Fukushima Dai-ichi Un año después Manuel Fernández Ordóñez

Transcripción

1 Fukushima Dai-ichi Un año después Manuel Fernández Ordóñez

2 Qué pasó en Fukushima? Índice Declaración de intenciones...3 Reactores BWR 5 Fukushima Dai-ichi 9 Antes de que pasara nada 12 La hora 0 14 La clave siempre es el Calor Residual 16 El IC del reactor número 1 18 Cuando vinieron las olas 21 Y llegó la oscuridad 25 Cuando la presión aumenta 28 El toro ya no puede con más vapor 32 Y el hidrógeno hace acto de presencia 34 Cuánta agua había en la vasija del reactor?.37 Como la cera de una vela..39 Los venteos.43 Oiga, sin prisa. Total, sólo tenemos tres reactores fundiéndose.46 Quién va a abrir la válvula?.48 El mundo contiene la respiración..50 Página 1

3 Manuel Fernández Ordóñez Y en los reactores 2 y 3, qué pasó? 55 Aún faltaba el reactor 4.60 Los meses por delante 62 Síndrome de China, en serio? 64 Referencias. 67 Página 2

4 Qué pasó en Fukushima? Declaración de intenciones Un año hace ya exactamente un año. Qué estaban haciendo ustedes cuando se enteraron del terremoto en Japón? Cuando comenzaron a llegar noticias e imágenes del tsunami que había asolado la costa noreste de Japón casi no podía creer lo que estaba viendo. La fuerza de la naturaleza desatada con su más cruenta violencia. Barcos, casa, aviones flotando tierra adentro. Pueblos enteros bajo el agua, miles de personas Más tarde comenzaron a llegar noticias de varias centrales nucleares afectadas a causa del tsunami. Recuerdo cuando nos enteramos que en la central de Fukushima Dai-ichi habían perdido la electricidad exterior, incluso los generadores diesel de emergencia. Una situación muy delicada, sin duda. Pero sabíamos que los diseños de los sistemas tenían múltiples redundancias, capaces de hacer su trabajo incluso sin corriente alterna. Sistemas como el IC, el RCIC o el HPCI estaban destinados a tal efecto, así que lo que estaba sucediendo había sido contemplado en el diseño de la central. No debería haber ningún problema, el diseño de la central estaba pensado para una situación como esta. Pero no era verdad. Nadie había pensado jamás en una situación como esta. Las condiciones naturales sobrepasaron, con creces, los límites para los cuales la central había sido diseñada. Para empezar, en alguno de los reactores se superaron los límites sísmicos de diseño puesto que había tenido lugar el mayor terremoto de la historia en Japón. Aun así, los sistemas de seguridad de la central hicieron su trabajo, operaron Página 3

5 Manuel Fernández Ordóñez como estaba previsto en su diseño y detuvieron la reacción en cadena en todos los reactores que estaban funcionando. La catástrofe real vino cuando el tsunami alcanzó el emplazamiento de la central nuclear. La altura de las olas superó, también con creces, los diques de contención que la central poseía para contrarrestar los efectos de un evento de esta naturaleza. Pero no para uno de esta magnitud. Sin embargo, como veremos, no fue la fuerza del mar la causante de los estragos en la central nuclear. Ésta aguantó perfectamente el envite de aquellas paredes de agua. Fue la acción del agua sobre los sistemas eléctricos la que ocasionaría la magnitud del accidente que describiremos en este documento. La robustez de las centrales nucleares de Fukushima Dai-ichi, Fukushima Dai-ni y Onagawa, alcanzadas de pleno por el tsunami, se pone de manifiesto al percatarse que únicamente 3 de los cientos de trabajadores de estas centrales perdieron la vida en el suceso. Dos de ellos por ahogamiento, al sorprenderles el tsunami en el interior del edificio de turbinas de los reactores 3 y 4 de Fukushima Dai-ichi. El tercero, al quedar aprisionado por una grúa durante el terremoto en la central de Fukushima Dai-ni. El resto de trabajadores de las centrales permanecieron a salvo mientras, a su alrededor, el agua se llevaba las vidas por miles. Este documento no pretende nada ambicioso. No se trata de un documento técnico sino de una explicación fenomenológica y cualitativa de los eventos que tuvieron lugar durante las primeras horas del accidente de Fukushima Dai-ichi. Pretende desarrollar, en un lenguaje coloquial y sin formalismos, la evolución de los acontecimientos que desencadenaron las tres explosiones de hidrógeno que tuvieron lugar durante aquellos días. No explicaremos conceptos de física nuclear, no nos detendremos en disquisiciones teóricas. Presentaremos únicamente los conceptos necesarios para entender lo que allí sucedió desde un punto de vista estrictamente descriptivo. Tampoco analizaremos las consecuencias del accidente, puesto que únicamente nos centraremos en los 5 primeros días del mismo. Al final del documento, sin embargo, se enumeran una serie de documentos técnicos oficiales donde, el lector que tenga interés, pueda continuar ahondando en los detalles del accidente, posterior evolución y consecuencias del mismo. Hoy, un año después, he querido escribir este documento en honor a la verdad y como muestra de mi admiración más profunda hacia los hombres que trabajaron y siguen trabajando en la central nuclear de Fukushima Dai-ichi. Valga este escrito como mi humilde homenaje a las víctimas de aquel 11 de marzo y como muestra del orgullo que sentí por el pueblo de Japón. Página 4

6 Qué pasó en Fukushima? Reactores BWR La mayoría de los reactores nucleares presentes en el mundo pertenecen a dos tecnologías diferentes: los reactores de agua en ebullición (BWR) y los reactores de agua a presión (PWR). Los tres reactores de Fukushima implicados en el accidente eran del tipo BWR. Un reactor nuclear, en su principio de funcionamiento, no es más que una olla grande en la que se calienta agua. Esa agua, convertida en vapor, moverá una turbina que producirá electricidad. Ya está, sin más. Obviamente, los matices son innumerables, pero ése es el principio de producción de electricidad utilizando la fisión nuclear: producir vapor que mueve una turbina. Conceptualmente, hay una diferencia fundamental cuando se compara un reactor nuclear con una olla de las que podemos tener en nuestra cocina y, como veremos más adelante, esa diferencia será la clave en el desarrollo del accidente de Fukushima. No es otra que el origen de la fuente de calor que calienta el agua. Obviando el hecho de que una olla se calienta con gas o electricidad y un reactor nuclear con combustible de uranio, el matiz claramente diferenciador es que, en la olla, el calor proviene del exterior de la misma, mientras en el reactor proviene de dentro. Es decir, la energía a la olla se le proporciona desde el exterior sobre una vitrocerámica o un fogón. En un reactor nuclear, en cambio, la energía proviene del combustible nuclear que se encuentra dentro de la vasija del reactor, es decir, dentro de la olla. Volveremos a esto más adelante. A lo largo de la historia de la energía nuclear se han desarrollado multitud de tipos diferentes de reactores pero, fundamentalmente, en el mundo hay mayoritariamente dos tecnologías distintas: los Reactores de Agua a Presión (PWR) y los Reactores de Agua en Página 5

7 Manuel Fernández Ordóñez Ebullición (BWR). Hay numerosas diferencias entre unos y otros pero, para lo que nos ocupa, lo que los distingue es que en los BWR el agua hierve dentro de la vasija del reactor mientras que en los PWR el agua hierve en un circuito secundario. En el caso de los BWR, es la propia agua que circula por el interior del núcleo la que luego, en forma de vapor, mueve la turbina. En los PWR hay un elemento intermedio, llamado generador de vapor, donde un agua diferente a la que pasa por el núcleo se lleva a ebullición para mover la turbina. Los reactores de Fukushima implicados en el accidente eran del tipo BWR y, por tanto, nos centraremos únicamente en esta tecnología. En la figura siguientee pueden observar una visión esquemática de un reactor BWR del tipo de los de Fukushima: Visión esquemática de la estructura de un reactorr BWR con contención Mark-I como los implicados den el accidentee de Fukushima Dai-ichi. Fuente: Adaptación de una figura de // En el centro de la figura podemos observar la vasija del reactor. Sería el equivalente a nuestra olla. Se trata de un recipiente presurizado donde se encuentra el núcleo del Página 6

8 Qué pasó en Fukushima? reactor (que estaría en el interior) y donde se hierve el agua que luego moverá la turbina para la producción de electricidad. Tiene casi 5 metros de diámetro y 19 metros de altura. Rodeando la vasija encontramos el pozo seco, se trata de un recipiente hermético de acero, recubierto con gruesas paredes de hormigón. En la parte superior dispone de una tapa que es extraíble para dar acceso al reactor, generalmente en las recargas. El pozo seco tiene una forma característica y, por ello, se conoce habitualmente como la bombilla. En la parte inferior de la imagen podemos ver un recipiente, lleno de agua hasta la mitad y con forma de donut. Se trata de la cámara de supresión, piscina de supresión o, simplemente, el toro (por su forma toroidal). Este sistema contiene un gran volumen de agua que se emplea como sumidero de calor o para aportar agua en caso de un accidente en la que se haya perdido la capacidad de refrigerar los reactores, como veremos más adelante. El pozoo seco, junto a la cámara de supresión forman la contención primariaa del reactor, que podemos ver explícitamente en la fotografía de la izquierda. Se trata de una instantánea tomada durante la construcción de la central nuclear de Browns Ferry, en Estadoss Unidos. En ella se aprecia también, en primer plano y en el suelo, la tapa de la vasija. En la parte central superior de la imagen podemos ver la disposición de la piscina de combustible. En ella se almacena el combustible gastado una vez es extraído del núcleo del reactor. El combustible está sumergido bajo 7 metros de aguaa que actúan como blindaje de la radiación. Página 7

9 Manuel Fernández Ordóñez Por último tenemos el edificio del reactor que actúa como contención secundaria. Se trata de una construcción de hormigón armado que mantiene un vacío relativo con respecto a la atmósfera exterior, de tal modo que se ha diseñado como una estructura de fugas controladas. Al haber más presión fuera del edificio que dentro, el aire siempre tiende a entrar en el edificio y nunca el aire del edificio a salir fuera. Página 8

10 Qué pasó en Fukushima? Fukushima Dai-ichi En la Prefectura de Fukushima no hay una única central nuclear. Los primeros días del accidentee hubo mucha confusión en los medios entra la central nuclear de Fukushima Dai-ichi y la central de Fukushima Dai-ni. La implicada en el accidente fue la primera de ellas, que tenía 6 reactores del tipo BWR. La central nuclear de Fukushima Dai-ichi era una de las centrales más grandes del mundo. Constaba de seis reactores nucleares, todos ellos operados por la empresa TEPCO, con una potencia total de MW 1. La central se encuentra situada en la costa noreste de Japón, en la villa de Okuba, a unos 260 km al norte de Tokio. Conviene aclarar que en la Prefectura de Fukushima ésta no es la única central nuclear existente. Sin ir más lejos, 10 km al sur se encuentra la central de Fukushima Dai-ni. Al principio del accidente hubo mucha confusión en los medios de comunicación entre ambas centrales nucleares. Conviene aclarar que la central implicada en el accidente es Fukushima 1 A modo de comparación, la potencia nuclear total instalada en España es de MW. Página 9

11 Manuel Fernández Ordóñez Dai-ichi (o Fukushima-1). Los seis reactores que forman parte de la central de Fukushima Dai-ichi son de tecnología de agua en ebullición (BWR), pero de modelos evolutivos distintos, habiendo por tanto diferencias sustanciales entre ellos. El reactor número 1 comenzó a construirse en septiembre de 1967, produciendo electricidad por primera vez en marzo de Se trata de un reactor del tipo BWR-3 con una potencia nominal de 460 MW eléctricos y un diseño de la contención del tipo Mark-I. El reactor número 2 comenzó su construcción en mayo de 1969, acoplándose a la red eléctrica en julio de Se trata de la siguientee evolución de reactores, los BWR-4 con una potencia nominal de 784 MW eléctricos. El diseño de la contención, sin embargo, es el mismo que en el reactor número 1, del tipo Mark-I. Los reactores número 3, 4 y 5 son análogos al reactor 2, del tipo BWR-4 con 784 MW eléctricos y contención Mark-I. Sus construcciones comenzaron en octubre de 1970, septiembre de 1972 y diciembre de 1971, respectivamente. Sus fechas de acoplamiento a la red eléctrica de Japón correspondieron a marzo de 1976, octubre de 1978 y abril de 1978, respectivamente. Fotografía aéreaa de la central nuclear de Fukushima Dai-ichi antes del viernes 11 de marzo. Fuente: Adaptación de una fotografía de TEPCO. Página 10

12 Qué pasó en Fukushima? El reactor número 6 es el más moderno de todos los presentes en la central de Fukushima Dai-ichi. Se trata de una evolución más de la tecnología de agua en ebullición, un BWR-5 de MW eléctricos. La contención de este reactor también corresponde a una evolución de la anterior, tratándose de una Mark-II. La construcción de esta unidad comenzó en mayo de 1973, acoplándose a la red por primera vez en octubre de Una de las características de la central de Fukushima es que los reactores 1 y 2 comparten elementos comunes, como la sala de control o el edificio de turbinas. Así lo hacen también los reactores 3 y 4, por un lado, y los reactores 5 y 6 por otro. Los reactores 1, 2, 3 y 4 se encuentran localizados conjuntamente, mientras los reactores 5 y 6 se encuentran separados un poco más al norte en el emplazamiento. En la imagen de la página anterior pueden observar una vista aérea de la central con los reactores 4, 3, 2 y 1 en primer plano y los reactores 5 y 6 más alejados. Se puede también apreciar la presencia de las barreras (diques) destinadas a proteger la central en caso de tsunamis. Página 11

13 Manuel Fernández Ordóñez Antes de que pasara nada El día del terremoto, de los 6 reactores de Fukushima Dai-ichi, 3 estaban en parada por inspecciones rutinarias, mientras que los reactores 1, 2 y 3 estaban operando con normalidad al 100% de su potencia. La mañana que tuvo lugar el tsunami de dantescas consecuencias que asoló la costa noreste de Japón, la situación en la central nuclear de Fukushima Dai-ichi era de total normalidad. Era un día cotidiano, un día más en una central nuclear cualquiera de las 17 existentes en el país nipón. La situación para cada uno de los reactores de la central era la siguiente: El reactor número 1 estaba en operación al 100% de su potencia nominal (460 MW), con todos los sistemas de seguridad y los dos generadores diésel de emergencia disponibles. Tanto el Sistema de Inyección de Refrigerante a Alta Presión (HPCI) como los dos Condensadores de Aislamiento estaban disponibles y en espera. La presión y el nivel de agua en el interior del reactor eran los normales en operación. Este reactor llevaba operando desde el 27 de septiembre de El reactor número 2 estaba en operación al 100% de su potencia nominal (784 MW), con todos los sistemas de seguridad y los dos generadores diésel de emergencia disponibles. Tanto el Sistema de Inyección de Refrigerante a Alta Presión (HPCI) como el Sistema de Refrigeración del Núcleo del Reactor en Aislamiento (RCIC) estaban disponibles y en espera. La presión y el nivel de agua en el interior del reactor eran los normales en operación. Este reactor llevaba operando desde el 23 de septiembre de Página 12

14 Qué pasó en Fukushima? El reactor número 3 estaba en operación al 100% de su potencia nominal (784 MW), con todos los sistemas de seguridad y los dos generadores diésel de emergencia disponibles. Tanto el Sistema de Inyección de Refrigerante a Alta Presión (HPCI) como el Sistema de Refrigeración del Núcleo del Reactor en Aislamiento (RCIC) estaban disponibles y en espera. La presión y el nivel de agua en el interior del reactor eran los normales en operación. Este reactor llevaba operando desde el 18 de noviembre de El reactor número 4 estaba parado por motivos de inspección desde el 30 de noviembre de La vasija se encontraba abierta y el núcleo del reactor se encontraba descargado, de tal modo que todo el combustible estaba alojado en la piscina destinada a tal efecto en el interior del edificio del reactor. Uno de los dos generadores diésel de emergencia estaba fuera de servicio por mantenimiento programado mientras que el otro se encontraba disponible y en espera. El reactor número 5 estaba parado por motivos de inspección desde el 3 de enero de El combustible se encontraba en el interior de la vasija del reactor. Estaba planeado realizar las pruebas de fugas en el circuito primario, por lo que el nivel de agua en el interior de la vasija era el correcto, el sistema estaba presurizado y a una temperatura en torno a los 90 ºC. Los dos generadores diésel de emergencia estaban disponibles y en espera. El reactor número 6 estaba parado por motivos de inspección desde el 14 de agosto de El combustible ya había sido cargado de nuevo en la vasija del reactor. El nivel de agua en el interior de la misma era el correcto, con una temperatura de unos 25ºC y todo el sistema despresurizado. Este reactor tenía tres generadores diésel de emergencia y todos ellos estaban disponibles y en espera. Página 13

15 Manuel Fernández Ordóñez La hora 0 A las 14:46 del viernes 11 de marzo tuvo lugar el peor terremoto de la historia de Japón. Un seísmo que desplazó la costa del país aproximadamente un metro. En la central nuclear de Fukushima, sin embargo, todo funcionó según lo previsto. El 11 de marzo, viernes, a las 14:46 (hora de Japón) un terremoto de 9.0 grados en la escala de Richter sacudió el noreste del país nipón. Con epicentro en el mar, a unos 180 km de la central nuclear de Fukushima e hipocentro a 24 km bajo el Océano Pacífico, el terremoto duró casi 3 minutos y movió la costa de Japón aproximadamente un metro. Los reactores nucleares japoneses tienen sismógrafos asociados al sistema de protección del reactor. Esto implica que, ante un evento de este tipo, el sistema de protección se encarga de parar automáticamente la reacción nuclear en cadena, apagando el reactor. Esto fue exactamente lo que sucedió en Fukushima, el movimiento del suelo (su aceleración) experimentó valores que superaban lo estipulado y los tres reactores que estaban en operación detuvieron su funcionamiento automáticamente, tal y como estaba previsto en su diseño. El enorme terremoto ocasionó innumerables daños materiales, entre ellos se perdieron las líneas de alta tensión que comunican la central nuclear con la red eléctrica de Japón debido, principalmente, a la caída de torretas de alta tensión. La central se quedaba sin electricidad procedente del exterior. Se quedaba aislada. Este es un hecho que, si bien no es muy frecuente, está perfectamente considerado en la operación de todas las centrales nucleares del mundo. La red eléctrica de cualquier país puede fallar en un momento dado y dejar de proporcionar electricidad a los consumidores, entre ellos, por ejemplo, una central nuclear. Página 14

16 Qué pasó en Fukushima? Por ese motivo se dispone de los generadores diésel de emergencia, preparados para proporcionar electricidad ante cualquier evento de pérdida de energía del exterior. Aproximadamente un minuto después de comenzar el terremoto, los generadores diésel de emergencia arrancaron correctamente según lo previsto en su diseño. Todos menos uno de los generadores del reactor número 4 que, como explicamos más arriba, no estaba disponible por mantenimiento. Durante los 45 minutos siguientes al terremoto hubo múltiples réplicas con epicentros cercanos a la zona del primer foco. Varios de ellos con magnitudes comprendidas entre los 6.4 y los 7.9 grados en la escala de Richter. Para tratar de relativizar lo vivido ese día en Japón, conviene aclarar que la escala sísmica de Richter es logarítmica. Esto quiere decir que pasar de un terremoto de grado 5.0 (como el que tuvo lugar el Lorca en mayo de 2011) a uno de grado 9.0 no significa multiplicar casi por dos la intensidad del mismo, sino multiplicarla por ! A pesar de la virulencia del seísmo, los sistemas de seguridad de los reactores funcionaron correctamente, deteniendo las reacciones en cadena en cuestión de segundos. Cuando el terremoto finalizó, todos los indicadores de operación (presiones, temperaturas, niveles de agua, etc.) de los reactores 1, 2 y 3 indicaban valores normales después de una parada del reactor. Parecía que todo era correcto y la situación estaba controlada. Pero el accidente aún no había comenzado Página 15

17 Manuel Fernández Ordóñez La clave siempre es el Calor Residual Cuando se detiene la reacción nuclear en cadena que tiene lugar en el interior de un reactor, el combustible sigue generando una gran cantidad de calor. El cometido fundamental de una central nuclear es mantener refrigerado, en cualquier situación considerada en el diseño, el combustible nuclear- Cuando se habla de la potencia de un reactor nuclear, lo normal es hablar de su potencia eléctrica. Así, cuando decimos que el reactor 1 de Fukushima, por ejemplo, tiene una potencia de 460 MW estamos hablando de potencia eléctrica, de su capacidad de producir electricidad. Pero las reacciones de fisión no producen electricidad directamente, sino que hay una transformación entre medias: hervir agua que mueve una turbina. Este proceso, como todos los procesos de la naturaleza no son perfectos, la perfección no existe. El combustible nuclear libera mediante las reacciones de fisión, de hecho, mucha más energía de la que somos capaces de aprovechar. Este fenómeno determina el concepto de eficiencia que, en el caso de una central nuclear, es aproximadamente del 33% al tratarse de un ciclo termodinámico de agua. Qué significa esto? Pues que únicamente se aprovecha un tercio de la energía que desprenden los núcleos atómicos, los otros dos tercios se pierden y no podemos aprovecharlos para nada. Esto sucede en la totalidad de transformaciones y procesos que tienen lugar en cualquier actividad. A sus automóviles les pasa lo mismo, la eficiencia del motor de un coche es Página 16

18 Qué pasó en Fukushima? inferior al 25%. Esto implica que únicamente un cuarto de la energía que proporciona el petróleo se utiliza para mover el coche. De cada 4 litros de gasolina que mete en su depósito, 3 sirven únicamente para producir calor y no para generar movimiento. Incluso nuestros músculos son imperfectos (bastante, en realidad), por eso al hacer ejercicio sube la temperatura corporal y comenzamos a sudar. Los escalofríos, de hecho, son un mecanismo mediante el cual ciertos músculos realizan movimientos involuntarios con el propósito de generar calor, debido a su ineficiencia. El reactor número 1 de Fukushima tenía, en realidad, una potencia de MW. Sin embargo, debido a la eficiencia del ciclo termodinámico, únicamente era capaz de proporcionar 460 MW eléctricos. Para que no haya confusiones, a los MW eléctricos se les suele denominar MWe, mientras que los otros (MW térmicos) se suelen denotar como MWt. Los reactores 2 y 3 de Fukushima tenían, entonces, MWt y 784 MWe, cada uno de ellos. La diferencia es fundamental para comprender cuál es el problema cuando un reactor nuclear es detenido. Como hemos visto, cuando el terremoto tuvo lugar los tres reactores de Fukushima detuvieron sus reacciones en cadena mediante la inserción de las barras de control destinadas a tal efecto. Los reactores, los tres, dejaron de producir electricidad. Pero no dejaron de producir calor y esto, estimados lectores, es el matiz que nunca debe olvidarse. Cuando un reactor nuclear está operando al 100% de potencia y se detiene súbitamente, el calor que sigue generando el reactor equivale al 6% de su potencia nominal, aproximadamente, y decae conforme transcurre el tiempo. Cuando los reactores 2 y 3 insertaron las barras de control, su producción eléctrica cesó inmediatamente, pero seguían produciendo unos 150 MW de potencia en forma de calor cada uno de ellos. Y 150 MW son, créanme, una fuente de calor bastante considerable. Serían equivalentes, por relativizar la magnitud, a planchas de la ropa encendidas a la vez. Con el reactor apagado! Esta energía que sigue emanando del interior del núcleo del reactor se conoce como calor residual y constituye, volviendo al símil culinario que elaboramos más arriba, la diferencia entre un reactor nuclear y nuestra olla en la cocina: que el calor proviene de dentro del reactor. La conclusión es clara, uno de los cometidos más importantes en una central nuclear (el más importante, diría yo) es mantener continuamente refrigerado el combustible nuclear de tal modo que seamos capaces, en todo momento, de extraer el calor que el propio combustible genera. La extracción del calor del combustible está en la base del funcionamiento y de la seguridad de una central nuclear. Fallar en el cometido de refrigerar el núcleo del reactor puede conducir a la producción de daños irreversibles en el mismo. Por ello, en una central, existen numerosos sistemas diferentes y redundantes destinados única y exclusivamente a mantener el combustible nuclear refrigerado ante cualquier situación prevista en el diseño de la central. Página 17

19 Manuel Fernández Ordóñez El IC del reactor número 1 El reactor número uno estaba refrigerándose con un sistema de seguridad pasiva que funcionaba automáticamente por acción de la gravedad y no necesitaba corriente alterna para hacerlo. Sin embargo, el funcionamiento de este sistema ocasionaba un enfriamiento demasiado rápido del núcleo del reactor, pudiendo producirse daños en el mismo. Al mismo tiempo que el movimiento sísmico ocasionaba la detención de la reacción en cadena en el interior del núcleo, la pérdida de electricidad proveniente del exterior de la central provocaba que las bombas principales que inyectaban el agua para refrigerar el reactor dejaran de funcionar. Ante esta situación, prevista en el diseño y funcionamiento de la central, existen numerosos sistemas redundantes capaces de continuar extrayendo el calor del interior del núcleo del reactor. En concreto, el reactor número 1 disponía de un sistema de refrigeración de emergencia que no estaba presente en las unidades 2 y 3 de la central de Fukushima. Se trata del Condensador de Aislamiento (IC) cuyo esquema de funcionamiento presentamos en la figura de la siguiente página. Este sistema funciona de forma pasiva gracias a la acción de la gravedad. El calor residual del combustible nuclear sigue haciendo que el agua hierva en el interior del núcleo, a pesar de haberse detenido la reacción en cadena. Ese vapor sale por la parte Página 18

20 Qué pasó en Fukushima? superior de la vasija y llega al condensador de aislamiento, donde se enfría y se condensa, convirtiéndose nuevamente en agua. Posteriormente, por acción de la gravedad, el agua cae hacia abajo entrando de nuevo en la vasija del reactor. Este proceso continúa de manera cíclica, de tal modoo que no se necesita ninguna bomba para extraer el calor del interior del reactor. El reactor 1 tenía dos condensadores de aislamiento, el IC1 y el IC2. Vista esquemática del sistema del Condensador de Aislamiento del reactor número 1 Fukushima. Fuente: Adaptación propia a partir de una figura de TEPCO. de Ahora bien, para que estee sistema funcione se necesitan dos cosas: Que el condensador de aislamiento tenga agua en su interior, para que el vapor se condense. Que las válvulas MO-3A y MO-3B estén abiertas. Página 19

21 Manuel Fernández Ordóñez A las 14:52 (6 minutos después de parar el reactor) se abrieron las válvulas MO-3A y MO- 3B de los dos Condensadores de Aislamiento del reactor 1, comenzando la inyección de agua fría en la vasija. La presión y la temperatura en el interior de la misma comenzaron a descender, el núcleo del reactor se estaba enfriando, pero había un problema: se estaba enfriando demasiado rápido. Los cambios bruscos de temperatura no sientan muy bien a los materiales. Es un efecto similar a cuando, en una mañana helada, a alguien se le ocurre echar agua caliente en el cristal del coche para quitar el hielo. O cuando alguien vierte el aceite muy caliente en el interior de un tarro de cristal. Es muy probable que el cristal se rompa. Del mismo, los metales que forman los componentes de un reactor nuclear pueden sufrir algún tipo de daño ante cambios bruscos de temperatura. Por ello, de cara a preservar la integridad estructural de los componentes, en una central nuclear se establecen unas tasas de enfriamiento que conviene no sobrepasar. En el caso particular de Fukushima, esta tasa estaba establecida en 55 ºC por hora, no se debía enfriar el reactor más rápido. Sin embargo, los dos IC juntos estaban enfriando el núcleo del reactor a una tasa de 180 ºC por hora. Qué hicieron entonces los operadores? A las 15:03 cerraron de manera manual las válvulas MO-3A y MO-3B. Qué hicieron qué? Pero, qué locura es esta! Dejaron el reactor sin refrigeración! No se alarmen, esta práctica era consistente con mantener la rampa de enfriamiento por debajo de los 55 ºC exigidos. Estaban siguiendo el protocolo. Determinaron entonces que, con uno sólo de los dos IC, podían mantener refrigerado el reactor adecuadamente y así lo hicieron, cerraron definitivamente la válvula MO-3B e irían operando únicamente con la válvula MO-3A. El modo de operación era el siguiente, abrían la válvula MO-3A durante un tiempo, el agua fría entraba en la vasija haciendo que disminuyeran la presión y la temperatura en su interior. Entonces cerraban la válvula y esperaban a que se volviera a calentar para abrirla de nuevo. Los registros de seguridad determinan que, entre las 15:10 y las 15:34, el sistema IC fue conectado y desconectado tres veces. El fatal destino quiso que, a las 15:34, el sistema IC estuviera desconectado. A esa hora, la válvula MO-3A estaba cerrada y en ese momento el reactor estaba aislado sin ningún tipo de refrigeración nadie se imaginaba lo que vendría a continuación. Página 20

22 Qué pasó en Fukushima? Cuando vinieron las olas 41 minutos después del terremoto, una serie de tsunamis alcanzó el emplazamiento de la central nuclear. Con olas de altura mucho mayor que las protecciones de la central, el agua comenzó a inundar todo en cuestión de segundos. Las imágenes del tsunami alcanzando la costa de Japón probablemente queden grabadas en nuestra retina para el resto de nuestras vidas. De acuerdo con los datos oficiales aportados por el gobierno nipón, casi edificios quedaron dañados o destruidos. El área total inundada por el tsunami fue de 561 kilómetros cuadrados. El balance trágico, el verdadero desastre en realidad, no fue el accidente nuclear de Fukushima, sino los fallecidos, desaparecidos y heridos que dejaron el terremoto y el tsunami a su paso. Lo primero que se encontró el tsunami cuando alcanzó tierra fue la costa de las prefecturas de Miyagi e Iwate. Posteriormente alcanzaría Fukushima. A las 15:27 (41 minutos después del terremoto) el primer tsunami alcanzó el emplazamiento de la central de nuclear. Se trataba de una ola de 4 metros de altura que no sobrepasó las barreras destinadas a proteger la central ante eventos de esta naturaleza. Sin embargo, en los minutos siguientes llegarían otras seis olas más, alguna de las cuales alcanzó los 14 metros de altura. La central nuclear dispone de unos dispositivos destinados a medir la altura de las olas que alcancen el emplazamiento. Sin embargo, la máxima altura que son capaces de Página 21

23 Manuel Fernández Ordóñez medir estos aparatos es de 7.5 metros. Algunas de las olas que llegaron a Fukushima inundaron todo el emplazamiento hasta una cota aproximada de 14 metros sobre el nivel del mar, a juzgar por las marcas de agua que quedaron en los edificios. En las fotografías siguientes podemos ver varias instantáneas tomadas durante la llegada del tsunami, constituyendo un documento muy valioso para comprender la magnitud de lo sucedido. En estas fotografías puede observarse claramente cómo la llegada de uno de los tsunamis ocasiona la rotura del dique de contención que protegía la central nuclear. A modo de curiosidad, merece la pena mencionar que uno de los tanques que se observan en la fotografía apareció situado en medio del parking de la central cuando el nivel de aguaa volvió a la normalidad. Llegadaa del tsunami del 11 de marzo de 2011 al emplazamiento de la central nuclear de Fukushima. Las fotos fueron tomadas desde una localización cercana el reactor número 5. Fuente: TEPCO En la siguientee serie de fotografías se aprecia el nivel que alcanzó el aguaa en el emplazamiento de la central, aproximadamente unos 4 metros sobre el suelo (14 metros sobre el nivel del mar). Presten atención al vehículo blanco que aparece en la primera de las imágenes y fíjense, en la parte derecha de la última imagen, dónde quedó encajonado a causa del tsunami. El otroo vehículo desapareció de las imágenes. Precisamente en la última de estas cuatro fotografías se pone de manifiesto el problema fundamental que originó el comienzo del accidente. Fíjense en la esquina inferior izquierda de la imagen y observen cómo el agua destrozó una de las puertas del edificio. Algo similar a esto sucedió por todo el emplazamiento, de tal modo que el agua inundó la mayoría de los edificios de la central cuya cota estaba por debajo de los 14 metros. Esto implica que los sótanos de todos ellos estaban cubiertos de agua. Página 22

24 Qué pasó en Fukushima? Llegada del tsunami del 11 de marzo de 2011 al emplazamiento de la central nuclear de Fukushima. Las fotos fueron tomadas desde una localización cercana el reactor número 4. Fuente: TEPCO Para entender el problema basta con mirar la siguiente figura, donde se muestra una visión esquemática del perfil de uno de los reactores de Fukushima. En ella se denota el nivel alcanzado por el agua y se aprecia, claramente, que tanto la sala que alberga los generadores diésel de emergencia, como la sala de baterías de corriente continua y los armarios con los equipos eléctricos quedaron sumergidos en el agua en cuestión de pocos minutos. De hecho, la inundación casi alcanzó el nivel de la salaa de control. Cuando el agua se retiró de nuevo hacia el mar, millones de litros permanecieron en los sótanos de los edificios de turbinas y de los edificios de los reactores. Esta agua jugaría un papel fundamental en el futuro. Eran las 15:37 de la tarde, el agua lo habíaa llenado todo y, ahora sí, acababa de comenzar el accidente nuclear de Fukushima Dai-ichi. Página 23

25 Manuel Fernández Ordóñez Vista esquemática del alzado de uno de los reactores de la central nuclear de Fukushima. En la figura se señala el nivel que alcanzó el agua a juzgar por las marcas dejadas en los edificios de la central. Fuente: TEPCO Página 24

26 Qué pasó en Fukushima? Y llegó la oscuridad La llegada del tsunami provocó una situación para la que no existían precedentes. El agua inundó las salas que albergaban los cuadros eléctricos y la mayoría de sistemas de la planta quedaron inoperativos. En la sala de control se perdieron todos los instrumentos e incluso la luz eléctrica. Traten de ponerse por un instante en la piel de los operadores de la central de Fukushima. Había tenido lugar un enorme terremoto, los reactores habían respondido como se esperaba de ellos. Los tres reactores se habían detenido automáticamente, los generadores diésel habían arrancado perfectamente y la situación estaba controlada. Varios minutos después, de repente, las luces de la sala de control comienzan a apagarse, los paneles de instrumentación comienzan a perder energía, se pierden todas las indicaciones del reactor, se pierden todos los accionamientos, se pierde todo, absolutamente todo y lo único que hay es oscuridad. A medida que los sótanos se iban inundando de agua y ésta alcanzaba los armarios de distribución eléctricos y las salas de baterías, comenzaba a perderse el control sobre la planta y las salas de control se iban quedando sin luz. La central había perdido toda fuente de alimentación, tanto exterior como interior, no quedaba ya nada. Station Blackout, así se conoce esta situación, algo para lo que un operador está entrenado, pero a lo que no desea enfrentarse jamás. Página 25

27 Manuel Fernández Ordóñez Recordemos que, a las 15:34, el sistema IC del reactor 1 se había desconectado manualmente. Ahora se había perdido toda la capacidad operativa desde la sala de control. El IC estaba apagado y ya no podía abrirse la válvula MO-3A porque los mandos que controlaban esa válvula desde la sala de control no funcionaban. El reactor 1 no tenía ningún tipo de refrigeración, nada estaba extrayendo el calor residual generado por el combustible, la presión y la temperatura aumentaban irremediablemente y poco se podía hacer. En el momento en el que se produce un Station Blackout, la central tiene la obligación de notificar tal suceso al organismo regulador nuclear. TEPCO así lo hizo y, desde las oficinas centrales en Tokio en colaboración con el gobierno de Japón, se localizaron generadores eléctricos portátiles listos para ser enviados a Fukushima. Pero la realidad era que el mar acababa de llevarse por delante a personas y había destrozado la costa noreste del país. Las carreteras estaban impracticables y los generadores eran demasiado pesados para transportarlos en helicóptero. Tendrían que apañárselas como pudieran, hasta que fueran capaces de enviarles ayuda del exterior. Otra de las compañías eléctricas de Japón, Tohoku Electric Power Company, logró hacer llegar hasta Fukushima unos generadores móviles a última hora del viernes, mientras que los de la propia TEPCO comenzaron a llegar la mañana del sábado. Sin embargo, todos estos generadores tenían una utilidad muy limitada. Si bien eran capaces de proporcionar electricidad, la realidad era que no podían ser conectados a los sistemas de distribución eléctrica debido a los extensos daños que el agua había ocasionado en ellos. Era como si a usted le traen una batería nueva para su teléfono móvil, pero su teléfono está en el fondo de la bañera. La realidad es que la batería no se le sirve para mucho. Conscientes de esto, los trabajadores de TEPCO comenzaron a inspeccionar toda la central en busca de algún sistema que se hubiera salvado del desastre, algunas bombas que pudieran ser utilizadas, algún dispositivo que sirviera para refrigerar los reactores. Hay que ser conscientes de la situación extraordinariamente compleja que se estaba viviendo. Las condiciones naturales provocaron una situación que superó, completamente, las bases de diseño de la central nuclear. Los operadores no habían vivido nunca una situación similar. Ninguna central nuclear en el mundo había vivido una situación similar. No estaba diseñada para esto, los trabajadores no estaban entrenados para esto. Estaban improvisando, estaban buscando soluciones, estaban haciendo todo lo posible, pero nunca nadie había estado donde ellos estaban en ese momento. Esperanzadamente, encontraron que las bombas de uno de los sistemas del reactor 2 no se habían inundado, estaban intactas. Ahora había que dotarlas de energía y comprobar si eran capaces de inyectar agua en el reactor. Consecuentemente, el primero de los generadores móviles se instaló al lado del reactor 2 y los trabajadores comenzaron a tirar cables desde el generador hasta los paneles de distribución de las bombas. Los cables tenían 200 metros de longitud y pesaban cerca de 1 tonelada. Por si esto fuera poco, todo estaba lleno de escombros y restos del tsunami, así que 40 hombres comenzaron a Página 26

28 Qué pasó en Fukushima? trabajar con continuas interrupciones a causa de nuevos terremotos y más alertas de tsunami que se sucedieron en las horas siguientes al gran terremoto. A las 15:29 de la tarde del sábado día 12, el trabajo con los cables estaba finalizado. Lo que hubiera llevado más de un día con máquinas, 40 hombres lo habían hecho a mano en el mismo tiempo. Habían pasado casi 24 horas desde que el tsunami asolara la central nuclear y, desgraciadamente, todo el esfuerzo realizado para instalar esos cables sería completamente inútil. Pero no nos adelantemos a los acontecimientos, simplemente recuerden la hora a la que finalizó la instalación de los mismos, las 15:29. Página 27

29 Manuel Fernández Ordóñez Cuando la presión aumenta Cuando el tsunami ocasionó la pérdida de la electricidad en el interior de la central, el sistema IC del reactor 1 estaba desconectado. El núcleo estaba sin refrigeración y la temperatura comenzó a aumentar, también lo hacía la presión y, contrariamente a éstas, el nivel de agua en la vasija del reactor disminuía paulatinamente. Recordemos que, cuando el tsunami impactó contra el emplazamiento de Fukushima, el sistema IC del reactor 1 había sido desconectado manualmente para evitar un enfriamiento excesivamente rápido del reactor. A las 15:37 comenzó a perderse la energía eléctrica, las salas de control estaban a oscuras y se había perdido cualquier posibilidad de operar ninguno de los sistemas de la central. El reactor 1 no tenía ningún tipo de refrigeración y, con el sistema IC desconectado, las leyes de la naturaleza seguirían su curso de forma inexorable. Pero, qué sucede cuando un reactor nuclear BWR y contención Mark-I se queda sin refrigeración? Lo que sucede es que el calor residual que emana del combustible continúa calentando el agua del interior de la vasija del reactor. Esta agua hierve, convirtiéndose en vapor y aumentando la presión en el interior de la vasija. Como no es posible introducir agua fría en el reactor, la temperatura en su interior no deja de aumentar, cada vez hierve más agua, cada vez hay más vapor, cada vez aumenta más la presión. Página 28

30 Qué pasó en Fukushima? Llegará un momento en que la presión sea tan elevadaa que se ponga en peligro la integridad de la propia vasija del reactor. Antes de que eso suceda, existen sistemas destinados a aliviar la presión en el interior de la misma, hay unas válvulas que se abren automáticamente y dejan salir parte del vapor. Cuando la presión supera un determinado valor, las válvulas se abren. De modoo contrario, cuando la presión disminuye por debajo de ese valor, las válvulas se vuelven a cerrar. Visión esquemática del sistema de alivio de presión de la vasija del reactor hacia la piscina de supresión. Fuente: AREVA. Todos ustedess están familiarizados, en realidad, con sistemas de seguridad de este tipo. Así es como opera, de hecho, la válvula de seguridad de una olla a presión (olla rápida). Cuando la presión en el interior de la misma pasa de cierto nivel, la válvula se abre sola y parte del vapor comienza a salir, dispersándosee por la cocina. Cuando usted quita la olla del fuego y pasa el tiempo suficiente, la válvula baja sola, indicando que la presión en el interior de la olla es lo suficientemente baja como para que usted la pueda abrir. Otro ejemplo lo tenemos en las teteras que al hervir el agua empiezan a silbar. Cuando el agua comienza a hervir, el vapor que se acumula en el interior de la tetera hace aumentar la Página 29

31 Manuel Fernández Ordóñez presión. Llega un momentoo en que ésta supera cierto umbral y el silbato (que no es más que una válvula, en realidad) comienza a pitar mientras el vapor sale del interior de la tetera. Uno de los matices importante de este tipo de válvulas es que no necesitan electricidad para hacerlas funcionar. No se necesita que nadie esté pendiente de la presión en el interior del reactor. Su funcionamiento sigue las leyes de la naturaleza, que son innegociables, cuando la presión alcance un nivel determinado las válvulas se abrirán dejando salir el vapor del interior de la vasija y haciendo disminuir la presión en la misma. Por ello reciben el nombre de válvulas de alivio. Pero, dónde se va el vapor que escapa de la vasija a través de las válvulas de alivio? Se libera acaso a la atmósfera? No, en el caso que nos ocupa de un reactor BWR con contención Mark-I, el vapor que sale de la vasija se conduce a la piscina de supresión (al toro) destinada a tal efecto, como puede versee en la figura de la página anterior. La piscina de supresión es una cámara con una gran cantidad de agua fría donde el vapor, al entrar, se condensa y convierte en agua. Más tarde volveremos sobre este particular. Visión esquemática del descenso del nivel de aguaa en el interior de la vasija del reactor a medida que el vapor se va aliviando hacia la cámara de supresión. Fuente: AREVA. Hay otro efecto añadido al hecho de liberar vapor del interior de la vasija del reactor. Imagine que está usted cocinando lentejas en una olla rápida. Si usted tuviera la vitrocerámica al máximo y se olvidara de las lentejas, qué pasaría? En primer lugar aumentaría la presión hasta un nivel en que la válvula de seguridad se abriría y Página 30

32 Qué pasó en Fukushima? comenzaría a liberarse vapor hacia la cocina. Si usted sigue absorto en sus quehaceres, el vapor seguirá saliendo y, consecuentemente, cada vez habrá menos agua en la olla. Es decir, el nivel de agua irá disminuyendo. En algún momento, la olla se quedará totalmente sin agua y lo siguiente que notará será un desagradable olor a lentejas quemadas. En el interior del reactor número 1 de Fukushima estaba sucediendo eso exactamente, como podemos ver en la figura de la página anterior. A medida que el vapor iba saliendo de la vasija camino a la piscina de supresión, el nivel de agua iba disminuyendo y las barras de combustible nuclear, que originalmente se encontraban sumergidas bajo unos cuantos metros de agua, cada vez estaban menos sumergidas. En Fukushima no estaban absortos, en absoluto, ni se habían olvidado de atender la cocina. Simplemente no podían detener, de ninguna manera, la generación de calor ni hacer aumentar el nivel de agua en la vasija del reactor. A estas alturas era cuestión de tiempo que el nivel de agua disminuyera tanto como para dejar descubiertas las barras de combustible nuclear. La única diferencia con el símil culinario, es que el combustible nuclear no se quema, pero se funde. Si ese momento llegaba, la situación se agravaría aún más. Página 31

33 Manuel Fernández Ordóñez El toro ya no puede con más vapor El vapor que ocasionaba una elevada presión en el interior de la vasija del reactor era aliviado hacia la cámara de supresión. Pero este proceso no podía prolongarse de forma indefinida. Necesitaban un plan. La presión en la vasija seguía aumentando y el vapor era liberado hacia la piscina de supresión (el toro) a través de las válvulas de alivio de presión, tal y como vimos en el capítulo anterior. Sin embargo, este proceso no puede continuar de manera indefinida, existe un límite y éste está en la cantidad de vapor que es capaz de condensar el toro. Cuando el vapor procedente de la vasija alcanza la cámara de supresión, al estar parcialmente llena de agua fría, el vapor se condensa convirtiéndose nuevamente en agua. En condiciones normales, el toro también tiene sistemas de refrigeración diseñados para evitar que se caliente el agua de su interior, de tal modo que no pierda su capacidad de condensar vapor. Sin embargo, en la coyuntura que se encontraba la central de Fukushima, sin ningún tipo de electricidad disponible, los sistemas de refrigeración del toro tampoco funcionaban. Eventualmente, se alcanzaría una situación en la que la temperatura del agua en su interior fuera tan alta que ya no pudiera condensar más vapor proveniente de la vasija del reactor y su presión (la del toro) iría en aumento. Y ese momento llegó durante la tarde del viernes, pocas horas después del terremoto. Página 32

34 Qué pasó en Fukushima? Lo vivido con la vasija, volvía a repetirse en el caso de la cámara de supresión. La cantidad de vapor continuaría aumentando, acumulándose en la parte superior del toro hasta que la presión fuera tan elevada que, para no poner en peligro su integridad estructural, hubiera que liberar vapor hacia el exterior del mismo. Ahora bien, cuando la presión en la vasija del reactor fue lo suficientemente elevada, el vapor se envió a la cámara de supresión. Pero, ahora que la presión en ésta era también muy elevada, dónde se enviaba el vapor? Hacia dónde se aliviaba ahora la presión? La respuesta la pueden ver gráficamente en la siguiente figura esquemática. (Izquierda) Visión esquemática del sistema de alivio de presión de la vasija del reactor hacia la cámara de supresión. (Derecha) Visión esquemática del alivio de vapor desde la cámaraa de supresión a la contención primaria. Fuente: AREVA. Cuando las válvulas de seguridad de la cámara se supresión se abren, el vapor pasa directamente hacia la bombilla, del mismo modo que cuando se abre la válvula de seguridad de una olla a presión, el vapor pasa directamente a la cocina. En estee caso, la cocina es un recinto hermético con paredes de acero, recubierto por espesos muros de hormigón armado y con forma de bombilla. La historia volvía a comenzar pero, si no se hacía nada (y no había nada que se pudiera hacer), qué pasaría cuando la presión en la bombilla fuera también muy elevada? Necesitaban un plan. Página 33

35 Manuel Fernández Ordóñez Y el hidrógeno hace acto de presencia En un accidente con pérdida de refrigerante, en un momento dado puede comenzar a dañarse el propio combustible nuclear. En ese caso es posible la aparición de hidrógeno en forma de gas. Los minutos seguían corriendo y, ante un evento así, el tiempo va en tu contra. El nivel de agua en la vasija del reactor seguía disminuyendo y la probabilidad de que el combustible nuclear se quedara destapado, sin agua, era cada vez mayor. El momento llegó en algún instante de la tarde del mismo viernes, pocas horas después del tsunami, si bien no podemos saber a ciencia cierta cuándo tuvo lugar. El nivel de agua descendió tanto que la parte superior del combustible nuclear se quedó al aire. En ese momento las leyes de la naturaleza, nuevamente, hacen aparición en forma de un nuevo fenómeno: la generación de hidrógeno que tantos problemas iba a dar. Pero, de dónde sale este hidrógeno? Dónde se forma? El combustible nuclear se dispone en el interior del reactor en unos tubitos construidos con una aleación especial de acero que se conoce como Zircaloy, por la presencia en la misma de zirconio. No deben olvidar que, en el combustible nuclear, el calor proviene del Página 34