Fukushima. ¿Y si se formase una masa crítica?

Demon Core. Una esfera subcrítica de Plutonio de 6,2 kg
que produjo varios accidentes de criticidad en 1945-46.

“Una central nuclear no puede explotar como una bomba atómica”. Algo así me contaron de pequeño cuando fui de visita a una central nuclear.
Que no haya hongo nuclear no significa que no se pueda producir una situación supercrítica y una guarrada radiactiva colosal.  De hecho, cuando empezaron a arder las piscinas de combustible, probablemente estuvimos cerca. Veamos.

Las reacciones fisión se producen cuando un núcleo fisible (Uranio, Plutonio, ...) absorbe un neutrón y se rompe en dos frangmentos liberando más neutrones. Estos neutrones (muy rápidos) pueden escapar de la masa de material fisible o ser absorbidos por otro núcleo produciendo otra fisión y más neutrones. Cuanta más material fisible hay alrededor, más fácil es que los neutrones producidos acaben impactando en otro nucleo, produciendo más neutrones.
Una masa crítica de un elemento fisible (U, Pu u otros) es la mínima cantidad del elemento que consiente mantener una reacción en cadena (produce tantos neutrones como absorbe). Si tenemos menos masa será un sistema sub-crítico y si tenemos más será súper-crítico.
La masa crítica depende de muchas cosa: el material fisible empleado, la geometría en que se dispone el material, la presencia de moderadores, reflectores…Por ejemplo: es más fácil formar una masa critica con Plutonio 239 puro (basta una esfera de 10 kg) que con Uranio 235 (hacen falta 52 kg) o con Plutonio 240 (40 kg) . Si en vez de una esfera es un cubo hará falta más. Si la forma fuese de una barra larga y delgada, nunca se llegaría a la masa critica, por muy larga que fuese. Si en vez de Uranio puro es oxido de Uranio (como se usa en los reactores) hace falta todavía más. Si intervienen moderadores de neutrones (como el agua, que hacen las fisiones mas probables) hace falta menos…. Resumiendo, es un mundo complejo. Gestionar masas críticas sin que se desmadren (yendo a supercríticas) es la base de la tecnología de control de reactores. Gestionar masas críticas para que se desmadren lo más posible antes de desintegrarse es la base de la tecnología nuclear militar. 
En los primeros años de la tecnología nuclear ocurrieron varios accidentes de criticidad. La gente que experimentaba con las sustancias fisibles formaba masas críticas por accidente y se freían a radiaciones antes de que la masa se deformase y perdiese la criticidad. El último incidente de este tipo ocurrió en Japón en 1999 cuando unos operarios usaron por error (algunos dicen que por pereza, para evitar echar viajes) un recipiente demasiado grande para una solución de uranio que llego a ser critica. Con el calor generado se evaporó la solución, se perdió la masa crítica, acabó el incidente de forma espontánea pero los operarios se frieron (y fallecieron).
A lo que íbamos:
Tanto en el núcleo del reactor como en las piscinas de Fukushima hay toneladas de combustible. Sabemos que se ha fundido parcialmente por falta de refrigeración. Si volviese a perderse el control de la refrigeración y volviésemos a la situación del día 15 o 16 podría formarse un magma fundido (corium) de combustible, acero, cemento y todo lo que pille que podría fluir y acomodarse en modo tal que formase una masa crítica, por ejemplo, en el fondo de la piscina. Si eso ocurriese partiría una reacción en cadena no controlada que nadie sabe como podría evolucionar. Experimentar con esferas de uranio puro es fácil, pero hacerlo con chorros fundidos de cemento, uranio, circonio y acero, no tanto. Hay poca experiencia practica en el campo. Si ocurriese algo así, es difícil imagina durante cuanto tiempo permanecería crítica ni como evolucionaría, pero seguramente produciría mucho calor, vapores, humos y puede que alguna explosión convencional si se mantiene confinada en un espacio cerrado. Si esto pasara, la nube radiactiva y las “salpicaduras” del magma serían tan malas, si no peores, que las de Chernobil.
Mirando a España la situación de las piscinas es aún peor (pero sin accidente, claro). Contienen todo el combustible gastado de décadas y cuando llegaron a la capacidad limite se inventaron un sistema de “doble fila” para meter cuatro veces más en el mismo espació sin producir criticidad. El potencial catastrófico en el (muy, muy, muy) improbable caso de falta continuada de refrigeración en las piscinas es alto.
Lo malo (o lo bueno) del accidente de Fukushima es que nos ha enseñado a pensar que las cosas pueden andar peor que en el peor de los escenarios previstos. Por ejemplo, para un BWR como los de Fukushima, el “Desing Basis Accident” (el accidente más grave imaginable para el que se prepara el diseño) no debía producir ningún daño al reactor ni fuga radioactiva y, sin embargo, mira como han quedado los pobrecitos reactores 1 al 4.

Cosas que nadie ha aclarado sobre Fukushima.

Llevo pegado a la pantalla del ordenador siguiendo los accidentes de Fukushima desde que empezaron. Es tarea frustrante porque la información de la fuente original (TEPCO) llega con cuentagotas, poco clara y probablemente maquillada. Estos pocos datos disponibles son triturados, manoseados y, a menudo, tergiversados en cascada por los medios de comunicación.

Los periodistas deben estar haciendo cursos acelerados de tecnología nuclear pero casi siempre enredan más que aclaran buscando un titular con pegada. Durante estos días me he hartado de escuchar en la tele y leer en la prensa informaciones confusas, bienintencionadamente erróneas y maliciosamente sensacionalistas. Los pocos comentarios más o menos consistentes provienen de entrevistas a profesores.

A pesar del aluvión de artículos y comentarios, hay muchas cosas que nadie ha explicado, por ejemplo: 

Hidrógeno. Los edificios del reactor (una nave convencional que hace de cáscara más exterior) reventaron por explosiones de hidrógeno apenas un día después del terremoto. Muchos puntos oscuros:
 

     De donde venia el hidrógeno?

Que yo sepa el hidrógeno solo se pudo producir dentro del núcleo al reaccionar el vapor de agua con las vainas de zircaloy de los elementos de combustible sobrecalentados… Ese tipo de sobrecalentamiento del núcleo implica su fusión. Si a las 24 horas del accidente había suficiente hidrógeno como para pulverizar un edificio, significa que el núcleo se fundió a las pocas horas del maremoto. Si eso es así, por qué solo se habló de fusión del núcleo hasta varios días mas tarde? 

    Como llego el hidrógeno al edificio del reactor?

Si la contención primaria hubiese funcionado (A,B), el hidrógeno debería haberse quedado dentro o ser venteado a la atmosfera por las altas chimeneas. Cómo llego al espacio entre las piscinas (C) y el techo del edificio (D) donde explotó? Si esto es correcto, significa que la contención primaria se ha roto, cosa gravísima y que de momento nadie ha aclarado. Si no está rota? Por donde escapo el hidrogeno? Que más ha escapado o está escapando? 

 

Piscinas: Las piscinas no son muy difíciles de manejar; son simples piscinas. El combustible gastado sigue generando calor, pero con relativa lentitud.

     Por qué se secaron las piscinas de combustible usado (C)?

 Era perfectamente previsible que si no se refrigeraba el agua, tras una semana, acabaría hirviendo y evaporándose… una vez el combustible gastado quedase al aire se llegaba a un escenario de emisiones catastróficas que impedirían aproximarse a la zona (momento de los helicópteros). Era obvio que si llegábamos a ese punto iba a ser muy difícil acercarse a los edificios para manejar el resto de problemas. Por qué no se priorizó el relleno de las piscinas antes de que el combustible quedase expuesto?


Y la pregunta del millón: De dónde procede la radiación que sigue escapando?  

De momento nadie ha explicado si viene de vapores, gases, humos, partículas,...? De que parte escapan: piscinas, núcleo, contención,...?

Si no saben lo qué es, difícilmente pueden plantearse como frenarla, además, si no se pueden acercar a las áreas más problemáticas debido a la elevada radicion, no veo como van a aclarar cual es la fuente. Tienen algún plan?