Vicente Alcober Bosch

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1 Vicente Alcober Bosch

2 CENTRAL NUCLEAR DE FUKUSHIMA

3 EN EL ORIGEN DE TODO EL ACCIDENTE: LA RADIACTIVIDAD Los núcleos estables permanecen estacionarios Los núcleos inestables emiten partículas ( alfa y beta ) y radiaciones gamma, es lo que se conoce como radiactividad En un reactor nuclear y mediante las reacciones nucleares de fisión se generan grandes cantidades de núcleos inestables, prácticamente todos los existentes La fisión se desarrolla en los elementos combustibles de uranio. Las partículas y parte de las radiaciones quedan retenidas en el propio elemento combustible La energía depositada aparece en forma de calor Es preciso refrigerar los elementos combustibles Los fenómenos radiactivos decrecen con el tiempo

4 LEYES DE LA DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA BÁSICA Expresan el comportamiento macroscópico global de las muestras radiactivas Son comunes a todas las formas de desintegración radiactiva (t) : núcleos inestables en una muestra radiactiva A d = dt actividad [ núcleos que se desintegran. s -1 ] Ley básica de la desintegración radiactiva d A dt = λ A donde λ es la llamada constante de desintegración [ s -1 ] - Solución de la ley básica A( t ) = A e = A e λt 0 0 ln 2 t T donde 0 representa la totalidad de núcleos inestables en t = 0 T : periodo [ s ], tiempo en el que el número de núcleos inestables de la muestra se reduce a la mitad ln T = = λ λ

5 MAGNITUDES Y UNIDADES 1 ) Para describir el foco emisor de radiaciones: Actividad ( A ): número de desintegraciones sufridas por una muestra en la unidad de tiempo Unidades: Becquerelio ( Bq ): una desintegración por segundo ( se usan múltiplos ) Curio ( Ci ): desintegraciones por segundo ( se usan múltiplos y submúltiplos ) 2 ) Para describir el efecto receptor de las radiaciones: Dosis absorbida ( D ): energía absorbida ( procedente de todas las partículas ionizantes que entran en juego ) por unidad de masa Unidades: Gray ( Gy ) : un julio por kilogramo Dosis equivalente ( H ) : energía absorbida ponderada por la naturaleza de la radiación ( hay radiaciones más dañinas que otras ) H = w D Donde w es la eficacia biológica relativa Unidades: Sievert ( Sv ) ) En muchos casos w = 1 ( rayos X ) y entonces coinciden numéricamente D y H.

6 MAGNITUDES Y UNIDADES ANTIGUAS 2 ) Para describir el efecto receptor de las radiaciones: Dosis absorbida ( D ): energía absorbida ( procedente de todas las partículas ionizantes que entran en juego ) por unidad de masa Unidad antigua: rad : 10-2 julios por kilogramo ❾ 1 rad = 0.01 Gy Dosis equivalente ( H ) : energía absorbida ponderando la naturaleza de la radiación H = w D Donde w es un factor de ponderación Unidad antigua : rem H ( rem ) = w D ( rad ) ❾ 1 rem = 0.01 Sv En muchos casos w = 1 y entonces coinciden numéricamente D y H.

7 EFECTOS PARA LA SALUD DE DISTINTOS NIVELES DE DOSIS EFECTIVA DOSIS EFECTIVA ( msv ) EFECTOS PARA LA SALUD 0.01 Dosis anual media debida a la industria nuclear horas de vuelo en avión 3.0 -una exploración radiográfica de aparato digestivo -un escáner ( TAC ) de cabeza 3.5 ( 350 mrem ) Dosis anual media por persona en España 100 ( 10 rem ) No hay evidencia de efectos sanitarios en seres humanos 250 No produce efectos observables de tipo inmediato 4000 Muerte en días o semanas ( 50 % de los casos ) ( 1000 rem ) Muerte en días o semanas ( 100 % de los casos )

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9 INDICADORES RADIOLÓGICOS EN CASO DE ACCIDENTE - El iodo 131 es un isótopo empleado en el tratamiento de cáncer y otras patologías de la glándula tiroidea con un Periodo corto (8 días) y que desaparece en pocas semanas. El I-131 también es generado en los procesos de fisión de los reactores nucleares y es uno de los radionucleidos que se controla como indicador de contaminación alimentaria en caso de accidente nuclear o radiológico. - Por el contrario el cesio, que también puede ser detectado inicialmente después del accidente, puede llegar a permanecer por mayor tiempo en el ambiente y puede suponer un problema a medio-largo plazo ( El Cs-134 tiene un Periodo de 2 años y Cs-137 de 30 años ). -Otros isótopos que pueden ser liberados al medioambiente son el estroncio y el plutonio. El Sr-90 tiene un Periodo de 88 años y el Pu-240 de años. Con todo ello, ambos isótopos son relativamente inmóviles y son un problema que afecta, principalmente, al área donde han sido liberados.

10 NIVELES ESTABLECIDOS PARA LOS ACCIDENTES NUCLEARES NIVEL EFECTOS, Ejemplo NIVEL 1 Anomalía NIVEL 2 Incidente Exposición de una persona del público con H > 10 msv Exposición de un trabajador por encima del límite anual NIVEL 3 Exposición 10 veces superior al límite anual de los Incidente importante trabajadores. Vandellós 1989 NIVEL 4 Accidente con consecuencias de alcance local NIVEL 5 Accidente con consecuencias de mayor alcance NIVEL 6 Accidente importante NIVEL 7 Accidente grave Liberación menor de materiales radiactivos Al menos una defunción por irradiación Liberación limitada de materiales radiactivos Varias defunciones por radiación. Three Mile Island, 1979 Liberación importante de materiales radiactivos Liberación grave de materiales radiactivos Chernóbil 1986, Fukushima 2011

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13 FUKUSHIMA DAIICHI (I) ANTES DEL ACCIDENTE

14 CUADRO COMPARATIVO DE LOS EDIFICIOS DE CONTENCIÓN BWR GE Edificio de contención Mark I Mark II Mark III ABWR ESBWR Línea de productos BWR 2,3 y 4 inicial ( ) 4 final y 5 ( ) 6 (1972) Nivel de potencia [MWe] Diámetro interior de la vasija de presión [m] Pozo seco Volumen libre [m 3 ] Presión de diseño* [MPa] Pozo húmedo Volumen libre [m 3 ] Volumen de agua [m 3 ] Presión de diseño* [MPa] Respiraderos Orientación Tamaño [m] Número Vertical Vertical Horizontal Horizontal Horizontal *Presión atmosférica: 0.1 MPa

15 CENTRALES NUCLEARES DE FUKUSHIMA DAIICHI CUANDO SUCEDIÓ EL TERREMOTO Unidad 1: BWR MW En operación Unidades 2 y 3: BWR MW En operación Unidades: 4 y 5: BWR MW En parada Unidad 6: BWR MW En parada

16 DISEÑO DE LA PLANTA Barreras de protección 1ª Barrera: Elemento Combustible (1) 2ª Barrera: Vasija del Reactor (7) 3ª Barrera: Contención Primaria (10) 4ª Barrera : Edificio Contención Secundaria (Hormigón) (22) Piscina de Supresión (Toro) (24) Planta de Recarga (Acero) (22) Piscina de Combustible gastado (5)

17 EVOLUCIÓN DE LA POTENCIA RESIDUAL (producida por la desintegración de los productos de fisión ) t P/P 0 ( % ) t = 0 7 t = 1 hora 1.3 t = 1 día 0.4 t = 1 semana 0.2

18 RECIRCULACIÓN

19 SISTEMA DE REFIGERACIÓN DE EMERGENCIA ( ECCS ) HPCS Rociado del núcleo de alta presión LPCS Rociado del núcleo de baja presión LPIS Inyección de refrigerante a baja presión

20 SISTEMA DE VENTEO

21 UNIDAD 1: PRINCIPALES EVENTOS DESPUÉS DEL TERREMOTO Día 11 de marzo :46: Planta en operación. Parada automática ocasionada por el terremoto. 15:42: Perdida total de alimentación eléctrica A/C ocasionada por el tsunami. 16:36: Fuera de servicio el sistema de refrigeración del Reactor. Día 12 de marzo 2011 Subida de presión en la Contención Primaria. 10:17: Comienzan los venteos de la Contención Primaria. 15:36: Explosión (Hidrógeno) en la Contención Secundaria. 20:20: Comienza la inyección de agua de mar borada. Día 23 de marzo :33: Aumenta la aportación de agua de refrigeración al poner en servicio la línea de contraincendios.

22 UNIDAD 2: PRINCIPALES EVENTOS DESPUÉS DEL TERREMOTO Día 11 de marzo 2011 Día 13 de marzo 2011 Día 14 de marzo :46 Planta en operación. Parada automática ocasionada por el terremoto. 15:42 Perdida total de alimentación eléctrica A/C ocasionada por el tsunami. 16:36 Fuera de servicio el sistema de refrigeración del Reactor. 11:00 Comienzan los venteos de la Contención Primaria. 13:25 Pérdida de las funciones de refrigeración del reactor 16:34 Comienza la inyección de agua de mar borada al Reactor 22:50 Subida de presión en la Contención Primaria. Día 15 de marzo :02 Venteo de la Contención Primaria. 06:10 Explosión (Hidrógeno) en la Contención Secundaria. ~ 06:20 Posible daño en la Cámara de Supresión (Toro). Día 20 de marzo :05-17:20 Se inyecta agua de mar borada en la piscina de combustible gastado. 15:46 Recuperada la energía eléctrica AC externa. Posible daño al Toro.

23 UNIDAD 3: PRINCIPALES EVENTOS DESPUÉS DEL TERREMOTO Día 11 de marzo 2011 Día 12 de marzo :46 Planta en operación. Parada automática ocasionada por el terremoto. 15:42 Perdida total de alimentación eléctrica A/C ocasionada por el tsunami. Día 13 de marzo :41 Comienzan los venteos de la Contención Primaria. 05:10 Fuera de servicio el sistema de refrigeración de emergencia del Reactor. 13:12 Comienza la inyección de agua de mar borada al Reactor Día 14 de marzo :44 Subida de presión en la Contención Primaria. 11:01 Explosión (Hidrógeno) en la Contención Secundaria. Día 17 de marzo :48 Descarga de agua de refrigeración con helicópteros y camiones de bomberos. Día 22 de marzo :43: Recuperada la iluminación en la Sala de Control.

24 UNIDAD 4: PRINCIPALES EVENTOS DESPUÉS DEL TERREMOTO 1.- Planta en parada de Carga y mantenimiento 2.- LOS ELEMENTOS COMBUSTIBLES SE ENCUENTRAN FUERA DEL REACTOR 3.- POSIBLE DAÑO EN LA PISCINA DE COMBUSTIBLE GASTADO (Dificultad en mantener la temperatura de la Vasija / Posible daño en la envolvente ) Día 11 de marzo 2011 Día 14 de marzo :42 Pérdida total de alimentación eléctrica A/C ocasionada por el tsunami. 04:08 Aumenta la temperatura en la piscina de combustible gastado Día 15 de marzo :38: Fuego en la 3ª planta. Día 20 de marzo :21 Comienza el rociado de agua con bombas de presión exteriores. Día 22 de marzo :35: Se recupera la energía eléctrica AC externa.

25 UNIDAD 5: PRINCIPALES EVENTOS DESPUÉS DEL TERREMOTO Planta en parada de Carga y mantenimiento Día 11 de marzo :30 Parada fría del Reactor. Día 21 de marzo :36 Recuperada la energía eléctrica AC externa. UNIDAD 6: PRINCIPALES EVENTOS DESPUÉS DEL TERREMOTO Planta en parada de Carga y mantenimiento Día 20 de marzo :27 Parada fría del Reactor. Día 22 de marzo :17 Recuperada la energía eléctrica AC externa.

26 ESTADO ACTUAL DE LOS NÚCLEOS DE LOS REACTORES -El núcleo de U1 se fundió totalmente, dañó la vasija del reactor y cayó al menos en parte a la contención, donde se ha comido unos cm de hormigón según los cálculos actuales, pero tiene otros 7 metros de hormigón por debajo. No se detectan compuestos de degradación desde hace tiempo y se asume que dicha degradación ha cesado. - Los núcleos de U2 y U3 se han fundido en un alto porcentaje, pero no se han detectado productos de degradación del hormigón y se cree que si algo del núcleo ha caído a la contención, ha sido una cantidad reducida.

27 ESTADO ACTUAL DE LOS EDIFICIOS DE LOS REACTORES En la U1 ya tienen instalada una cubierta alrededor del edificio. Tienen iluminación, video vigilancia, filtrado y purificación de aire, spray de agua, etc. Ahora mismo están con los trabajos iniciales para hacer lo mismo con los edificios de U3 y U4. Queda mucho trabajo por hacer y han cubierto los escombros con un polímero anti-dispersante para que el viento o la lluvia no puedan desprender los elementos radiactivos. El edificio de U2 fue el menos dañado y ya han sellado el panel que reventó el 15 de marzo. Todos los reactores tienen un sistema de filtrado a una presión inferior a la atmosférica para evitar que haya circulación de gas ó vapor del interior de los edificios al exterior.

28 EL REACTOR 1 DE FUKUSHIMA

29 FUKUSHIMA DAIICHI ( I ) DESPUÉS DEL ACCIDENTE

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31 LAS CENTRALES JAPONESAS DESPUÉS DEL ACCIDENTE

32 TASA DE DOSIS EQUIVALENTE EN FUKUSHIMA ( 1 mrem / hr = 10 µsv / hr ) ( 10,000 mrem / hr = 100 msv / hr ) 3.5 msv ( 350 mrem ) Dosis anual media por persona en España Límites de dosis para los trabajadores: Anual: 50 msv ( 5 rem ). Acumulado 5 años: < 100 msv ( < 10 rem )

33 FUSIÓN DE LOS NÚCLEOS -Los núcleos se fundieron durante las primeras 24 horas del accidente. (Cuando se produce hidrógeno es que se está empezando a dañar seriamente el combustible y en Fukushima hubo pruebas dramáticas de que se estaban generando cantidades masivas de hidrógeno, que implicaban un daño gravísimo a los núcleos). ( se llama corium al magma resultado de la fusión del núcleo de un reactor nuclear ) -Cuando el corium fundido degrada el hormigón, proceso muy lento, se emiten compuestos característicos a la atmósfera de la contención. Estos compuestos han sido medidos y seguidos tras el accidente. -se estima que en Unidad 1 el corium fundido ha penetrado en torno a unos cm en la primera capa de hormigón de la contención. (Los ecologistas insisten una y otra vez, como si ellos hubiesen entrado a la contención a verlo personalmente, en que ha atravesado la contención ) -el forro de acero de dicha contención está bajo una capa de 1,8 metros de hormigón en la zona inferior del reactor; bajo ese forro de acero, hay otros 5 metros de hormigón cuya misión es evitar que un núcleo fundido escape al medio ambiente.

34 MATERIALES CONTAMINADOS ELIMINADOS AL MEDIO AMBIENTE -unas 250 toneladas. ( El incendio de las 2000 toneladas de grafito brutalmente activado fue la principal fuente de extensión de la radiación en Chernobyl. El inventario radiológico de Chernobyl fue de 2150 toneladas) -a posteriori se ha comprobado que el combustible de las piscinas de almacenamiento no ha sufrido daños serios y, por tanto, no ha contribuido significativamente a las consecuencias del accidente.

35 Límites de dosis para los trabajadores: Anual: 50 msv ( 5 rem ). Acumulado 5 años: < 100 msv ( < 10 rem ) Sucesos Fukushima: DAÑOS RECIBIDOS POR LOS TRABAJADORES -ninguno ha muerto por exposición a la radiación. -cabe esperar entre algunos de ellos casos de cáncer en el futuro. (En Chernobyl hubo gente expuesta a rem ( 15 Sv ), cientos, tal vez miles recibieron más de 100 rem ( 1 Sv ) ) -no se permitieron los suicidios entre los trabajadores y en parte por eso el accidente terminó siendo tan grave. -por la planta han pasado trabajadores, de los cuales 171 han recibido más de 10 rem y sólo 6 han superado los 25 rem. -El trabajador más expuesto ha absorbido 68 rem. (A partir de 100 rem empiezan a manifestarse los efectos deterministas, casi siempre leucemia, aunque no tiene por qué ser mortal, de hecho, a 400 rem la tasa de supervivencia es del 50%). (Radiológicamente, la situación no tiene nada que ver con Chernobyl )

36 EVACUACIÓN DE LA POBLACIÓN -Hubo 80 mil evacuados en la zona hasta 30 km de la central. -Hace dos meses el gobierno retiró la orden de evacuación a partir de 20 km, salvo en la zona noroeste, donde hay una pluma importante de contaminación hasta grandes distancias (el viento soplaba hacia allí el día 15 cuando falló la cámara de supresión de U2). Parte de esa gente ha regresado, pero la mayoría aún no, quieren más garantías, es comprensible. -Se espera que a mediados de 2012 se levante parcialmente la orden de evacuación situada entre 10 y 20 km, salvo en las zonas más contaminadas. -Se habla de que a finales de 2012 haya retornado la mayoría de la gente hasta 10 km de la central, salvo en la zona noroeste, donde está la pluma de contaminación más seria y que llevará más tiempo. -La zona a menos de 10 km de la central será más complicada para ser descontaminada y desmantelar la central en sí no llevará menos de 40 años.

37 EVACUACIÓN DE LA POBLACIÓN Recordatorio: Dosis anual media por persona en España 3.5 msv 250 msv no producen efectos observables de tipo inmediato

38 SISTEMA DE VENTEO

39 POLÉMICA POR LA ACTUACIÓN 1º) Parece ser que no existía un protocolo establecido para proceder al venteo de la contención en caso de pérdida total de electricidad, por eso el método de venteo ( Plan A ) tuvo que ser improvisado. 2º) Con un esquema de venteo bajo el brazo, a la 01:30 de la madrugada del sábado 12 de marzo, los oficiales de TEPCO informan al Primer Ministro de Japón, al Ministro de Economía, Comercio e Industria y a la Agencia de Seguridad Nuclear sobre sus planes para proceder al venteo. El Gobierno informó a TEPCO que tenían programada una rueda de prensa para las 03:00 de la madrugada y que no se procediera al venteo antes de la rueda de prensa. 3º) Tras la orden de evacuación decretada por el Primer Ministro, las operaciones de venteo quedaban, de momento, paralizadas. A las 06:50 de la madrugada, el Ministro de Industria ordena que comiencen las operaciones de venteo, sin embargo, en la central recibieron noticias de que algunos residentes en la zona de evacuación aún no habían abandonado la misma. La operación de venteo se volvía a posponer. 4º) A las 07:11 llega a la central el Primer Ministro de Japón y permanece hasta las 08:04. Casi una hora absolutamente crítica y totalmente perdida haciendo que el director de la central y demás encargados de accidente se preocuparan de lo que no se tenían que preocupar. Está bastante claro que a lo único que fue allí es a hacerse la foto y a molestar. 5º) A las 09:03 de la mañana del sábado 12 de marzo, la central recibe la confirmación de que ya no queda ningún residente en la zona de evacuación y se pone en marcha la operación para ventear, por fin, el reactor 1. ( Plan A )

40 POLÉMICA POR LA ACTUACIÓN ( II ) 6º) El primer equipo consigue abrir la válvula motorizada MO-210 tras recibir 25 msv. ( ) 7º) Inmediatamente después sale el segundo equipo para tratar de abrir la válvula AO-90. ( ) La operación era imposible, a los pocos instantes de entrar en la sala de la cámara de supresión tuvieron que dar la vuelta por las altas tasas de dosis en su interior. En el corto tiempo que estuvieron allí, uno de los operadores recibió 106 msv, excediendo el límite de 100 msv establecido en la legislación. Cuando los hombres volvieron a la sala de control, los superiores decidieron no enviar al tercer equipo por la imposibilidad de completar la misión con éxito. Necesitaban un plan B. El nuevo plan ( plan B ) consistía en abrir, de forma remota, la válvula AO-72. ( ) 8º) A las 14:00 (casi 24 horas después del terremoto) el compresor estaba instalado y funcionando. Media hora después, se estaba venteando, por fin! ( ) 9º) A las 14:53 de la tarde, el tanque desde el que estaban inyectando el agua en el reactor se vació. La dirección de la central ordenó entonces que comenzara la inyección de agua del mar para refrigerar el reactor, así estarían varias semanas. ( ) Sin que se conozcan aún los motivos exactos, una cantidad apreciable de hidrógeno comenzó a acumularse en la parte superior del edificio del reactor número 1. Hay varias hipótesis. ( ) A las 15:36 de la tarde del sábado, 12 de marzo, el mundo entero pudo ver en sus televisores la explosión que tuvo lugar en el edificio del reactor 1.

41 POLÉMICA POR LA ACTUACIÓN ( III ) 10º) La explosión no causó, únicamente, una liberación del material radiactivo que se había acumulado en el interior del edificio del reactor, sino que ocasionó otros muchos daños. ( ) Todos los esfuerzos que se habían hecho para inyectar agua en los reactores se habían perdido a causa de la explosión. Había que empezar de nuevo. ( ) 11º) A las 18:25 de la tarde del sábado 12 de marzo el Primer Ministro japonés ordenó la evacuación de toda la población en un radio de 20 km alrededor de la central nuclear de Fukushima. ( ) Poco después, los trabajadores consiguieron recuperar la inyección de agua del mar en el reactor 1 y siguieron con este procedimiento durante varios días. No fue hasta el día 20 de marzo, 9 días después del terremoto, cuando fueron capaces de recuperar la electricidad del exterior de la central nuclear. 12º) La segunda explosión de hidrógeno, tuvo lugar en el edificio del reactor 3 el lunes 14 de marzo a las 11:01 de la mañana.

42 POLÉMICA POR LA ACTUACIÓN ( IV ) 13º) El martes 15 de marzo a las 06:00 de la madrugada algo aún indeterminado sucedió en la zona de la cámara de supresión del reactor 2. Pero, aproximadamente a la misma hora, una nueva e inexplicable explosión de hidrógeno tenía lugar en el reactor 4. El reactor 4 estaba parado y sin combustible desde noviembre de La explosión tuvo lugar debido a una acumulación de hidrógeno procedente de los venteos del reactor 3. Los reactores de Fukushima compartían ciertas instalaciones. Así, además del edificio de turbinas, los reactores 3 y 4 compartían la chimenea de venteo de gases. Debido a la pérdida de electricidad, ciertas válvulas quedaron enclavadas en determinadas posiciones, dejando un camino abierto que comunicaba el edificio del reactor 3 con el 4. De este modo, cuando se procedió a los venteos del reactor 3, parte de los gases de venteo alcanzaron el reactor 4, acumulándose en la parte superior del edificio. Con esos gases iba, por supuesto, hidrógeno producido en la oxidación del combustible del reactor 3.

43 EXPLOSIONES DE HIDRÓGENO Reactor nº 1 sábado 12 de marzo a las 15:36 Reactor nº 2 martes 15 de marzo a las 06:00 ( algo aún indeterminado en cámara de supresión) Reactor nº 3 lunes 14 de marzo a las 11:01 Reactor nº 4 martes 15 de marzo a las 06:00

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