Three Mile Island, el accidente nuclear desconocido

Si escuchas la expresión “accidente nuclear”, lo más probable es que lo primero que se te venga a la cabeza sean las palabras Chernóbil o Fukushima. Ya sea por la aclamada serie de HBO, o bien por la cercanía temporal de Fukushima, lo cierto es que estos dos terribles sucesos son los primeros en surgir en nuestra mente. Sin embargo, existe un accidente previo que es muy desconocido para la mayoría de la población (aunque hay varios), estoy hablando del accidente de la central nuclear de Three Mile Island, situada cerca de Harrisburg (Pensilvania), en EE.UU. Pero para poder comprender con profundidad lo que ocurrió en esta central, primero es necesario que entendamos someramente cómo funciona un reactor nuclear. Veámoslo.

Para entender cómo funciona un reactor nuclear, primero es necesario conocer el proceso de fisión nuclear. Como espero que sepas, toda la materia está compuesta por átomos que presentan un núcleo en el que aparecen los neutrones y los protones. Mientras que el número de protones es algo así como el DNI del átomo (el número atómico) y todos los átomos de un mismo elemento presenta el mismo número de protones; los neutrones dentro de un mismo elemento pueden variar, dando lugar a los isótopos. El carbono 12 y el carbono 14 son dos ejemplos de isótopo, ambos tienen 6 protones en su núcleo (sino no serían carbono), pero mientras que el C-12 presenta 6 neutrones en su núcleo (6 protones y 6 neutrones hacen 12, el número másico del isótopo), el C-14 tiene 8 neutrones. Bien, pues resulta que algunos de esos núcleos son inestables y se vuelven estables mediante la emisión de radiación nuclear. Esta radiación puede consistir en partículas (como protones y neutrones) o en radiaciones electromagnéticas (fotones) como la luz y la señal del Wifi, lo que se conoce como radiactividad. La energía de enlace nuclear es la energía necesaria para romper este núcleo, y cuando los átomos radioactivos (inestables) descomponen su núcleo en protones y neutrones emiten esa misma energía. Pues bien, es con esta energía con la que funcionan los reactores nucleares. Cuando un núcleo pesado e inestable como el del uranio-235, se descompone en dos o tres núcleos más pequeños, se da el proceso de fisión nuclear, que es la que emite la radiación de mucha energía. Esta energía es empleada en una central para la evaporación de agua, vapor que posteriormente moverá una serie de turbinas para la producción de electricidad. La fisión nuclear se produce por el impacto de un neutrón contra el átomo de uranio, y cómo ese mismo proceso de fisión libera 2 o 3 neutrones, se puede obtener una reacción en cadena autosostenida. Como existe alta probabilidad de que los neutrones se escapen del reactor sin generar la fisión de otros átomos, se emplea un elemento moderador que ralentiza la velocidad de estos neutrones, aumentando la probabilidad de que colisionen con otro átomo y produzcan su fisión. Este es, a grandes rasgos, el mecanismo por el que funciona un reactor nuclear, ahora veamos un poco de la parte técnica.

Proceso de fisión del Uranio-235 (Fuente: Cultura científica)

El tipo de reactor nuclear más empleado, y el que falló en Three Mile Island, es el reactor nuclear de agua a presión (PWR por su siglas en inglés). Está compuesto de 3 grandes circuitos hidráulicos (de agua): el primario que extrae el calor generado en el reactor, el secundario que refrigera al primario y obtiene vapor para mover la turbina, y el circuito terciario, que refrigera al secundario con el agua de un río, mar o lago. El primer circuito contiene material radiactivo, por lo que es un sistema cerrado; el secundario, a pesar de contener agua limpia, también es cerrado. Finalmente, el terciario es abierto, con lo que toma agua del exterior y la devuelve si haber entrado en contacto con agua contaminada. En el circuito primario es donde se encuentra la vasija del reactor con el material fisible (uranio enriquecido al 4-5%). Las pastillas cerámicas de óxido de uranio que representan el combustible nuclear, se sitúan en unas varillas entre las que circula el agua del circuito primario. A medida que este agua asciende, va elevando su temperatura hasta los 300 ºC, manteniéndose líquida gracias a una presión de 152 atmósferas (la presión que sentirías bajo el agua a 1,5 km de profundidad). Una serie de lazos por los que circula el agua del circuito secundario, entra en contacto con el agua a 300ºC del reactor, convirtiéndose en vapor. Todo ello ocurre dentro de un edificio de contención de hormigón armado, capaz de resistir los accidentes nucleares. Si Chernóbil hubiese tenido uno de estos edificios, probablemente no conocerías su nombre. El vapor generado se dirige hacia las turbinas, que acopladas a un generador eléctrico, producen electricidad. Lo mismo que la dinamo de tu bici produce luz con el movimiento de las ruedas, pero con una dinamo del tamaño de un autobús. Tras mover las turbinas, el vapor entra en contacto con las tuberías con agua fría del circuito terciario, convirtiéndose en agua líquida en el condensador, para comenzar con el circuito de nuevo. Para convertir el vapor en agua dentro del condensador, el agua fría empleada en el circuito terciario se extrae de los ríos, los lagos y los mares. Lógicamente, este agua es devuelta a la naturaleza con una temperatura superior, algo insignificante comparado con la inmensidad del océano, pero que puede resultar perjudicial para el ecosistema en el caso de los ríos y los lagos. Aquí es dónde aparecen las enormes torres de refrigeración tan populares gracias a los Simpson. Por ellas no se emite nada contaminante, solo microgotas de agua en suspensión, pero ayudan a refrigerar el agua del circuito terciario (el que se devuelve a la naturaleza), mediante corrientes de aire frío. Más que focos de contaminación, son una medida de protección ecológica. Bien, ahora que entendemos cómo funciona un reactor (o eso espero), analicemos lo que ocurrió en Three Mile Island.

Reactor nuclear PWR con sus 3 circuitos hidráulicos (Fuente: Wikipedia)

La central de Three Mile Island en el momento del accidente constaba de dos reactores: TMI-1, un PWR de 800 MW eléctricos y que estuvo en funcionamiento hasta el año 2019, y el TIM-2, de 906 MW eléctricos, que estaba prácticamente nuevo la noche del accidente. A las 4 de la madrugada del 28 de marzo de 1979, cuando el reactor estaba funcionando al 97% de potencia, un mal funcionamiento del circuito secundario causó una parada automática de la turbina, pero no del reactor. Lo normal en esos casos es que se activen las bombas de agua de alimentación auxiliar encargadas de llevar agua a los generadores de vapor que enfrían el reactor, pero por otro error, esas válvulas estaban cerradas. Cómo los generadores de vapor se secaron, se produjo un aumento de la temperatura y de la presión en el circuito primario, ocasionando una parada automática del reactor por alta presión. Tras la apertura de las válvulas de alivió para reducir la presión, una de las válvulas no se cerró tras la disminución. A consecuencia se generó la inyección de seguridad, que se basa en la entrada de agua a mucha presión para compensar la fuga en el circuito. Fue como llenar de agua un cuenco con un agujero en el fondo. Aunque el agua entrase, seguía saliendo por la válvula de alivio mal cerrada. Como por otro error en los sistemas de medición, los operadores observaron que el depósito estaba lleno, decidieron concluir con la inyección de seguridad, provocando un descenso brusco del nivel del agua dentro del rector, y dejando parcialmente descubierto el núcleo (el uranio y las varillas que lo contienen). Esto conllevó a un aumento de la temperatura hasta fusionar aproximadamente la mitad del núcleo del reactor. Es lo que se conoce como un accidente severo o de nivel 5 (a diferencia de los accidentes graves de nivel 7 de Chernóbil y Fukushima). A la mañana siguiente, los operadores consiguieron arreglar la válvula de alivio, permitiéndoles reanudar la inyección de seguridad, y el núcleo volvió a estar refrigerado para la tarde del día siguiente al accidente.

En esos momentos, la central estaba en lo que se conoce como parada fría, es decir, con el agua a 100 ºC y presión atmosférica, y un mes después, los operadores restablecieron la circulación de agua por convección natural. La tapa del reactor fue retirada 5 años después, revelando que el 45% del núcleo (62 toneladas) se había derretido. Sin embargo, afortunadamente se mantuvo la integridad del edificio de contención, evitando la dispersión de la radiactividad. Aun así, este suceso causó una lógica preocupación por los posibles efectos en la salud de las personas que vivían próximas a la central. Para estudiar estos posibles efectos, el Departamento de Salud de Pensilvania realizó un estudio durante 18 años sobre 30.000 personas que vivían en un radio de 8 km alrededor de la central. El registro se suspendió en 1997 sin ninguna evidencia de efectos sobre la salud. También se realizaron más de una docena de estudios independientes, los cuales no encontraron ningún efecto sobre la salud o el medio ambiente relacionado con el incidente. La dosis de radiación que recibieron las personas dentro de un radio de 16 km fueron de 0.08 mSv, es decir, la dosis equivalente a una radiografía de tórax. Lo que sí que hubo fueron efectos económicos, ya que el desmantelamiento y la descontaminación del reactor duraron 12 años y costaron 973 millones de dólares. Afortunadamente, la experiencia sirvió para mejorar la seguridad en el resto de centrales nucleares del mundo. Aunque no sea bueno aprender de los accidentes, es evidente que es mucho peor no aprender de ellos. El edificio de contención realizó a la perfección su función, evitar la salida de radiactividad tras un accidente nuclear, y como ya he mencionado antes, si Chernóbil hubiese tenido un edificio de contención, lo más probable es que fuese tan desconocido como Three Mile Island.

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