Fusión de núcleo para niños
La fusión de núcleo es un tipo de accidente muy serio que puede ocurrir en un reactor nuclear. Imagina que el combustible dentro del reactor, que normalmente es sólido, se calienta tanto que se derrite y se convierte en líquido. Cuando esto pasa, es muy difícil o imposible enfriarlo.
Es importante no confundir la fusión de núcleo con la fusión nuclear, que es un proceso diferente donde los átomos se unen.
La fusión de núcleo sucede cuando los sistemas de seguridad de una central nuclear no funcionan correctamente. Esto puede hacer que la reacción nuclear, que produce calor, se salga de control. Si la temperatura dentro del núcleo sube demasiado rápido, los materiales radiactivos, como el uranio o el plutonio, pueden derretirse. Este es el accidente más temido porque puede dañar gravemente la estructura del reactor. Si esto ocurre, una gran cantidad de materiales radiactivos podrían liberarse al ambiente, especialmente si hay una explosión o si se filtran 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, generalmente deben ocurrir varios fallos en cadena. Estos fallos pueden ser:
Pérdida de control de la presión
A veces, el líquido que enfría el reactor pierde presión y baja de los niveles seguros. Si se usa un gas para enfriar, este no transfiere bien el calor. Si se usa agua a presión, puede formarse una burbuja de vapor alrededor del combustible. Esta burbuja hace que sea más difícil enfriar el reactor y, si la presión es muy alta, podría causar una explosión de vapor, como pasó en el Accidente de Fukushima.
Pérdida de refrigerante
Si el líquido o gas que enfría el reactor se escapa, el calor no se puede transferir correctamente desde el núcleo. Esto causa un desequilibrio y el calor se acumula, lo que puede llevar a la fusión.
Aumento de potencia inesperado
Si la potencia del reactor sube más de lo permitido, la reacción en cadena aumenta muy rápido. Esto provoca un aumento repentino del calor, como se vio en el Accidente de Chernóbil.
Incendios
Un incendio, ya sea dentro del núcleo o en otras partes de la central (como el cableado), puede contribuir a la fusión. Si el fuego está en el núcleo, aumenta el calor del material radiactivo. Si está en otras instalaciones, puede dañar los sistemas electrónicos y hacer que se pierda el control del reactor.
Es importante saber que una fusión de núcleo no solo puede ocurrir cuando el reactor está funcionando a plena potencia. Incluso si está apagado, el calor residual y un incendio pueden prolongar el proceso de fusión.
¿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 (una estructura fuerte que encierra el reactor), este material debería quedarse dentro. Sin embargo, si el material fundido entra en contacto con agua, puede causar una explosión de vapor, lo que 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 debido a la acumulación de gases o al contacto con el agua. Esta explosión podría liberar materiales radiactivos al ambiente, especialmente si no hay un edificio de contención que aísle el reactor.
Dos ejemplos muy diferentes son la central de Planta de energía nuclear Three Mile Island en Estados Unidos y la central de Central Nuclear de Chernóbil en Ucrania (que en ese momento era parte de la Unión Soviética).
- En Three Mile Island, hubo una fusión parcial del núcleo que causó una explosión. Sin embargo, la central tenía un edificio de contención, lo que ayudó a limitar la liberación de materiales. No se registraron pérdidas de vidas.
- En Chernóbil, la fusión fue completa y también provocó una explosión. Esta central no tenía un edificio de contención similar. Esto llevó a la evacuación de cientos de miles de personas de sus hogares y tuvo consecuencias muy graves para la salud y el medio ambiente.
A pesar de las investigaciones, aún no se sabe con exactitud qué tan profundo puede penetrar el combustible derretido en los materiales. Por ejemplo, las centrales de Three Mile Island y Chernóbil no deberían haber mantenido sus recipientes intactos según su diseño, pero lo hicieron. La central estadounidense estuvo más tiempo en estado de fusión, pero los daños fueron menores.
Después de una fusión de núcleo, es necesario esperar un tiempo hasta que el área sea más segura. Los niveles de radiactividad pueden ser altos durante mucho tiempo, pero los elementos más dañinos para las personas, como el yodo, suelen disminuir en unas 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 y controlar estos tiempos es muy importante para que los equipos de las centrales nucleares puedan intentar detener una fusión a tiempo. Cuanto más tiempo haya, más posibilidades hay de evitar un accidente grave.
Medidas de seguridad en los reactores
El diseño de los reactores nucleares busca que funcionen de la manera más segura posible, tanto en condiciones normales como en caso de accidentes o fallos. La estructura del reactor suele estar dentro de un edificio de contención. Este diseño es obligatorio en las centrales nucleares más nuevas. En caso de una fusión de núcleo, todo el material debería quedarse dentro de este edificio, lo que limitaría los daños.
Seguridad Activa
Los sistemas de seguridad activa buscan reducir al mínimo la posibilidad de que ocurra una fusión de núcleo. Algunas de estas medidas son:
- Sistemas de refrigeración efectivos y redundantes: Esto significa que hay varios sistemas de enfriamiento. Si uno falla, los otros siguen funcionando para evitar que el núcleo se sobrecaliente.
- Sistemas de control redundantes: También hay varios sistemas para controlar el reactor. Si un incendio u otro problema daña un sistema, los demás pueden seguir operando.
- Sistemas de seguridad que no se pueden desconectar: El diseño de estos sistemas hace que sea imposible operar el reactor si alguno de los sistemas automáticos de control no está funcionando.
Seguridad Pasiva
Cuando una fusión de núcleo es inevitable, los sistemas de seguridad activa ya no pueden ayudar. En estos casos, entran en acción los sistemas de seguridad pasiva, que buscan minimizar las consecuencias de la fusión:
- Edificio de contención: Una estructura fuerte que evita que el material radiactivo se libere a la atmósfera.
- Diseño del recipiente del reactor: Se diseña para que resista el calor de la fusión del núcleo. Si el combustible se derrite y el recipiente también, el proceso debe ser "controlado", es decir, que los ingenieros sepan cómo se comportará para minimizar sorpresas.
Efectos de una fusión de núcleo
Los efectos de una fusión de núcleo dependen mucho de los sistemas de seguridad pasiva que tenga el reactor.
Es difícil saber con exactitud todos los efectos de una fusión de núcleo, más allá de los económicos, porque es muy complicado trabajar en ambientes con alta radiactividad y, afortunadamente, ha habido pocas fusiones de núcleo en la historia. Uno de los efectos más conocidos es la idea de que el combustible fundido podría quemar y penetrar el suelo hasta llegar a las aguas subterráneas. A esto se le conoce como el Síndrome de China, aunque es un concepto más teórico.
Es importante aclarar 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 una reserva de agua, puede provocar una explosión de vapor. Esto ocurre porque el material fundido está a temperaturas muy altas (más de 1500 grados Celsius), y a esa temperatura el agua se convierte en gas muy rápidamente, creando una gran presión que puede causar una explosión y dispersar el material radiactivo.
Además, algunos materiales dentro de los reactores, como el circonio o el grafito, pueden producir hidrógeno a partir del agua y el aire, lo que también podría causar una explosión.
Sucesos históricos
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 en Japón sufrió una triple fusión del núcleo en sus reactores operativos, con una importante liberación de contaminación radiactiva. En 1979, hubo otro accidente similar, pero con muchos menos daños, en Planta de energía nuclear Three Mile Island, Pensilvania, Estados Unidos.
Otras centrales y lugares 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.
Además, algunos submarinos nucleares también han experimentado fusiones del núcleo de sus reactores.
Galería de imágenes
-
La Planta de energía nuclear Three Mile Island tiene dos reactores de agua a presión. El reactor 2, que sufrió una fusión parcial, se ve al fondo.
Véase también
- Accidente de Three Mile Island
- Accidente de Chernóbil
- Síndrome de China
- Central nuclear
- Energía nuclear
- Accidente nuclear
- Contaminación radiactiva
- Comportamiento del combustible nuclear durante un accidente del reactor
