Fusión de núcleo para niños
La fusión de núcleo es un accidente muy serio que puede ocurrir en un reactor nuclear. Imagina que el combustible nuclear, que normalmente es sólido, se calienta tanto que se derrite y se vuelve líquido. Cuando esto pasa, es muy difícil o imposible enfriarlo. Es importante no confundir esto con la fusión nuclear, que es un proceso diferente donde los átomos se unen.
Una fusión de núcleo sucede cuando los sistemas de seguridad de una central nuclear fallan. Esto hace que la reacción nuclear, que produce calor, se salga de control. La temperatura dentro del núcleo del reactor sube muy rápido. Esto puede derretir los materiales radiactivos, como el uranio o el plutonio. Una fusión de núcleo es el accidente más temido. Puede destruir la estructura del reactor. Si esto ocurre, una gran cantidad de materiales radiactivos podrían liberarse al ambiente. También podrían filtrarse al suelo. Una fusión de núcleo casi siempre significa que el reactor queda destruido y no se puede reparar.
Contenido
¿Por qué Ocurre una Fusión de Núcleo?
Para que una fusión de núcleo suceda, deben ocurrir varios fallos en cadena. Estos fallos pueden ser:
- Una pérdida de control de la presión.
- Una pérdida del líquido refrigerante.
- Un aumento inesperado de la potencia.
- Un incendio.
- O una combinación de estos problemas.
Fallos por Pérdida de Presión
Si el líquido que enfría el reactor pierde presión, sus niveles pueden bajar. A veces, los operadores no se dan cuenta de inmediato. Si se usa un gas para enfriar, el calor no se transfiere bien. Si se usa agua a presión, puede formarse una burbuja de vapor. Esta burbuja rodea el combustible. El vapor se calienta mucho. La presión necesaria para enfriar esta burbuja puede ser mayor de lo que el diseño permite. Esto hace que el enfriamiento sea mucho más lento. Además, la burbuja de vapor podría causar una explosión por exceso de presión. Esto ocurrió en el Accidente de Fukushima.
Fallos por Pérdida de Refrigerante
Si el líquido refrigerante se pierde, es muy probable que también haya problemas de presión. La pérdida de refrigerante significa que el calor del núcleo no se transfiere bien. Esto puede causar que el calor se acumule.
Fallos por Aumento de Potencia
Cuando la potencia del reactor sube demasiado, la reacción en cadena aumenta muy rápido. Esto provoca un aumento súbito del calor. Si la potencia supera los límites de seguridad, puede llevar a una fusión. Un ejemplo de esto es el Accidente de Chernóbil.
Fallos por Incendios
Los incendios también pueden causar problemas. Un incendio dentro del núcleo aumenta el calor del material radiactivo. Esto ayuda a que se derrita. Esto puede pasar en reactores que usan hidrógeno o grafito. Si el refrigerante se maneja sin cuidado, puede sobrepasar su límite de temperatura y causar un incendio. Si el incendio ocurre en otras partes de la central, como en el cableado, se puede perder el control del reactor. Esto sucede si los sistemas electrónicos dejan de funcionar.
Es importante saber que una fusión de núcleo no necesita que el reactor esté funcionando a su máxima potencia. El fuego y el calor residual pueden prolongar la fusión incluso si el reactor está apagado.
¿Qué Pasa Después de una Fusión de Núcleo?
Cuando el núcleo se derrite, el combustible fundido puede destruir la estructura del recipiente del reactor. Si la central tiene un edificio de contención, el material radiactivo debería quedarse dentro. Pero si no, o si el daño es muy grande, podría llegar a penetrar el suelo. Si el material fundido entra en contacto con agua, puede causar una explosión de vapor. Esto empeora mucho la situación. Además, cualquier material que toque el núcleo fundido se derretirá o se incendiará.
En los casos más graves, puede haber una explosión. Esto puede ser por acumulación de gases o por el contacto con agua. Una explosión fuerte podría liberar materiales radiactivos al ambiente. Esto es más probable si no hay un edificio de contención. Dos ejemplos muy diferentes son la central de Planta de energía nuclear Three Mile Island en Estados Unidos y la de Central Nuclear de Chernóbil en Ucrania.
En Three Mile Island, hubo una fusión parcial del núcleo que causó una explosión. Pero la central tenía un edificio de contención. No hubo pérdida de vidas. En Chernóbil, la fusión fue completa y también hubo una explosión. Pero esa central no tenía un edificio de contención. Esto tuvo un impacto mucho mayor en las personas y el medio ambiente, requiriendo la evacuación de cientos de miles de personas.
A pesar de las investigaciones, no se sabe con exactitud cuánto puede penetrar el combustible derretido en los materiales. Por ejemplo, las centrales de Three Mile Island y Chernóbil no debieron haber terminado con sus recipientes intactos. La central estadounidense estuvo más tiempo en estado de fusión, pero los daños fueron menores.
Después de una fusión de núcleo, hay que esperar un tiempo hasta que el área sea más segura. Los niveles de radiactividad pueden ser altos por miles de años. Sin embargo, los elementos más dañinos para el cuerpo humano al principio, como el yodo, disminuyen en pocas semanas.
Hay tres factores clave que influyen en la probabilidad y el peligro de una fusión de núcleo:
- El tiempo que tarda el refrigerante en dejar de funcionar.
- El tiempo que tarda el combustible en empezar a derretirse.
- El tiempo que tarda el material fundido en atravesar las protecciones.
Conocer estos tiempos es muy importante. Cuanto más tiempo haya, más posibilidades tienen los equipos de detener la reacción. Esto reduce la probabilidad de que ocurra una fusión de núcleo.
¿Cómo se Evitan las Fusiones de Núcleo?
El diseño de los reactores busca la mayor seguridad posible. Esto es para operaciones normales y para situaciones inesperadas, como accidentes o fallos. La estructura del reactor suele estar dentro de un edificio de contención. Este diseño es obligatorio en las centrales nucleares nuevas. Si ocurre una fusión de núcleo, todo el material debería quedarse dentro de este edificio. Así, los daños serían principalmente económicos.
Seguridad Activa
Los sistemas de seguridad activa buscan reducir al mínimo la posibilidad de una fusión de núcleo. Algunas de estas medidas son:
- Sistemas de refrigeración efectivos y redundantes: Esto significa que si un sistema de enfriamiento falla, otros siguen funcionando para evitar el sobrecalentamiento.
- Sistemas de control redundantes: Son necesarios por si un incendio u otro problema inutiliza los sistemas de control normales.
- Sistemas de seguridad no desconectables: El diseño debe hacer imposible operar el reactor si alguno de los sistemas automáticos de control no funciona.
Seguridad Pasiva
Cuando una fusión de núcleo es inevitable, los sistemas de seguridad activa ya no pueden ayudar. En estos casos, actúan los sistemas de seguridad pasiva. Estos buscan minimizar las consecuencias de la fusión:
- Edificio de contención: Evita que el material radiactivo se libere a la atmósfera.
- Diseño del recipiente: Debe resistir el calor de la fusión del núcleo. Si el combustible y el recipiente se funden, esto debe ocurrir de una manera controlada. Así, los ingenieros pueden prever y minimizar los problemas.
¿Qué Efectos Tiene una Fusión de Núcleo?
Los efectos de una fusión de núcleo dependen mucho de los sistemas de seguridad pasiva del reactor. Es difícil definir los efectos exactos de una fusión de núcleo. Esto se debe a que es complicado trabajar en ambientes muy radiactivos. Además, ha habido pocas fusiones de núcleo en la historia de la energía nuclear.
Uno de los efectos más conocidos es cuando el combustible y el material del recipiente se funden y llegan a las aguas subterráneas. A este fenómeno se le llama el Síndrome de China.
Es importante saber que una fusión de núcleo no puede causar una explosión nuclear como las de las armas atómicas. Sin embargo, como se mencionó antes, si el material fundido entra en contacto con agua, puede causar una explosión de vapor. Esta explosión podría dispersar material radiactivo por una gran área. Esto se debe a que la fusión ocurre a temperaturas muy altas (más de 1500 grados Celsius). A esta temperatura, el agua se convierte en gas muy rápido, creando una gran presión que puede llevar a explosiones.
Además, algunos materiales en los reactores, como el circonio o el grafito, pueden ayudar a producir hidrógeno a partir de agua y aire. Esto también puede causar una explosión.
Casos Notables de Fusiones de Núcleo
La fusión de núcleo más conocida y con las consecuencias más graves ocurrió en la central nuclear de Chernóbil, el 26 de abril de 1986, en Ucrania. En 2011, la Central Nuclear de Fukushima sufrió una triple fusión del núcleo en todos sus reactores operativos, con una importante liberación de contaminación radiactiva. En 1979, ocurrió otra fusión similar, pero con muchos menos daños, en Planta de energía nuclear Three Mile Island, Pensilvania, Estados Unidos.
Otras centrales donde se han registrado fusiones parciales de núcleo incluyen:
- NRX, Ontario, Canadá, en 1952.
- EBR-I, Idaho, Estados Unidos, en 1955.
- Windscale (ahora Sellafield), Inglaterra, en 1957.
- Laboratorio de Santa Susana, Simi Hills, California, Estados Unidos, en 1959.
- SL-1, Idaho, Estados Unidos, en 1961.
- Estación Nuclear Enrico Fermi, Escocia, en 1967.
- Chapelcross, Dumfries and Galloway, Escocia, en 1967.
- Planta A1, Jaslovské Bohunice, Checoslovaquia, en 1977.
- Planta de Okuma, Fukushima, Japón, en 2011.
Algunos submarinos nucleares también han experimentado fusiones de núcleo en sus reactores.
Galería de imágenes
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La Planta de energía nuclear Three Mile Island tiene dos reactores de agua a presión. Cada uno está dentro de su propio edificio de contención y conectado a una torre de refrigeración. El reactor 2, que sufrió una fusión parcial, está en segundo plano.
Véase también
En inglés: Nuclear meltdown Facts for Kids
