lunes, septiembre 23, 2013

"Por qué decir SI a la Energía Nuclear (Parte 2): "El peligro de la energía nuclear"

Por qué decir SI a la Energía Nuclear (Parte 0): "Energía Renovable"
Por qué decir SI a la Energía Nuclear (Parte 1): "Conceptos para iniciar"

     Bienvenidos a esta segunda parte de la serie, donde veremos los riesgos que hay de utilizar la energía nuclear, ¿qué tipos de reactores hay y cuáles son más seguros? ¿cómo sucedieron los accidentes que han sucedido en la historia de los reactores nucleares?, ¿qué provoca la radiación en el ser humano? y qué errores se han cometido en el pasado?; así que si te interesan estas preguntas, por favor sigue leyendo.



     Lo primero que tenemos que ver es a qué nos referimos con "reactor nuclear", es distinto la planta eléctrica, el reactor sólo se refiere a la parte de la planta donde están sucediendo las reacciones en cadena (un neutrón golpea un átomo pesado que se rompe y a su vez libera más neutrones que rompen nuevos átomos), esta reacción en cadena no siempre sucede así, muchas de las veces el neutrón es absorbido por el núcleo del átomo o se escapa del reactor sin romper otro átomo, cuando la población de neutrones se está reduciendo se dice que está en estado sub-crítico, esté reactor eventualmente se apagará, sin embargo el combustible nuclear seguirá emitiendo neutrones y calor, aunque no los suficientes como para que sea práctico utilizarlos; cuando la población de neutrones es estable se dice que está en estado crítico, este es el estado ideal del reactor, las personas que establecieron las definiciones de la industria nuclear no fueron demasiado cuidadosos con las implicaciones de los nombres que escogían, usar la palabra "crítico" para cuando el reactor está estable me parece que provoca una sensación de peligro innecesaria, sin embargo así son las cosas; cuando el reactor está produciendo más neutrones de los que absorbe o se escapan, se dice que está en estado super-crítico... este es el estado peligroso del reactor.

     Esto es importante, ningún reactor se mantiene en estado crítico por demasiado tiempo, se tienen que hacer ajustes para mantenerlo estable.


Funcionamiento de los reactores




     Las plantas eléctricas Nucleares funcionan, casi todas, de una forma muy similar, son un generador térmico, el calor de la fisión nuclear y de la energía liberada por el núcleo evaporan el agua, el vapor mueve un motor y el motor genera energía; hasta ahora la energía nuclear no es más que otra forma de calentar agua; la única diferencia con otras plantas termoeléctricas es que las plantas nucleares tienen un doble circuito para mantener separada el medio que está en contacto con el reactor y el agua que mueve el generador eléctrico.



      Con medios me refiero a la sustancia que se utiliza para convertir el calor en energía utilizable; en la mayoría de reactores se usa agua, otros usan hidrógeno líquido que es mucho más caro, el medio cumple un segundo propósito, la posibilidad de rebotar algunos neutrones de regreso al reactor aumentando las posibles reacciones dentro del reactor lo que permite usar más eficientemente el combustible, el medio es un factor importante al momento de determinar la eficiencia energética de un reactor contra otro.


     Otra cosa importante de los medios es su capacidad de rebote y absorción. Me explico, imagina que eres un neutrón que acaba de ser liberado de un átomo, llevas una velocidad impresionante y vas en línea recta dispuesto a chocar contra lo que se encuentre en tú camino, pero eres muy pequeño, no te interesa interactuar con las nubes de electrones porque tienen tan poca masa comparativamente que ni siquiera los notas, así que sólo puedes chocar contra núcleos de átomos, estos núcleos también son pequeñitos en comparación a la gran cantidad de espacio que hay entre átomos y en especial entre núcleos; eres una partícula con masa, así que te es imposible viajar a la velocidad de la luz, pero vas rapidísimo  los átomos te parecen inmóviles  Finalmente chocas contra algo y tres escenarios son posibles:

     Escenario 1- Rompes un átomo de Uranio, el caso ideal, la energía con la que viajas es suficiente para separar el núcleo en dos fragmentos (do nuevos elementos) y nuevos neutrones salen disparados con la energía del interior del núcleo.



     Escenario 2- Rebotas con un núcleo, no necesariamente un núcleo de Uranio, puede ser un núcleo del medio, pierdes un poco de tu energía cinética reduciendo tu velocidad, quizás regreses por la dirección en que viniste y tengas la oportunidad de chocar con algún átomo más; ahora que tu velocidad está disminuida comienzas a notar el movimiento de los núcleos, esta reducción en velocidad ha aumentado tus oportunidades de chocar con un núcleo de Uranio para romperlo esta vez.



     Escenario 3- El núcleo te absorbe, chocas de tal forma con el átomo que pierdes tu energía cinética que se convierte en calor y rayos gamma y te acomodas en el núcleo del nuevo isotopo de un átomo; este es el peor escenario posible para un físico nuclear, pero a ti no te importa porque sólo eres un neutrón haciendo cosas de neutrones.



     Es por esto que escoger el medio correcto es de gran importancia, necesitamos que las características nucleares de la sustancia que elijamos tengan mucho de rebote y poco de absorción para que la reacción en cadena se pueda sostener. Por ejemplo, si se usa hidrógeno, es mejor elegir un isotopo que tenga poco espacio para absorber neutrones, las oportunidades de golpear este núcleo son casi iguales, pero su tasa de absorción será mucho menor.


     La molécula de agua, por el oxigeno tiene mayores probabilidades de ser golpeada, sin embargo la mayoría del agua es "agua ligera" esto quiere decir, agua con dos hidrógenos ordinarios (con un solo neutrón), un átomo de hidrógeno puede albergar hasta 3 neutrones, por lo que sería aún mejor usar agua pesada, que es la molécula de agua con sus hidrógenos pesados, es decir, con el espacio de sus neutrones ocupado, sin embargo es una sustancia mucho más rara y por lo tanto cara; usar un medio apropiado que sea un buen reflector ayuda para aumentar la eficiencia del reactor.

     Por último, antes de hablar de los tipos de reactores tenemos que hablar del principal sistema de seguridad que hay en el núcleo de cualquier reactor, y estas son las barras de control (Control Rods), que son barras móviles utilizadas para controlar el ritmo de la reacción en cadena que sucede dentro del reactor, estas barras están fabricadas de Plata, Indio y/o Cadmio, que son elementos químicos que por sus propiedades nucleares son capaces de absorber muchos neutrones sin fisionarse, cuando las barras de control se introducen completamente en el reactor se detiene la reacción en cadena; así se apaga el reactor; de las medidas de seguridad que tiene el reactor, esta es la más importante.*1



     Tipos de plantas y reactores

     La mayoría de los reactores que se encuentran en operación usan agua como medio (les llaman Boiling Water Reactor o BWR), se encuentran los que dejan que el agua se evapore y que tienen condensadores donde el agua se enfría lentamente antes de reingresar al ciclo hidráulico; en la imagen de abajo pueden ver un esquema muy simplificado de su funcionamiento, si quieres ver un esquema completo del reactor haz clic aquí ---> BWR <---.
Reactor de Agua en Ebullición

     También igual de comunes son las plantas de alta presión en los que un compresor o presurizador y una bomba envían el vapor de regreso al ciclo sin que se enfríe del todo, esta agua pasa por un extractor de calor, que evapora el agua de otro circuito que opera como el resto de las plantas termoeléctricas, igualmente les dejo un diagrama simplificado de la planta, en este esquema parecen bastante parecidos, pero noten las diferencias dentro del contenedor; si quieren ver un diagrama más completo del reactor se los dejo en el siguiente enlace ---> PWR <---.


Reactor de Agua Presurizada
     Si en tu país hay plantas nucleares, seguramente son de los dos tipos anteriores, amenos de que vivas en Francia, China, Sudáfrica o Japón que son de los pocos países que han continuado invirtiendo en nuevos diseños de reactores, aunque no he estudiado con profundidad cómo funcionan estos otros reactores, me parece interesante contemplarlos porque puede que en el futuro se vuelvan la norma, ya sea por precio de construcción o por eficiencia térmica.




     El siguiente reactor que nos interesa se llama "Pebble Bed Reactor" se traduce al español como Reactor de Lecho de Guijarros, aunque su nombre en español puede ser un poco engañoso, es un modelo experimental de los llamados "Reactores de 4ta generación" la ventaja que ofrece este reactor por encima de los dos anteriores es que este no tiene que detener su actividad para extraer el combustible utilizado ni para alimentar con nuevo combustible al reactor y opera a temperaturas más altas que los reactores anteriores, permitiendo extraer más energía del Uranio. El Uranio se abastece desde arriba en forma de unas bolas del tamaño de una pelota de tenis, estas bolas están hechas de grafito que cubre cientos de micro-esferas fabricadas de carbono y oxido de Uranio o Torio; Utiliza como medio un gas, que puede ser nitrógeno, aunque de preferencia se utiliza Helio por ser un gas noble (esto significa que no reacciona con otros elementos). Las pelotas pueden ser acomodadas de tal forma que alcanzan la criticalidad con su simple acomodo geométrico.




     Este tipo de reactores está obligado a tener sistemas que prevengan el fuego, como todos sabemos el carbón se puede quemar con altas temperaturas, por lo que se tiene que evitar el contacto con el oxigeno y aunque el grafito es un aislante no flamable y la combustibilidad de las bolas está aún en discusión, estos reactores tienen que estar preparados en caso de que el reactor se encienda en llamas. La principal ventaja de este tipo de reactor es que tiene un control pasivo de las reacciones, por el acomodo del combustible, cuando la temperatura se eleva demasiado sucede un fenómeno en el Uranio 238 que hace que absorba más fácilmente los neutrones, esto disminuye naturalmente el ritmo de reacción estabilizando naturalmente el reactor.*2



     Estos reactores están tan calientes que los métodos de enfriamiento producen un montón de gas muy caliente, los diseñadores han propuesto que se utilice este gas para calentar edificios o deshelar las carreteras en los inviernos; aunque faltará mucho antes de que la gente se sienta cómoda calentándose con gas que viene de una planta nuclear. Aquí abajo les dejo un esquema del reactor.
Reactor de Lecho de Guijarros (o bolas)


     Tabmién tenemos que hablar de los reactores CANDU (Canadian Deuterium Uranium Reactor), estos reactores funcionan de una forma muy similar a los "Presure Water Reactors" con ligeras diferencias en el corazón del reactor que en este caso le llaman "Calandira", para empezar el combustible no requiere estar enriquecido, este reacor puede funcionar con oxido de Uranio Natural (Yellow Cake) el cuál es disuelto en un poco de Agua pesada (agua cuyos hidrógenos tienen dos neutrones en lugar de uno) el Agua pesada es sólo 10% más pesada que el agua laigera, pero su tasa de rebote es 80% mayor (esto significa que es mucho menos probable que absorba un neutrón) el combustible disuelto pasa por tuberías horizontales y como refrigerante usan un circuito separado de agua pesada que transfiere el calor a un generador de vapor que mueve una turbina; ¿qué ventajas tiene por encima del PWR? lo primero es que puede ser reavastecido sin detener la operación del reactor, permitiendo un uso ininterrumpido, aunque no estoy familiarizado con sus sitemas de seguridad, parece que este reactor también utiliza barras de control para reducir la actividad del reactor. A continuación les dejo el esquema del reactor.*3

Reactor CANDU
     Ahora veremos un reactor que es distinto a los anteriores por su manera de economizar el combustible, los reactores que hemos visto hasta ahora eran consumidores de combustible, el siguiente crea más combustible del que consume, es decir genera más átomos fisionables de los que ocupa para operar. Es  el LMFBR (Liquid Metal Fast Breeder Reactor), que en el diagrama es muy parecido a los reactores anteriores, pero como refrigerante utiliza metal líquido (normalmente Sodio derretido).*4

     Este tipo de reactores puede reprocesar el desperdicio y crear más combustible, ¿por qué no es el que usan todos? En realidad porque son más caros de construír y el Uranio es tan común que los gobiernos consideran un desperdicio invertir en esta tecnología, fueron desarrollados a inicios de los 90tas por la crecente preocupación de los desperdicios nucleares, estos reactores no sólo operaban con los residuos de otros reactores, sino que daban como resultado un residuo utilizable; quizás en el futuro se consideren nuevamente este tipo de reactores.

File:LMFBR schematics2.svg
LMFBR
 
     Excelente, ¿ya eres un experto en reactores? ¿no?, quizas sólamente estás informado, hemos hablado de los principales reactores en operación de la actualidad, existen nuevos modelos experimentales que quizás se utilicen en el futuro más seguros y más pequeños, pero de esos hablaré en la siguiente parte de la serie; ahora para entender qué fué lo que paso en los principales accidentes nucleares que ha habido en la historia tenemos que hablar de los mecanísmos de seguridad que hay en los reactores.



Sistemas de Seguridad de las plantas nucleares

     Los sistemas se pueden dividir en dos tipos, pasivos y activos, ¿en realidad tengo que explicar la diferencia? los sitemas de seguridad pasivos son aquellos que utilizan las condiciones naturales de la física para funcionar, cosas como la dilatación de los fluídos, la entropía o la fuerza de gravedad, se llaman pasivos porque no requieren enrgía externa para funcionar y se activarán incluso si no hay humanos en la planta para activarlos y los activos son los que sí requieren energía externa o intervención humana.




Barras de control
     Así que empecemos hablando del principal sistema de seguridad, las barras de control, como lo mencione anterioremente las barras de control son barillas sólidas hechas de elementos como la Plata o el Indio que son buenos para absorber neutrones sin convertirse en material fisible, las barras están elebadas por un campo electromagnético, si por alguna razón la planta deja de funcionar el campo electromagnético desaparece permitiendo que las barras caigan por la fuerza de gravedad y apagan el reactor, este es un ejemplo de un sistema pasivo de seguridad.



     ¿Y qué pasa si las barras no son suficientes para apagar el reactor, o si no funcionan y no pueden caer? entonces entra el sistema de apagado de emergencia, acido Bórico gasificado es inyectado en el envase del reactor, el Boro es otro de los elementos que pueden absorber neutrones sin volverse un material fisionable, dentro del reactor hay sensores operando que determinanan automáticamente cuándo deben inyectar el Boro, aunque este sistema es automático y no requiere de control humano se considera un sistema activo de seguridad, ya que energía externa es requerída para inyectar el gas en el reactor y para mantener activados los sensores. Tanto las barras como el ácido de Boro son sistemas que operan dentro del envase del reactor.


     Ahora imaginemos que las barras y la inyección de Boro fallan, el reactor se encuentra en estado super-crítico y la temperatura está en aumento, si el calor no es extraído el envase corre el riesgo de derretirse (recuerden, el envase del reactor es distinto al contenedor de concreto reforzado), Dentro del envase está el medio que normalmente es agua aunque pudiera ser también Helio líquido, este fluido tiene válvulas pasivas de presión que permiten que el calor se disperse ya sea en la atmósfera del contenedor o en el agua que rodee el envase, un rocío se activa en el contenedor para hacer caer los fragmentos radioactivos producidos en la fisión, después de todo son sólo metales más pesados que el aire y tienden a asentarse.

     Un filtro recolecta el material fisible del agua mientras que el agua desahoga su calor en el vaporizador que está físicamente separado en otro sistema hidráulico que previene que el material radioactivo  escape del contenedor. Otros tipos de reactores condensan el vapor encima del contenedor y después liberan el agua acumulada dentro del reactor nuevamente, este último tipo de sistemas puede soportar hasta 3 día continuos sin intervención humana  en estado supercrítico sin que se derrita el envase, sin embargo aún hay más sistemas de extracción, unas bombas de activación automática movidas por motores diésel hace circular fluidos que permiten una mayor velocidad de extracción del calor  pero supongamos que esos tres días pasan y las bombas diésel por alguna razón no se activan, el calor producido aumenta mucho más de lo que la física es capaz de estabilizarlo, entonces el envase se derrite y se derrama dentro del contenedor de concreto.




     El líquido radioactivo derretido se dispersa en la longitud del contenedor, recordemos que el acomodo geométrico del Uranio es parte de los factores que mantienen la reacción en cadena dentro del corazón del reactor, por lo que dispersarse en una superficie más grande sin material fisíble permite que escapen más neutrones de los que son producidos en las fisiones, permitiendo que finalmente cese la reacción en cadena, las normas internacionales para reactores nucleares hacen que los contenedores de concreto reforzado sean tan resistentes que soportarían una explosión de una bomba nuclear, aunque debe de quedar claro que el Uranio dentro del reactor nunca estallaría tan fuerte como una bomba nuclear.




     Esto fue lo que sucedió en el accidente de Three Mile Island, el envase se derritió liberando el material fisible en el contenedor del reactor, pero no hubo contaminación fuera del contenedor, también en Chernobyl se derritió el envase del reactor, pero en este caso no había contenedor.


Accidentes de la industria Nuclear eléctrica

     Cuando decidí escribir por primera vez de este tema sólo había visto algunas conferencias sobre la situación energética global y entendía algunas cosas básicas sobre la física nuclear, estaba convencido en que sería un tema fácil de tratar y mantenía la postura de que los que no apoyaban la energía nuclear eran personas que se escandalzaban por cualquier cosa; fue en la investigación del tema que entendí que la seguridad que se tiene en las plantas nucleares es consecuencia y no es independiente de los accidentes históricos que ha tenído la industria nuclear; Es gracias a esas personas que alguna vez consideré alarmistas que las plantas nucleares son las plantas con la menor tasa de accidentes por Mega Watt producido.

Chernobyl




     Primero hablemos del accidente más catastrófico que ha presentado la industria, el accidente de Chernobyl; el accidente sucedió en la noche del 25 y la mañana del 26 de Abril de 1986, posterior al accidente de Three Mile Island que sucedió en 1979; El personal que manejaba la planta no estaba adecuadamente capacitado para su operación y el reactor era un diseño ruso, moderado con grafito que hervía agua ligera (agua común pues); el reactor podía ser re'abastecido sin tener que detener el reactor; medía 7 metros de alto y 12 metros de diámetro, tenía cuatro bombas que enviaban agua al reactor para mantener la temperatura adecuada, por el grafito se circulaba helio con oxigeno que extraían el calor del núcleo y contaban con 211 barras de control para apagar el reactor.

     El diseño de los reactores de Chernobyl tenía varios errores de seguridad, por ejemplo, el agua que estaba en contacto con el reactor era la misma que pasaba por las turbinas y  otro problema era que las barras de control podían salir por completo del reactor; esto es un problema por el moderador de grafito que tenía el reactor; recordemos que el moderador es la parte del reactor que se encarga de reducir la velocidad de los neutrones para aumentar la posibilidad de que rompan otro nucleo pesado; el grafito se oxida con facilidad, por lo que debe circularse una mezcla de helio y nitrógeno para evitar el contacto con el oxigeno. Por último el diseño del reactor hacía que aumentara su eficiencia conforme aumentaba la temperatura del reactor, al no estar separada el agua en contacto con el reactor del agua que se evaporaba hacia las turbinas, conforme se evaporaba el agua absorbía menos neutrones incrementando las reacciones en cadena.

    El reactor si contaba con algunos sistemas de seguridad, contaba con un apagado automático y un sistema de enfriamiento de emergencia que inyectaba agua al reactor si subía de cierta temperatura establecida; algunos de estos sistemas de seguridad se convertirían en factores que agravarían el problema al suceder el accidente.

    Lo que sucedió fue lo siguiente; en la planta se hacía una prueba de seguridad que ya se había realizado con anterioridad, lo que querían probar era si el calor del reactor una vez que se apagara podía mantener suficiente electricidad hasta que los motores diésel comenzaran a funcionar; el problema sucedió cuando bajaron las barras de control para apagar el reactor, uno de los sistemas de seguridad impedía que las barras de control bajaran por completo puesto que las bombas de enfriamiento dependían de su funcionamiento, así que alguien determinó que se desconectara el sistema de seguridad automático para que se pudiera apagar el reactor por completo, esto sin notificar a los encargados de seguridad de la planta.

    Cuando finalmente lograron bajar las barras de control el problema fue que el reactor se apagó demasiado rápido, dejando el corazón del reactor muy inestable, así que extrajeron las barras para volver a encender el reactor, pero como el sistema de seguridad estaba desconectado las barras salieron demasiado, permitiendo que un poco de aire entrara al moderador lo que oxidó el grafito, esta oxidación impidió que las barras se re'introdujeran completamente al reactor cuando trataron de apagarlo más tarde; en unos pocos segundos la temperatura del reactor comenzó a subir, así que decidieron re'conectar el sistema de emergencia, la temperatura era tan alta que se activo inmediatamente la inyección de agua en el reactor para enfriarlo, pero el reactor ya estaba tan caliente que el cambio de temperatura tan repentino sólo hizo que se fraccionara el combustible y algunas partes del reactor.

    En menos de un minuto el reactor comenzó a evaporar la mayoría del agua que en su forma de vapor no absorbía tantos neutrones, de manera que aumentó la cantidad de reacciones por segundo. En tan solo unos momentos dos explosiones habían sucedido, una nube de vapor de agua, mezclada con productos de la fisión como el yodo radioactivo y un montón de Xenón y Radón salieron del reactor llenando la atmósfera de gas radioactivo, el incremento en la temperatura inició un fuego en la planta, una persona murió a causa de las explosiones y dos más murieron ese día en el hospital a causa de la radiación; en los próximos 30 días morirían más de 30 personas envenenadas por la radiación, entre ellos la mayoría serían bomberos que no trabajaban en la planta y que sólo trabajaron apagando el incendio y rescatando al personal, y a más de 130 personas se les diagnosticaría con el síndrome de radiación aguda en el siguiente mes.

Esquema de lo que sucedió dentro del reactor


     Helicópteros dejaron caer una mezcla de escombros con plomo para tratar de apagar el reactor durante las semanas siguientes, las nubes radioactivas viajaron kilómetros por la región llegando hasta Pripyat a 130 km de la planta. las personas no serían evacuadas hasta unos días después, cuando el gobierno soviético finalmente revelara los hechos acontecidos en Chernobyl, en el área afectada vivían más de 100 mil personas, incluidos niños. *5

 Three Mile Island





    El accidente del reactor #2 de Three Mile Island en Pensylvania E.U. es un accidente sin víctimas, el reactor aunque anterior al de Chernobyl contaba con mejores sistemas de seguridad y mejores operadores, aún así fueron errores en el diseño los que provocaron el accidente; El 28 de Marzo de 1979 el reactor funcionaba perfectamente al 97% de su capacidad, fue entonces cuando una falla ligera en el segundo circuito de enfriamiento provocó un aumento en la temperatura del reactor, unos segundos después los controles automáticos apagaron el reactor e inundaron el reactor de agua, como debía suceder, el problema fue que los operadores no sabían por qué se había apagado, la planta contaba con malas herramientas de diagnóstico; se  al apagarse, los operadores abrieron la válvula para extraer el excedente de agua que había en el reactor y no se volvió a cerrar aunque el sistema supuestamente mandó la señal de que se había cerrado correctamente.



    El agua que enfría el reactor empezó a bajar demasiado, así que se activaron las bombas de agua presurizada en el reactor que remplazaban el agua que escapaba; sin embargo el agua presurizada provocó un efecto imprevisto en la válvula de presión, que se encarga de mantener la presión del agua en el reactor. Los operadores vieron que la válvula marcaba demasiada presión, lo que se interpretó como que había un exceso de agua en el reactor, así que decidieron reducir la cantidad de agua inyectada.

    Al reducir la cantidad de agua se empezó a evaporar del envase, se piensa que la mezcla de agua hirviendo con burbujas de vapor hizo que toda la tubería del reactor vibrara al punto en que empezó a dañar el sistema y se perdió aún más presión del envase, evaporando casi por completo el agua y permitiendo que el reactor subiera de temperatura repentinamente.

    Dos horas después de que iniciara el accidente por fin lograron cerrar la válvula de drenaje, sin embargo una nube de vapor  presurizado impedía el libre flujo del agua por el reactor, los operadores bombearon el gas por los filtros de carbón que atraparon la mayoría del material radioactivo a excepción de los gases nobles como el Helio, el Xenón y el Kriptón, los dos últimos aunque son químicamente inhertes tienen propiedades nucleares radioactivas, estos gases lograron escapar a la atmósfera.

    Hay que recordar que estos son gases que existen en la naturaleza, y la emisión de estos gases de la planta no afectó significativamente la concentración de su presencia en la atmósfera, pero es importante saber que si hubo emisiones radioactivas durante este accidente.

    El reactor se derritió dentro del contenedor de concreto y la planta tuvo que ser abandonada permanentemente. No hubo muertes provocadas por la radioactividad ni impactos detectables al medio ambiente; este fue el tercer accidente más catastrófico de la industria nuclear eléctrica. Después de este accidente severas medidas de seguridad y nuevas regulaciones para los reactores nucleares fueron implementadas por el gobierno de Estados Unidos, regulaciones que impactarían en la industria nuclear de todo el mundo cuando llegaran a los acuerdos internacionales.*6

Fukushima

    En Fukushima sucedió algo completamente diferente, se le cataloga como el segundo desastre más severo de la industria después de Chernobyl, y la causa esta vez fue una falta de previsión, nadie vio venir un tsunami tan alto.

    El 11 de Marzo del 2011 sucedió un maremoto en el Mar de Japón, aunque el epicentro fue relativamente lejano a la costa, afectó a Fukushima con una magnitud de 9 en la escala de Richter, en la ciudad muchos edificios colapsaron y mucha gente murió a causa del desastre natural (alrededor de 19 mil personas), en la región afectada por el terremoto había más de 11 reactores pertenecientes a compañías distintas, de estos 11, todos resistirían sin daños y todos se apagaron adecuadamente durante el terremoto, los motores diésel que bombeaban agua al reactor comenzaron a funcionar automáticamente como se esperaba; el problema llegó cuando golpeó el tsunami.

    En Japón hay un largo historial de terremotos y tsunamis, todos los reactores estaban colocados geográficamente y diseñados para resistir un tsunami de hasta 10 metros de altura, lo que pasó en Fukushima es que el terremoto fue escepcionalmente fuerte, provocando terremotos sucesivos de menor magnitud, pero que agravaron la situación, la altura del tsunami del 11 de Marzo fue de 15 metros de altura.

    Tan sólo en 1993 un tsunami afectó las costas de Japón, el terremoto fue de magnitud 8.3 y el tsunami tenía una altura de 30 metros aproximadamente; es por esto que se considera que fue negligencia y una falta de previsión en las regulaciones de la industria nuclear japonesa. Las plantas nucleares llevaban años resistiendo terremotos, y al estar a 11 kilómetros del mar estaban conscientes de los posibles tsunamis, y por alguna razón decidieron ser optimistas, pensando "No creo que vuelva a suceder un tsunami tan grande!".

    De los 11 reactores afectados, tres fueron los que se derritieron; En estos tres reactores el agua del tsunami inundó la planta completa, dañando los sistemas eléctricos y lo motores diésel que mantienen las bombas de enfriamiento funcionando; al fallar las bombas entran los métodos pasivos de seguridad, que fueron suficientes para soportar hasta dos días; uno de los problemas fue que el tsunami imposibilitó tanto el acceso que no se pudo atender a tiempo lo que sucedía dentro del reactor.




   El vapor de agua al entrar en contacto con el zirconio hirviendo provocaba que las moléculas de agua se separaran, provocando que una cantidad de hidrógeno se acumulara en el techo de la planta; a las 25 horas del tsunami, sucedió la primera explosión; la segunda sucedió a los tres días del tsunami, y la tercera al día siguiente; puesto que agua del tsunami entró a la planta hubo algo de material radioactivo que se mezclo con el agua, Gases nobles en especial. Al suceder la primera explosión se declaró zona de riesgo los 2 kilómetros a la redonda de la planta, que el primer ministro de Japón incrementó a 3 Km por precaución.

    Hasta la fecha la zona continúa deshabitada a pesar de que no hay evidencia de un impacto ambiental significativo; la zona se ha limpiado con distintos procesos de extracción y los niveles de radiación no son peligros a la salud.*7



Efectos de la radiación en el cuerpo humano 

    Aquí la radiación que más nos preocupa es la radiación ionizante, en la primera parte hablo de los tipos de radiación que emite un átomo radioactivo, así que si necesitas un recordatorio aquí te dejo el link, revisa la parte de los tipos de radiación.


    La radiación ionizante es aquella que por su nivel de energía es capaz de desprender uno o dos electrones de otros átomos con los que interactúa, esta pérdida de electrones los hace reaccionar con otros átomos ya que el átomo tiene una o dos vacantes para electrones y no les importa si tienen que robarlos para conseguirlos esto es lo que llamamos una reacción química.

    Estas reacciones químicas ocasionadas por ionizaciones son comunes en el cuerpo, por ejemplo los que son fumadores o hacen muchas carnes asadas, al quemar algo le suministras energía a la materia, desprendiendo algunos electrones de sus átomos, cuando inhalas el humo algunas de estas partículas ionizadas entran en contacto con tus células generando cambios químicos en la región, si a esto se suma el daño a los tejidos producido por el aire caliente las células pueden dañarse.

    Con la radiación sucede algo similar, la cantidad de exposición que recibe la materia aumenta directamente la posibilidad de que estas ionizaciones sucedan, por lo que importa el tiempo que se pasa expuesto, la cantidad de energía que recibe el tejido en un momento dado y la proximidad a la fuente radioactiva, una célula necesita cientos de ionizaciones para que se muera, ya que cuenta con muchos mecanismos redundantes para reparar las alteraciones bioquímicas.




    Que quede claro, un material irradiado no se vuelve radioactivo, solamente algunos isotopos específicos de átomos específicos pueden ser radioactivos; El envenenamiento radioactivo es una cosa diferente a la exposición a la radiación, el envenenamiento consiste en la ingesta de mataria radioactiva, en cuyo caso aumentaría necesariamente la exposición ya que la distancia de la fuente es cero y todas las emisiones de un átomo colisionan necesariamente con tu cuerpo. Ingerir Material radioactivo añade un riesgo aún mayor, que es la colisión de las partículas alpha con células de tu cuerpo, destruyendo los tejidos con los que entra en contacto.

    Las partículas alpha no son más que productos naturales de la fisión que salen disparados a grandes velocidades del núcleo de átomos más pesados, estas partículas son las más fáciles de detener, una simple hoja de papel sería capaz de detener una de estas partículas, sin embargo en el tejido humano causarían un gran daño a las células más cercanas a la fuente radioactiva. Debes recordar que las células humanas son masivas en comparación a un átomo, incluso a uno de Uranio que es un átomo grande, por lo que cuando hablamos de envenenamiento y exposición  nos referimos muchísimos átomos de Uranio dentro de un cuerpo para que el daño fuera significativo; actualmente en todos nuestros cuerpos hay algunos átomos radioactivos decayendo y nuestro cuerpo es capaz de lidiar con el poco daño que generan.*8



    La radiación ionizante aunque hace menos daño a las células puede viajar más lejos, el peligro de esta radiación son los cambios químicos que generan, cuando una célula se encuentra dividiéndose ciertos procesos químicos controlan la velocidad con que se divide, los átomos ionizados pueden alterar esos procesos de control y alterar el ritmo con que se divide una célula o el tamaño que las células resultantes tendrán.




    Otra posibilidad es que un neutrón golpee una cadena de ADN y que los aminoácidos no sean capaces de reparar el daño, si esto sucede  es difícil predecir lo que sucederá con la célula, pudiera ser que la imposibilita para reproducirse, o quizás es capaz de reproducirse, pero tendrá información incompleta.*9



    Las formas en que la radiación puede afectar a una célula determinada y las formas en que dicha célula reaccionara son tan variadas que es difícil determinar lo que sucederá con la persona con el tiempo, pero el cáncer, quistes y tumores definitivamente son una posibilidad*8, esto lo sabemos por la observación de los pacientes que han sido expuestos a dosis altas de radiación y se asume que hay una relación linear entre la cantidad de radiación que se recibe y la probabilidad de que las células desarrollen errores de crecimiento (traducción: cero radiación es mejor que cualquier cantidad de radiación). Cabe mencionar que hay quienes cuestionan esta postura y argumentan que ciertos niveles bajos de radiación pueden ser benéficos para el cuerpo humano, de eso hablaré en la próxima publicación, pero si no quieres esperar, puedes buscar en google el concepto de Hormesis.

    ¿Y cómo saber cuanta radiación es suficientemente peligrosa? Excelente pregunta amiguito para tu suerte cientos de grupos de científicos y agencias gubernamentales se han roto el coco tratando de determinar justamente esto y han llegado con un sencillo método de medida que nos permitirá pasearnos con tranquilidad cuando estemos a una lado de una piscina de enfriamiento de residuos radioactivos.

    Para explicar cómo se mide la cantidad de radiación que uno puede resistir me permitiré citar a la página de la Agencia de Protección Ambiental de Estados unidos (Enviromental Protection Agency (EPA)):


    "Los científicos que estudian los efectos de la radiación en la salud humana, usan una combinación de datos existentes y cálculos matemáticos (moelos) para estimar los efectos dentro de una variedad de condiciones;

    Cada radionúclido tiene ciertas características que representan diferentes riesgos:



  • El nivel de la radiación que característicamente emite.
  • La vida media del radionúclido (que tan seguido emite radiación).
  • La capacidad del cuerpo para metabolizar y eliminar los radionúclidos.
  • Y el tipo de cancer que el radionúclido tiende a influenciar.

    Cómo va a afectar el radionúclido al cuerpo también depende de si la exposición es interna o externa."

    

    La unidad de medida que obtuvieron de esto fue el REM (Roentgen Equivalent Man(Equivalencia de Roentgen en el hombre) Wilhelm Röntgen, descubridor de los rayos X es a quien debemos tan complicado nombre) que mide la cantidad de ionizaciones que suceden en un centímetro cúbico de materia en un momento dado. 

    Como el REM es una unidad relativamente grande, es más comun que se huce el mili Rem o mrem; una persona promedio recibe alrededor de unos 400 mrem al año, y no parece haber síntomas hasta los 5000 mrem; incluso no parece haber un daño físico permanente hasta por encima de los 25 mil mrem o 25 rem para ser más claro.

    En la siguiente tabla se presentan los síntomas provocados por la radiación y la medida en la que inicia el síntoma, considere que los siguientes síntomas son acumulativos.


Exposición
(rem)
Efecto en la SaludTiempo de aparición
5-10cambios en la química de la sangre
50nauseahoras
55fatiga
70vomito
75Perdida de cabello2-3 semanas
90diarrea
100hemorragias
400muerte posiblealrededor de 2 meses
1,000destrucción del intestino delgado
hemorragias internas
Muerte1-2 semanas
2,000daño al sistema nervioso central
perdida de la conciencia;minutos
MuerteHoras hasta días



    Te interesará conocer a cuánta radiación te expones en particular; la EPA nos ofrece una calculadora que nos permite estimar cuánta radiación recibes en un año, muchos se sorprenderán que la mayoría de la radiación que reciben proviene del aire, gracias al radón, un gas radioactivo que simplemente evolucionamos respirando; por desgracia la calculadora sólo contempla a las personas que viven en Estados Unidos, pero es una herramienta útil para saber qué tipos de cosas aumentan la cantidad de milirems que actúan en tu cuerpo. Calculadora de mrems.

Conclusiones

    Bueno, esto ya se extendió demasiado, así que terminaré aquí; la radiación es peligrosa y debe ser manejada con mucho cuidado, a lo largo de la historia hemos tenido lecciones que nos previenen del terrible daño que esta energía es capaz de hacer; el material radioactivo puede tardar desde cientos hasta millones de años en perder su radioactividad, por lo que una zona contaminada de material radioactivo lo continuará estando por muchísimo tiempo por lo que no es exagerado las redundancias de seguridad que hay por obligación en todas las plantas nucleares y es debido a los accidentes y no a pesar de ellos que se ha mejorado tanto la seguridad de todas las plantas alrededor del mundo. Hoy por hoy la industria nuclear eléctrica es la que tiene la menor tasa de accidentes y la menor cantidad de fatalidades en  su historia (curiosamente la peor tasa es para la industria hidroeléctrica).

    También entendimos que la radiación es algo natural al que estamos expuestos todos los días de nuestra vida, nuestros ancestros evolucionaron con ello como norma y desarrollaron mecanismos que reparan diariamente el daño hecho por las ionizaciones.

    por último aprendimos que la forma en la que se mide la cantidad máxima de exposición que soporta un ser humano está basada en las limitadas observaciones de los casos en que hubo una aguda exposición a la radiación y se asumió una linea recta donde se asume que lo mejor es aproximar a cero la exposición a la radiación.

    En el próximo artículo expondré finalmente por qué a pesar de todos estos peligros es sensato utilizar la energía nuclear, haré una llamada al realismo y examinaremos algunos números y razones económicas, ambientales y científicas por las que es una buena idea apoyar a la industria nuclear eléctrica.

    Gracias por leer.


*1- Barras de Control http://en.wikipedia.org/wiki/Control_rod

*2- Pebble Bed Reactor http://en.wikipedia.org/wiki/Pebble-bed_reactor
*3- Reactores CANDU http://energy.about.com/od/nuclear/a/Candu-Nuclear-Reactor-Is-Moderated-With-Heavy-Water.htm
*4- LMFBR http://en.wikipedia.org/wiki/Breeder_reactor
*5- Desastre de Chernobyl http://www.world-nuclear.org/info/Safety-and-Security/Safety-of-Plants/Chernobyl-Accident/#.UivdTManqxU
*6- Accidente de Three Mile Island http://www.world-nuclear.org/info/Safety-and-Security/Safety-of-Plants/Three-Mile-Island-accident/#.Uj5P88anqxU
*7 Catástrofe de Fukushima http://www.world-nuclear.org/info/Safety-and-Security/Safety-of-Plants/Fukushima-Accident/#.Uj5P9canqxU
*8 Efectos a la salud de la Radiación http://www.epa.gov/radiation/understand/health_effects.html
*9 Crecimiento Celular http://en.wikipedia.org/wiki/Cell_growth#Cell_cycle_regulation_in_mammals