Las causas detrás de los tres accidentes nucleares relevantes

Javier Borda Elejabarrieta 3 de enero de 2025

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9 min. de lectura

Prof. Javier Borda Elejabarrieta
Presidente de Sisteplant

1. INTRODUCCIÓN

La energía nuclear es necesaria como fuente de emisiones cero estable de fondo, eficiente e independiente del clima. Y es perfectamente compatible con las renovables hidráulica, eólica, biometano y solar, consiguiendo una estabilidad de suministro y precios. Sus problemas potenciales son tres:

• Los residuos, pero esto puede tener una solución con un enterramiento a gran profundidad en una zona libre de sismología.
• Su rentabilidad por los largos plazos de construcción y puesta en marcha necesarios para dar seguridad a las centrales (NPP’s), pero ahora llegan los reactores estándar prefabricados que los acortan drásticamente.
• Los accidentes nucleares relevantes; 3 desde que se iniciaron la Centrales en los años 50, con un total aproximado de 460 reactores en todo el mundo. Pero es realmente insignificante.

La probabilidad de un accidente grave por reactor en toda su vida es de 3 accidentes en 70 años, teniendo en cuenta un parque de 460 reactores, lo que significa que no llega al 3 por 1.000, que es ridícula y muestra la solidez general de diseño y operación que tienen.

Para la exposición me fijaré en una única propiedad de los múltiples tipos de reactores existentes, aquella que más condiciona su diseño; el modelo de refrigeración del circuito primario que contiene al reactor. Así, hay PWR (60%de todos los utilizados) y BWR (30%), el resto son desarrollos especiales.

PWR

BWR

Los reactores PWR utilizan agua presurizada como refrigerante y moderador del circuito primario, y los BWR agua en ebullición, lo que significa vapor en él.

Los PWR con respecto a los BWR suponen:

• Reactor más estable y potencialmente seguro.
• Mayor eficiencia termodinámica y energética global, lo que supone menos % de gastos variables operativos.
• Necesidad de utilizar Uranio más enriquecido en el físil 235, ya que el agua líquida absorbe más neutrones. O sea, un combustible más caro.
• No es posible la recarga parcial en operación, dada la presurización de la vasija, y necesita una parada total para recambio del combustible gastado.
• Mayor inversión por la exigencia mecánica y dinámica de la vasija, bombas, válvulas y tuberías del primario.
• Menos vida útil por fatiga mecánica, pero también mayor seguridad mientras está operativo.

Así pues, su rentabilidad es un reto, pero prima una seguridad potencial mayor.

Con la Fisión y la Fusión estamos tratando con el “corazón indomable” de la Física; el núcleo atómico. Eso significa que cualquier precaución es poca, pero teniendo esto en cuenta, y con una Operación y Mantenimiento cuidadosas el riesgo es insignificante. Y lo que es mejor, a diferencia de otros accidentes, en los tres relevantes sabemos perfectamente lo que ha fallado, que nada tiene que ver con la naturaleza de la energía nuclear, sino con errores humanos de diseño, ubicación, operación y procedimientos.

Por cierto, y para los que piensan que la futura Fusión, de la que faltan 30 años, para una solución industrial es la panacea, les diría que la criticidad del reactor es enorme teniendo que mantener un plasma (ITER-Tokamak) a 1.000 millones de grados centígrados confinado por campos electromagnéticos (Leyes de Maxwell) y girando en un toroide cerca de paredes plagadas de imanes y resonadores, y cuyo mínimo contacto supondría una explosión que expulsaría igualmente los materiales vaporizados radioactivos en que se habrían convertido los componentes del reactor.

2. ACCDIDENTES NUCLEARES RELEVANTES, POR ORDEN DE GRAVEDAD

I. Chernobyl (BWR), 1986, extinta URSS

Se origina en un simulacro de pérdida de energía eléctrica, porque los generadores Diesel tardaban más de 1 min. en arrancar, y querían probar si la inercia de la turbina, ya sin vapor, podría cubrir ese lapso de tiempo de arranque de los Diesel, manteniendo la energía eléctrica necesaria para el mantenimiento de los sistemas de control

En la mitad de la prueba, con el turno de expertos, llaman desde Kiev para que la interrumpan, porque otra central de carbón de la zona ha interrumpido su suministro a red y no se podía ahora prescindir de la nuclear. Inmediatamente se suspende la prueba y se vuelven a subir las barras de control, pero la inercia de un reactor BWR es pequeña, y eso crea una inestabilidad de oscilación de temperaturas a corto plazo que, aunque percibida por los operadores en la sala de control, no es calibrada como importante porque se espera que amortigüe en amplitud. Más tarde llaman desde Kiev y comunican que puede continuarse con el simulacro porque la central de carbón ya funciona de nuevo.

Entra el turno de noche, inexperto, y se le explica cómo acometer la prueba. TERRIBLE ERROR!! Por lo siguiente:

• Las inestabilidades no habían disminuido totalmente.
• La prueba era crítica, se trataba de quitar corriente eléctrica y confiarlo todo a la inercia de giro de una turbina sin alimentación de vapor.
• El personal no tenía una experiencia acorde con el nivel del experimento. Estaban jugando con fuego, una terrible imprudencia y negligencia.

Para continuar con la prueba, el turno introduce las barras de control (veneno absorbedor de neutrones), pero observan espantados que las OSCILACIONES VAN A MÁS, y no se lo explican.

Lo terrible es que había un fallo de diseño en las barras de control de Gadolinio (el absorbedor de neutrones). Para que su introducción fuera más fácil llevaban una punta de grafito (sabemos que es un buen lubricante, puntas de lápices), también absorbedor de neutrones, pero con un tiempo de reacción para ello, y al principio de la exposición, al contrario, es emisor neto de ellos.

Esto hizo el efecto contrario, las oscilaciones aumentaron y la presión de vapor en la vasija se hizo insoportable, y voló la tapa del reactor de 1.200 ton.!!, emitiendo vapor altamente radioactivo y quedando el núcleo al descubierto, que en poco tiempo se fundió, afortunadamente no creando una masa crítica de fisión que, aunque tendría una pequeña posibilidad de crear una explosión nuclear, es siempre lo último en permitirse. Esto es debido al diseño especial del fondo de la vasija, que evita la formación de una esfera de diámetro crítico, y al bajo enriquecimiento del Uranio empleado en las centrales (un 5-20%, que para un arma nuclear es de más de un 60%).

El resto de consecuencias ya las conocemos, con el sarcófago actual cubriendo el reactor.

Conclusión:

• Errores de diseño graves
• Errores graves de procedimientos
• Imprudencia y negligencia
• Exceso de confianza con una máquina compleja de dominar y potencialmente devastadora

II. Fukushima (BWR), 2011, Japón costa Este (triángulo de fuego del Pacífico)

Hay un terremoto seguido de un tsunami. Con el primero, la central aguanta bien. No hay deterioros importantes, y las barras de control bajan normalmente, aunque el suministro eléctrico a la central falló. Esto está muy bien.

Entraron entonces los generadores Diesel, para evacuar de los núcleos el calor de la fusión residual, pero a los 45 minutos aprox., llegó el tsunami de 14 m., y superó con holgura el dique de contención de la central de apenas 6 m. de altura. Ello originó la parada de los Diesel por la inundación. Tres núcleos se fundieron y explotaron sus tapas al elevarse la presión en las vasijas por el vapor y el hidrógeno proveniente de la reacción del agua a alta temperatura con las vainas de Zirconio que contienen los pellets de combustible nuclear.

No hubo errores de operación aunque sí de emplazamiento del reactor, cerca de una falla propensa a seísmos y tsunamis, y de su adecuada protección con un dique mucho más alto y sólido. Ciertamente, el tsunami podría haberse previsto, pero en tan poco tiempo poco podría haberse hecho para buscar una fuente alternativa de suministro eléctrico que garantizara la circulación del refrigerante para enfriar el núcleo.

Hoy en día se diseñan con sistemas pasivos:

• Barras de control que bajan por gravedad, sin mecanismos a accionar.
• Depósitos de refrigerante situados justo encima del reactor, y que sueltan su carga tanto de manera automática ante una emergencia (por una batería), o acción manual por si esta fallara.

Actualmente los reactores accidentados se enfrían continuamente en circuito abierto, y la salida de refrigerante radioactivo se almacena en contenedores herméticos cuya gestión logística -aún no ha acabado su necesidad- es un difícil problema no resuelto.

Conclusión

• Error de emplazamiento y protección de la Central
• Exceso de confianza en el diseño por no habilitar sistemas de seguridad en una zona propensa a terremotos.

III. Three Miles Island (PWR), 1979, Pnn, USA

Es el menos grave de los tres, y el hecho de que fuera un PRW, más estable, además de un equipo profesional experimentado y una ubicación lógica, tiene mucho que ver el ello.

Pero el accidente se debe exclusivamente a un error humano por descuido fatal de procedimientos de Mantenimiento.

El accidente se originó, en primer lugar, por un fallo eléctrico, con el que las bombas del circuito secundario dejaron de funcionar. Entonces, se activan las duales de emergencia, pero durante tareas de mantenimiento preventivo, las válvulas de circulación quedaron cerradas!! Aun así, en ese momento tendría que haber entrado el agua de emergencia del secundario desde un depósito de gravedad (pasivo, muy bien!!), pero por otro despiste de mantenimiento, su válvula de descarga había quedado también cerrada!!

Un sensor indicó entonces al operador que el núcleo ya estaba lleno de agua extra, pero el sensor estaba averiado y mentía!!… otro problema de Mantenimiento.

Para entonces, por las bombas del primario pasaba ya vapor en lugar de agua, dada la alta temperatura del núcleo, y comenzaron a vibrar por cavitación peligrosamente.
Pero la vibración se detuvo súbitamente al regularizarse el flujo de vapor, y eso engañó aún más a los operadores.

Parte del núcleo se fundió y se generó el consiguiente dióxido de Zirconio e Hidrógeno al reaccionar el vapor caliente con las vainas de los pellets de combustible, que cayeron a la masa fundida aumentando el problema. El hidrógeno escapó del núcleo a la atmósfera al activarse las válvulas de alivio de sobrepresión de la vasija, arrastrando con él gases radiactivos.

A las 16 horas de haber comenzado el episodio, las bombas del primario quedaron reparadas y la temperatura del núcleo (ya parcialmente fundido) comenzó a bajar.

Conclusión

• El diseño de la planta era correcto, pero por increíble que parezca…
• … Una mala formación, concienciación y supervisión del Mantenimiento (en parte subcontratado) fue el origen del problema.

Desde entonces, los procedimientos de Audit de la AIEA (agencia internacional de Energía Atómica) se han endurecido de forma radical.

3. EL FUTURO

La energía nuclear es la fuente más eficiente, y tenemos la tecnología como para mejorarla y no prescindir alegremente de ella. Así pues iremos por aquí:

• Reactores de IV generación PWR con sistemas pasivos.
• Redundancia “hot-standby” en sistemas críticos.
• Compacidad de Minireactores prefabricados estándar y modulares, con una vasija que integre el circuito primario, y una huella mínima en el entorno y de instalación rápida
• Operaciones y Mantenimiento (O & M) asistidos por Machine-Learning (I.A.) con el hombre como protagonista central.
• Enterramiento profundo de residuos.
• Clústeres de energía de áreas rurales, con los SMR de cabecera, y fuentes como biometano, eólica y solar como garantía de suministro de electricidad al reactor en casos extremos con un buffer de baterías (RAEC - Rural Area Energy Cluster)
• Optimización de generación conjunta distribuida de todas ellas, y como by-products H₂-green y fertilizantes, producidos de forma eficiente.