El accidente nuclear de Fukushima-Daiichi, Japón

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1 El accidente nuclear de Fukushima-Daiichi, Japón Juan Azorín Nieto Depto. de Física UAM-I Recibido: 25 de abril de 2011 Aceptado: 03 de mayo de Abstract This paper discusses the nuclear accident occurred at the nuclear plant in Fukushima Dai-ichi, Japan. The event is analyzed based on information provided by the International Atomic Energy Agency (IAEA) and its possible consequences for our country and the possibility that a similar event could occur in Mexico. CO), Fukushima II (con 4 reactores) también llamada Fukushima Dai-ni (que significa número dos en japonés), Onagawa (con 3 reactores) y Tokai (con 1 solo reactor). La central nuclear de Fukushima Dai-ichi se localiza en la ciudad de Okuma, en el distrito de Fukushima en el centro norte de Japón en la cara oriental de la isla. Key words: Fukushima, Japan, nuclear accident. Resumen En este artículo se comenta el accidente nuclear ocurrido en la planta nuclear de Fukushima Dai-ichi, Japón; se analiza el evento con base en la información proporcionada por el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) y sus posibles consecuencias sobre nuestro país; así como la posibilidad de que un evento similar pudiera presentarse en México. Palabras clave: Fukushima, Japón, accidente nuclear. Como es de todos sabido, el pasado 11 de marzo de 2011 se produjo un terremoto de magnitud 8.9 en la escala de Richter cuyo epicentro se localizó a 130 km al este del puerto de Sendai, muy cerca de la planta nuclear de Fukushima-Dai-ichi (Fukushima I) en el norte de Japón; media hora después el tsunami llega a la costa provocando daños en la planta nuclear. Japón cuenta con 17 centrales nucleares como la de Fukushima I. Cada central posee un número diferente de reactores nucleares, haciendo un total de 58 reactores. Las 4 centrales nucleares más próximas al epicentro del terremoto son: Fukushima I también llamada Fukushima Dai-ichi (que significa número uno en japonés) la cual cuenta con 6 reactores nucleares de potencia del tipo de agua hirviente o Boiling Water Reactor (BWR), que son operados por la Tokyo Electric Power Company (TEP- Figura 1. Localización de la planta nuclear de Fukushima Dai-ichi y del epicentro del terremoto Cuando se inició el terremoto, estaban en funcionamiento 37 reactores nucleares de las 17 centrales japonesas. Tras el terremoto, las centrales de Fukushima I, Fukushima II, Onagawa y Tokai interrumpieron el proceso de fisión en los 11 reactores que tenían operando. De acuerdo con la información suministrada por el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA), en Fukushima I, los reactores 4, 5 y 6 ya estaban apagados por inspección periódica; mientras que los reactores 1, 2 y 3 se apagaron automáticamente porque los sistemas electrónicos automáticos de emergencia funcionaron adecuadamente, ya 12

2 El accidente nuclear de Fukushima-Daiichi, Japón. Juan Azorín Nieto. 13 Figura 2. Planta nuclear de Fukushima Dai-ichi Figura 4. Diagrama de un reactor BWR 1 Vasija del reactor 2 Barras de combustible 3 Barras de control 4 Refrigerante 5 Manejo de barras de control 6 Vapor hacia la turbina 7 Alimentación de agua 8 Enfriamiento por agua marina 9 Bloque calentador 10 Bomba de agua de alimentación 11 Bomba de refrigerante 12 Edificio del reactor Figura 3. Reactor de agua en ebullición (BWR) que al perderse toda la alimentación eléctrica fuera de la central los generadores diesel de emergencia proporcionaron energía eléctrica a los sistemas de seguridad, pero estos generadores dejaron de funcionar aproximadamente una hora después debido a los daños producidos por el tsunami. El proceso de apagado de un reactor se produce al introducir en el mismo las barras de control que absorben neutrones y por lo tanto detienen la reacción en cadena. El enfriamiento del reactor no es inmediato y requiere la intervención de los sistemas de refrigeración y un control durante todo el proceso. El tiempo que tarda un reactor en realizar un apagado automático funcionando correctamente la refrigeración es de 36 horas. En el caso de Fukushima I la refrigeración de los reactores falló por avería en la alimentación del sistema de refrigeración, por ello, no se pudo controlar su proceso de apagado con las consabidas consecuencias. Posteriormente, se empezó a extraer calor residual del reactor, pero aparentemente éste sufrió una pérdida de refrigerante produciéndose daño al núcleo del reactor; después se produjo una explosión de hidrógeno en el edificio del reactor dañando la estructura del edificio; sin embargo, el contenedor primario y la vasija del reactor, los cuales impiden la salida de material radiactivo al exterior, se mantuvieron intactos. Se tomó la decisión de inyectar agua del mar para continuar con el enfriamiento del reactor, lo que estaba previsto en el plan de emergencia. Hubo emisiones controladas de material radiactivo al exterior, pero estas fueron disminuyendo con el tiempo. Esta misma secuencia de hechos parece haberse producido también en las otras unidades. Al día siguiente, se produjo una explosión en la unidad 1 la cual parece haber sido causada por hidrógeno dentro del edificio ya que las pastillas de combustible de uranio se encuentran dentro de vainas de circonio. Cuando dichas vainas se encuentran sometidas a muy altas temperaturas el circonio reacciona con el agua produciendo óxido de circonio e hidrógeno. Parece que esto fue lo que ocu-

3 14 ContactoS 80, (2011) rrió al quedar parte del combustible al descubierto al faltar líquido refrigerante en el reactor. Existe la hipótesis de que el hidrógeno se acumuló en el edificio sufriendo ignición. Sin embargo, aunque la explosión destruyó parte del edificio, no dañó el contenedor primario ni la vasija del reactor. Figura 5. Explosión en el edificio de la unidad 1 debido probablemente a la acumulación de hidrógeno Hasta la fecha, no se tiene ninguna evidencia de que haya ocurrido la fusión parcial o total del núcleo. Aún si esto llegara a ocurrir, los sistemas de contención del reactor están diseñados para prevenir la dispersión de radiactividad al exterior. La fusión del núcleo del reactor podría llegar a ocurrir ya que sin la refrigeración adecuada, la temperatura del combustible (en el núcleo) podría elevarse y si llegara a 1900 C la cubierta protectora de las barras de combustible se perdería y éstas comenzarían a fundirse. El agua sin circular se puede evaporar en días y al aumentar más la temperatura el combustible puede fundirse y fundir la base del reactor. De acuerdo con La Escala Internacional de Eventos Nucleares (más conocida por sus siglas en inglés INES International Nuclear Event Scale) del Organismo Internacional de Energía Atómica el suceso de la central nuclear de Fucushima se calificó en un principio en el nivel 4 y posteriormente se recalificó en el nivel 5 de una escala de 7, al mismo nivel que el accidente de Three Mile Island (1979) accidente con consecuencias de mayor alcance. Actualmente el accidente ha sido recalificado al nivel 7 o accidente mayor como el de Chernobil (1986). La INES fue introducida por el OIEA para permitir la comunicación sin falta de información importante de seguridad en caso de accidentes nucleares y facilitar el conocimiento de los medios de comunicación y la población de su importancia en materia de seguridad. Se ha definido un número de criterios e indicadores para asegurar la información coherente de acontecimientos nucleares por autoridades oficiales diferentes. Hay 7 niveles en la escala: Los sucesos de nivel 1 a 3, sin consecuencia significativa sobre las poblaciones y el medio ambiente, se califican como incidentes, los superiores (4 a 7), como accidentes. El último nivel corresponde a un accidente cuya gravedad es comparable al ocurrido el 26 de abril de 1986 en Chernobil. Nivel 7 INES: Accidente mayor Impacto en las personas y el medio ambiente. Se produce una mayor liberación de material radiactivo que pone en riesgo la salud general y el medio ambiente y requiere la aplicación de medidas de contraposición. Ejemplo: Accidente de Chernóbil, Ucrania (1986). Nivel 6 INES: Accidente serio Impacto sobre las personas y el medio ambiente. Se produce la liberación de material radiactivo que requiera una probable aplicación de medidas de contraposición. Ejemplo: Desastre de Kyshtyn, Rusia (1957). Figura 6. Proceso de fusión del núcleo de un reactor: 1) Al fallar la refrigeración, la temperatura del núcleo se eleva, 2) A 1900 C las barras de combustible se empiezan a fundir y el agua a evaporarse, 3) Al aumentar más la temperatura el combustible se funde y puede fundir el fondo del reactor. Nivel 5 INES: Accidente con consecuencias amplias Impacto sobre las personas o el medioambiente. Liberación limitada de material radiactivo que pueda requerir la aplicación de medidas de contraposición. Varias muertes por radiación.

4 El accidente nuclear de Fukushima-Daiichi, Japón. Juan Azorín Nieto. 15 Figura 7. Fuente: Organismo Internacional de Energía Atómica

5 16 ContactoS 80, (2011) control. Se producen graves daños al núcleo del reactor y se produce la liberación de material radiactivo en una instalación que genera riesgos de exposición pública que podría derivarse de un accidente crítico o el fuego. Ejemplo: Accidente de Three Mile Island, EEUU (1979). Nivel 4 INES: Accidente con consecuencias locales Impacto sobre las personas o el medio ambiente. Liberación menor de material radiactivo que pueda requerir, aunque de forma poco probable, la aplicación de medidas de contraposición. Al menos una muerte por radiación. control. Combustible fundido o dañado y liberación de cantidades significativas de radiación con probabilidad de exposición pública. Ejemplo: Accidente de Tokaimura, Japón (1999). Nivel 3 INES: incidente grave Impacto en las personas y el medio ambiente. Exposición de 10 o más veces el límite legal anual para los trabajadores y efectos no letales producidos por la radiación. control. Exposición de más de 1 Sv/h en una zona de trabajo (Sv es la abreviatura de Sievert, unidad de medida de la dosis de radiación). Impacto en la defensa en profundidad Ejemplo: Accidente de Sellafield, Gran Bretaña (2005). Nivel 2 INES: incidente Impacto en las personas y el medio ambiente. Exposición de un miembro del público a más de 10 msv y exposición de un trabajador en exceso a los límites legales anuales. control. Nivel de radiación en una zona operativa de más de 50 msv/h y contaminación significativa dentro de la instalación no preparada en el diseño. Impacto en la defensa en profundidad. Ejemplo: Incidente de Caradache, Francia (1993). Nivel 1 INES: anomalía Impacto en la defensa en profundidad. Exposición mayor a los límites legales anuales de un miembro del público, problemas menores con elementos y componentes de seguridad con la defensa en profundidad restante y robo o pérdida de una fuente de radiactividad de baja intensidad. Nivel 0 INES: desviación Ninguna importancia para la seguridad. Es importante que no se extrapolen los datos de los terremotos y tsunamis a otros países cuando se evalúan los riesgos naturales ya que estos son muy específicos de cada región y se basan en las condiciones tectónicas y en las fallas geológicas propias de cada localización. Las posibilidades de que un terremoto y un tsunami similares se produzcan en México son muy remotas. En todo caso, la central nuclear de Laguna Verde (CLV) se construyó con los mismos estándares que todas las centrales nucleares del resto de países del mundo, y acaban de culminar con éxito los trabajos de modernización de la misma, tras haber concluido la cuarta y última recarga de combustible prevista. Las relevantes modificaciones efectuadas posibilitan una extensión de la operación de la planta de hasta 40 años de vida útil. Durante la última fase de los trabajos participaron unas personas y se alcanzó el récord de 2.8 millones de horas de trabajo sin accidentes. No obstante, México, Estados Unidos y Canadá, han activado sus sistemas de alerta en monitoreo de radiación ambiental por si dado el caso remoto hubiese alguna fuga importante de material radiactivo a la atmósfera, así como sus sistemas de detección de sismos. Nuestro país ha activado ya una red de monitoreo censando en algunos puntos del territorio nacional, por si hubiese alguna fuga importante en Japón, que en realidad prácticamente no llegaría a México porque las corrientes de las masas de aire no alcanzan nuestro territorio aunque sí al hemisferio norte como Estados Unidos y Canadá. En conclusión, el alcance de lo peor de Fukushima va a ser, fundamentalmente, japonés y quizá de algunas zonas periféricas; igual que el alcance de lo peor de Chernóbil fue, fundamentalmente, ruso, bielorruso y ucraniano. Hay aquí algunas leyes físicas

6 El accidente nuclear de Fukushima-Daiichi, Japón. Juan Azorín Nieto. 17 Figura 8. Central nuclear Laguna Verde. en juego, y una de ellas afirma que tanto la concentración como la intensidad de la radiación tiende a disminuir con la distancia. Otra de ellas, que los daños producidos por la radiación en la materia (incluyendo la materia viva) son extremadamente dependientes de la dosis y del tiempo de exposición. A lo largo de la historia ha habido considerables diseminaciones de radiación a la atmósfera, como los cientos de pruebas nucleares durante la Guerra Fría. Además de que podemos afirmar que las dosis de radiación medidas fuera del perímetro de seguridad hasta el momento son en total tan cancerígenas y teratogénicas como un paquete de cigarrillos. Hay que tener en cuenta que en la actualidad existen más de 400 reactores nucleares en operación en todo el mundo y otros tantos en construcción, siendo los países que más los emplean los Estados Unidos, el Reino Unido, la URSS, Japón, Francia y la República Federal Alemana. En Francia, el 59 % de la electricidad es de origen nuclear. Se ha acumulado ya suficiente experiencia en esos países para garantizar que el uso de la fisión nuclear sea factible, económico y seguro. México cuenta con la planta de Laguna Verde, que tiene dos reactores, cada uno de ellos de 650 MW. En la segunda mitad de la década de los sesenta, Estados Unidos lanzó el primer programa nuclear destinado a la generación de electricidad. Aunque cuatro años antes, el Reino Unido había inaugurado Calder Hall, la primera central nuclear del mundo. Poco después, otros países industrializados siguieron el ejemplo llevando a cabo sus propios programas de construcción y explotación de centrales nucleares. La estabilidad económica, el fuerte crecimiento de la demanda eléctrica y sus prometedoras expectativas económicas fueron el motor del desarrollo de esta fuente energética. En la actualidad existen 436 reactores en operación, los cuales producen el 17 % de la electricidad mundial. A principios de este año, 56 unidades más se encuentran en construcción en países como China, India, Bulgaria, Japón, Rusia, Corea del Sur, Finlandia y Francia. Todos ellos, conscientes de los problemas energéticos, medioambientales y ahora económicos construyen nuevas plantas nucleares porque consideran que la energía nuclear es una fuente esencial para el presente y futuro de sus países. A estos reactores en operación y construcción se sumarán las centrales ya planificadas, que ascienden a 200, destacando el programa 2010 del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE), donde en la actualidad hay unas 30 solicitudes en proceso de autorización. Hay que recordar que por el momento la verdadera catástrofe es la que ha sufrido el pueblo japonés a causa del terremoto y el tsunami. Hay miles de muertos, cientos de miles de desplazados, comarcas enteras borradas del mapa. Referencias 1. Foro Nuclear, energia\_nuclear\_mundo.jsp 2. OIEA, Escala Internacional de Sucesos Nucleares y Radiológicos (INES) Manual de Usuario, IAEA Vienna (2008) 3. Foro industrial atómico de Japón, jaif.or.jp/english/index.php 4. Organismo Internacional de energía atómica, 5. Agencia de seguridad industrial y nuclear de Japón, english/index.html 6. Tokio Electric Power Company, tepco.co.jp cs