado heridos.


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En Dai-Ichi un trabajador ha quedado expuesto a niveles de radiación por encima de lo normal.

Los vientos se dirigen al noroeste, fuera de la costa.13 de Marzo, 13:35.Se informa de que se va a proceder a la extracción de vapor del reactor 3 de Dai-

Ichi.Se procede a la inyección de agua de mar.Se cree que es posible la acumulación de hidrógeno en el reactor.

es lógico pensar que se preparaban para una nueva explosión de hidrógeno, tratando que se produjera fuera de la vasija del reactor.

13 de Marzo, 23:30 Se declara estado de emergencia en Onagawa, aunque los niveles de radiación son normales. 14 de Marzo, 4:00 Se informa de una explosión en el reactor 3 de Dai-Ichi. En Dai-Ni, los cuatro reactores se encuentran parados y fríos. 14 de Marzo, 7:00 Se confirma que la explosión en la unidad 3 fue de hidrógeno. Seis personas han resultado heridas. La vasija del reactor se encuentra intacta. 14 de Marzo, 15:35 El reactor 2 presenta niveles bajos de refrigerante. Se le suministra agua de mar. Se informa de 185000 evacuaciones y 230000 unidades de yoduro potásico distribuidas. 15 de Marzo, 3:35 Se informa de calentamiento de la piscina de las barras de combustible del reactor 4, tratando de restaurar el enfriamiento.

El reactor 4 se encontraba apagado desde noviembre, encontrándose las barras de combustible en la piscina en la que se depositan tras su extracción, donde deben permanecer hasta meses hasta que se enfríen, precisando refrigeración. Los problemas causados por la falta de alimentación de las bombas, y a la insuficiencia de los mecanismos de refrigeración que se estaban intentando, que ya habían afectado a los reactores 1 y 3, y amenazaban al 2, se extendían a dicha piscina, en la también podría producirse una explosión de hidrógeno, de empezar a producirse burbujas.

15 de Marzo, 6:15 Se informa de una explosión en la unidad 2.


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Se produce asimismo una explosión en la piscina del reactor 4, con fuego posterior y posible emisión radiactiva a la atmósfera. Todo el personal no esencial sale de la planta. 15 de Marzo, 7:35 Se extingue el fuego en la piscina del reactor 4. Los niveles de radiación se toman cada seis horas a las puertas de la central, decreciendo desde 11,9 mSv/h a 0,6 mSv/h.

El Sv es una unidad de dosis de radiación. La radiación ambiental produce, entre rayos cósmicos, y materiales radiactivos terrestres naturales, unos 2,6 msv en cada individuo por año. Los organismos internacionales recomiendan que la población en general no adquiera dosis adicionales superiores a 1 msv/año, aunque para la exposición ocupacional (trabajadores en contacto con radiación) puede llegarse a 50 msv por anualidad, con límites en cuanto a la dosis recibida al cabo de los años. una radiografía de tórax puede suponer 0,1-0,2 mSv de radiación. Por lo tanto dichos valores medidos son altos si estamos expuestos a esos niveles durante horas.

el hecho de que desciendan las medidas con el tiempo es porque el material radiactivo ha podido difundirse en la atmósfera. en ese caso, la mejor protección es la distancia: si se difundieran en todas direcciones las partículas radiactivas, la tasa de dosis de radiación se reduciría de forma cuadrática con la distancia, es decir si a un kilómetro del lugar de emisión se midiera una tasa de 1 msv/h, a 10 kilómetros se reduciría a menos de 0,01 mSv/h.

16 de Marzo, 15:55 Los niveles de agua en el reactor 3 y en las piscinas de los reactores 4 y 5 son preocupantes. Desde helicópteros y mangueras se arroja agua de mar a los reactores 3 y 4, y se emplea una unidad diesel del reactor 6 para refrigerar la piscina del reactor 5.

recuerdo que en este crítico día, cuando las medidas parecían más desesperadas, nos despertamos con los titulares más alarmantes en todos los periódicos y en los informativos de televisión y radio, hablándose de “Apocalipsis Nuclear”, “Catástofe Mundial”, o “Emergencia Máxima”. sin embargo, este día supuso un punto de inflexión en la situación, que a partir de entonces dejó de ir a peor a diario, para tender a estabilizarse, dentro de la preocupación y estado de emergencia que seguía manteniéndose.

a partir de aquél momento, los informes eran algo más tranquilizadores y detallados. Se consiguió reducir la temperatura de las piscinas, se tiraron nuevas líneas eléctricas, se inyectó más agua en los reactores y se abrieron agujeros en el edificio de los reactores 5 y 6 para prevenir acumulación de hidrógeno. Todas estas medidas supusieron la liberación de material radiactivo tanto a la atmósfera como al mar a través del desagüe (aunque la mayor parte del agua contaminada se mantenía en depósitos), pero evitaron males mayores. Todo


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esto sucedió en dai-ichi, donde se produjeron las explosiones e incendios, no ocurriendo nada en dai-ni, pese a la emergencia declarada, o en onagawa, donde hubo también serios problemas de refrigeración.

se extendió la evacuación de dai-ichi a 30 km de la central, y se comenzaron a medir los niveles de radiación en 47 ciudades japonesas. en Tokio los niveles fueron insignificantes (similares a los normales). También se midió la posible presencia de trazas de material radiactivo en vegetales, leche y agua del grifo, tomándose medidas de prohibición de procesado y comercialización en algunas zonas. Como ejemplo, en ciertas espinacas se observó la presencia de elementos radiactivos, observándose 55000 becquerelios (bq) por kg (un bq equivale a una desintegración por segundo), cuando las espinacas normales presentan niveles naturales de 2000 bq por kg. esto quiere decir que si hubiéramos consumido 100 g de estas espinacas hubiéramos adquirido la misma radiactividad que comiendo dos kilos y medio de espinacas normales, o sea que salvo que nos hubiésemos dado un verdadero atracón de ellas, tampoco hubiera sido algo preocupante.

Los niveles de radiación en las proximidades de la central se redujeron en unos días de los 11 mSv/h a menos de 0,007 mSv/h.

En cuanto a los vertidos al mar, se tomaron medidas en diez puntos distintos de la costa, desde el punto de desagüe de la central hasta 30 km mar adentro. aunque se observaron niveles muy elevados en dicho punto, hasta de 10 millones de bq por metro cúbico, descendían en el punto más alejado hasta menos de 10000 bq por metro cúbico, que equivalen a 10 bq por litro, niveles comparables a nuestro agua de grifo.

en cuanto al estado de los trabajadores de dai-ichi, se informó en los días posteriores de un balance de 21 heridos por las explosiones, dos enfermos, dos desaparecidos (se encontraron muertos posteriormente), y otros 19 precisaron de descontaminación radiactiva. un balance muy bajo, incluso si se producen algunos decesos más producidos por la radiación entre dichos trabajadores, si se compara con los miles de muertos producidos directamente por el terremoto y el posterior tsunami.

Como conclusión, y pese a las múltiples especulaciones y polémicas planteadas por los medios de comunicación, creo que puede considerarse que las actuaciones de la compañía y autoridades japonesas fueron correctas, si no las juzgamos como heroicas.

Por cierto, la prima de mi alumna permaneció en Tokio, donde sigue residiendo. Mi consejo fue que siguiera las recomendaciones de las autoridades japonesas, y siguiera el curso de los acontecimientos mediante fuentes fidedignas, como la iaea.

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