Como funciona un reactor nuclear y los peligros de la radioactividad

Después de los terribles sucesos que se han producido en la isla de Japón, han vuelto a aparecer los fantasmas de accidentes como Chernobyl o las bombas atómicas que sembró Estados Unidos en territorio japones durante la Segunda Guerra Mundial entre otros. Estos desastres tuvieron como concecuencia miles de muertos por contaminación radiológica.

Pero respecto de lo que esta sucediendo ahora en el país nipón nos surgen miles de preguntas. ¿Como es posible que un país tan ordenado y con una cultura tan avanzada no haya previsto este tipo de concecuencias?. Acaso los cálculos respecto de las probables situaciones de emergencias no cubrieron todas las posibilidades?. La concecuencia del seísmo de 9 grados que azoto Japón el pasado 11 de marzo provoco, entre otros, la destrucción de algunas plantas de energía nuclear, con lo cual el mundo ha quedado a la expectativa de lo que puede llegar a suceder. Nuevamente esto nos recuerda el peligro que pueden representar las plantas de energía nuclear.
Para despejar algunas dudas que muchos de nosotros tenemos respecto de este tipo de centrales de energía vamos a respondernos algunas preguntas y tomaremos como ejemplo la central de Fukushima.

¿Que es una planta de energía nuclear?
Una central nuclear o planta nuclear es una instalación industrial empleada para la generación de energía eléctrica a partir de energía nuclear. Se compone básicamente de reactores nucleares (donde se produce la reacción), un circuito de vapor de agua, una turbina de vapor y un generador eléctrico.

¿Que es un reactor nuclear?
Es una instalación en la que se inicia, mantiene y controla una reacción nuclear en cadena. Hay dos tipos: el reactor (nuclear) de agua a presión, que es un reactor refrigerado con agua natural a una presión superior a la de saturación, para impedir la ebullición; y el reactor de agua en ebullición, (usado en la central japonesa de Fukushima) que es un reactor refrigerado con agua natural (BWR, esto es, Boiling Water Reactor: Reactor de Agua en Ebullición), que se hace hervir en el núcleo en una cantidad considerable.

¿Como funciona un reactor nuclear?

Un reactor nuclear es, a grandes rasgos, un contenedor dentro del cual se producen reacciones nucleares controladas, con el fin de que estas reacciones produzcan algo que es lo que queremos utilizar. Es decir se puede usar esa reacción como fuente de energía o para otras cosas como por ejemplo esterilización de elementos o insectos (control de plagas).
El tipo de reacción que se puede producir dentro de estos contenedores es la "Fisión Nuclear". La fisión nuclear se da cuando el núcleo del átomo se divide en dos, liberando una gran cantidad de energía en el proceso. Esta energía se manifiesta en forma de calor.

¿Que son los reactores nucleares de potencia?
Este tipo de reactores son los que se usan para generar energía, aunque también se pueden utilizar para otros fines. En ellos se busca obtener calor que se produce a partir de la fisión nuclear.
Ese calor generado, hace hervir agua generando vapor. Este vapor mueve turbinas que están acopladas a generadores eléctricos, que son, en realidad, quienes generan la electricidad de las centrales nucleares.

¿Como es el núcleo de un reactor nuclear?
El núcleo está contenido en una gigantesca y sofisticada vasija de acero muy compleja que funciona como una enorme olla a presión: todo el combustible nuclear y los sistemas primarios de control están en su interior. En caso de accidente con fusión total o parcial el núcleo fundido se derrama en el interior de la vasija, cuyas paredes de hasta 15 centímetros de espesor de acero de alta tecnología son capaces de resistir el calor generado (en teoría).
Los reactores soviéticos como el de Chernobyl carecían de esta vasija de acero de protección.
El sistema de refrigeración del reactor sirve para enfriar las barras de combustible nuclear. El contacto del agua con el uranio genera vapor radioactivo que mueve las turbinas productoras de electricidad. Las barras de control, situadas debajo de las barras de combustible, sirven para controlar el "calor residual" y detener los reactores en caso de reacción nuclear.

La imagen anterior corresponde a las barras de combustibles en el Reactor Breazeale del Estado de Pensylvania. La luz azul que rodea al combustible es conocido como Radiación Cherenkov, se produce cuando las partículas cargadas viajan a través de la materia (en este caso, agua) a una velocidad mayor a la de la luz.

¿Cuales son las posibles causas de un accidente nuclear?
En una fusión completa -debido a las altas temperaturas que alcanza el combustible nuclear por falta de refrigeración- del núcleo y la vasija (recinto del reactor), se puede producir una explosión y posterior liberación de los isótopos radiactivos que hay en el combustible.
Esta nube toxica puede escapar al exterior y contaminar grandes extensiones de terreno.Un reactor de este tipo puede contener hasta 140 toneladas de combustible nuclear.
Para retener los productos radiactivos que pueden escapar de un reactor nuclear en caso de accidente, las centrales incorporan un edificio de contención que encierra el sistema generador de vapor.
Además los accidentes provocados por daños en el núcleo se pueden mitigar mediante la recuperación de un enfriamiento suficiente del combustible nuclear a través de los sistemas de inyección de agua en el núcleo.

¿Por qué se producen explosiones en los reactores?

Al fallar el sistema de refrigeración, el nivel de agua baja y aumenta la temperatura en el reactor. Las barras de combustible se recalientan, el zirconio de las barras de control se funde y reacciona con el agua, generando una burbuja de hidrógeno que provoca una explosión. Esto es lo que ha sucedido en los reactores 1, 2 y 3. Según las autoridades japonesas, las explosiones han destruido el techo de los edificios de los reactores, pero no han dañado las cámaras de contención, que guardan el núcleo de los reactores.

¿Qué efecto ha causado el terremoto en los reactores nucleares?
El terremoto y posterior tsunami del viernes provocaron la paralización de los reactores y de los sistemas de refrigeración. Pero las barras de combustible necesitan mantenerse a una determinada temperatura, incluso varios años después de convertirse en deshechos. Las autoridades japonesas pusieron en marcha unos generadores diesel para bombear agua dentro de los reactores, pero el tsunami posterior al terremoto que inundó la planta los dejó inutilizados.

¿Cual es la situacion actual de Japon?
Japón se encuentra en la cornisa frente al riesgo de una fuga radiactiva. Los devastadores efectos del terremoto y del tsunami posterior pusieron en jaque la seguridad de cuatro centrales nucleares niponas.
La planta de Fukushima es la más afectada. El devastador seísmo que el viernes sacudió Japón ha causado graves problemas en los reactores 1, 2 y 3 de la central nuclear de Daiichi en Fukushima, a unos 270 kilómetros de Tokio.

¿Qué riesgo hay de escapes radioactivos o de fusión del núcleo?
Para aliviar la presión del núcleo ante las deficiencias en la refrigeración, se ha liberado vapor radioactivo de las cámaras de contención. La operadora japonesa, Tepco, ha informado de que los niveles de radiactividad tras el accidente se han disparado a los 8.217 microsievert por hora, ocho veces más que la cantidad anual a la que se encuentra expuesta una persona.

¿Qué riesgo hay de fusión del núcleo?
Si se prolongan los problemas de refrigeración en el núcleo, el uranio puede fundirse. Las autoridades japonesas están inundando los reactores de agua de mar con ácido bórico para intentar enfriar el núcleo. En el peor escenario posible, el uranio fundiría las barras y la lava radioactiva podría traspasar las cámaras de contención y provocar una gran fuga de material radioactivo.
La empresa confirmó que hubo un momento en el que las barras quedaron totalmente expuestas al bajar el nivel del agua que las rodeaba, cuando la bomba que inyectaba el líquido al reactor se detuvo por falta de combustible, con lo que estas podrían haber registrado una fusión parcial a causa del sobrecalentamiento en ese reactor, pudiendo provocar la liberación de una elevada cantidad de radiactividad.
Los fallos de los sistemas de refrigeración que sufren los reactores de tres plantas nucleares en Japón a raíz del terremoto del viernes pasado desataron la alarma ante una posible catástrofe atómica.

¿Qué hacer en situaciones así?
Cada equipo de dirección tiene sus métodos, pero teniendo en cuenta que se trata de una central con cuatro décadas de vida y que tenía previsto su cese de actividad en un futuro próximo, no resulta extraño que la TEPCO decidiera inundar el conjunto con agua de mar mezclada con ácido bórico para absorber gran cantidad de neutrones y así inhibir la fisión. El proceso dura muchas horas, no se trata de enfriar una simple olla caliente, sino de frenar una reacción nuclear, y eso requiere paciencia.

¿Cuales son las consecuencias de una contaminacion por radiación?
La liberación de grandes cantidades de material radiactivo tiene graves efectos sobre la salud pública y el medio ambiente. Además se deposita en el suelo y en el mar y se incorpora a la cadena alimentaria de los seres vivos mediante un proceso de bioacumulación.
En el núcleo de un reactor nuclear existen más de 60 contaminantes radiactivos a partir de la fisión del uranio con capacidad de acumulación en el organismo humano.
El yodo, el estroncio 90 y el cesio (C-137) son algunos de los contaminantes más perjudiciales para la salud humana.
En el desastre de Chernobyl gran cantidad de personas sufrió de cáncer en la glándula tiroides entre otras enfermedades. Por este motivo se les está suministrando yodo a los habitantes en riesgo para que esta glándula, ya saturada de este producto, no absorba el yodo radioactivo que está escapando de la planta de Fukushima.

¿Por que la radiación produce daño en el organismo?

La radiación causa ionizaciones en las moléculas que componen las células, al separar electrones de los átomos de aquellas. Los iones formados pueden reaccionar con otras estructuras químicas cercanas de la célula, ocasionando daños. A bajas dosis, como las que se reciben diariamente procedentes de la radiación de fondo ambiental, las células reparan el daño con bastante rapidez. A dosis muy elevadas, las células pueden ser incapaces de reparar los desperfectos, y pueden sufrir daños permanentes, o aún la muerte. Aún así, muchas células pueden morir sin que el organismo en sí sufra graves consecuencias, ya que pueden ser reemplazadas. Si las células que sufren cambios permanentes logran dividirse, pueden dar lugar a células hijas anormales. En el peor de los casos, si estas células no son eliminadas por los mecanismos de reconocimiento de proteínas extrañas, pueden dar lugar a un cáncer. A dosis más elevadas, las células deterioradas no pueden ser reemplazadas a velocidad suficiente como para que los tejidos y órganos ejerzan su función de forma adecuada, apareciendo los distintos grados de la enfermedad por radiación.

Seguramente hay miles de preguntas que nos seguimos haciendo pero la unica duda que no se si podremos respondernos es: ¿este terremoto fue "el gran terremoto de Japon"?.