El accidente nuclear de Fukushima-Daiichi, Japón - UAM-I

El accidente nuclear de Fukushima-Daiichi, Japón
Juan Azorı́n Nieto
Depto. de Fı́sica UAM-I
CO) , Fukushima II (con 4 reactores) también llamada Fukushima Dai-ni (que significa número dos en japonés), Onagawa (con 3 reactores) y Tokai (con 1 solo reactor).
Recibido: 25 de abril de 2011
Aceptado: 03 de mayo de 2011.
Abstract
This paper discusses the nuclear accident occurred
at the nuclear plant in Fukushima Dai-ichi, Japan.
The event is analyzed based on information provided
by the International Atomic Energy Agency (IAEA)
and its possible consequences for our country and
the possibility that a similar event could occur in
Mexico.
La central nuclear de Fukushima Dai-ichi se localiza
en la ciudad de Okuma, en el distrito de Fukushima
en el centro norte de Japón en la cara oriental de la
isla.
Key words: Fukushima, Japan, nuclear accident.
Resumen
En este artı́culo se comenta el accidente nuclear ocurrido en la planta nuclear de Fukushima Dai-ichi,
Japón; se analiza el evento con base en la información proporcionada por el Organismo Internacional de Energı́a Atómica (OIEA) y sus posibles consecuencias sobre nuestro paı́s; ası́ como la posibilidad de que un evento similar pudiera presentarse en
México.
Palabras clave: Fukushima, Japón, accidente nuclear.
Como es de todos sabido, el pasado 11 de marzo de
2011 se produjo un terremoto de magnitud 8.9 en la
escala de Richter cuyo epicentro se localizó a 130 km
al este del puerto de Sendai, muy cerca de la planta
nuclear de Fukushima-Dai-ichi (Fukushima I) en el
norte de Japón; media hora después el tsunami llega
a la costa provocando daños en la planta nuclear.
Figura 1. Localización de la planta nuclear de Fukushima
Dai-ichi y del epicentro del terremoto
Cuando se inició el terremoto, estaban en funcionamiento 37 reactores nucleares de las 17 centrales japonesas. Tras el terremoto, las centrales de Fukushima I, Fukushima II, Onagawa y Tokai interrumpieron el proceso de fisión en los 11 reactores que tenı́an
operando.
Japón cuenta con 17 centrales nucleares como la de
Fukushima I. Cada central posee un número diferente de reactores nucleares, haciendo un total de
58 reactores. Las 4 centrales nucleares más próximas al epicentro del terremoto son: Fukushima I
también llamada Fukushima Dai-ichi (que significa
número uno en japonés) la cual cuenta con 6 reactores nucleares de potencia del tipo de agua hirviente o Boiling Water Reactor (BWR), que son operados por la Tokyo Electric Power Company (TEP-
De acuerdo con la información suministrada por
el Organismo Internacional de Energı́a Atómica
(OIEA), en Fukushima I, los reactores 4, 5 y 6 ya
estaban apagados por inspección periódica; mientras que los reactores 1, 2 y 3 se apagaron automáticamente porque los sistemas electrónicos automáticos de emergencia funcionaron adecuadamente, ya
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El accidente nuclear de Fukushima-Daiichi, Japón. Juan Azorı́n Nieto.
Figura 2. Planta nuclear de Fukushima Dai-ichi
Figura 3. Reactor de agua en ebullición (BWR)
que al perderse toda la alimentación eléctrica fuera de la central los generadores diesel de emergencia proporcionaron energı́a eléctrica a los sistemas
de seguridad, pero estos generadores dejaron de funcionar aproximadamente una hora después debido a
los daños producidos por el tsunami.
El proceso de apagado de un reactor se produce al introducir en el mismo las barras de control que absorben neutrones y por lo tanto detienen la reacción en
cadena. El enfriamiento del reactor no es inmediato
y requiere la intervención de los sistemas de refrigeración y un control durante todo el proceso. El tiempo que tarda un reactor en realizar un apagado automático funcionando correctamente la refrigeración
es de 36 horas. En el caso de Fukushima I la refrigeración de los reactores falló por averı́a en la alimentación del sistema de refrigeración, por ello, no se pudo controlar su proceso de apagado con las consabidas consecuencias.
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Figura 4. Diagrama de un reactor BWR
1 Vasija del reactor
2 Barras de combustible
3 Barras de control
4 Refrigerante
5 Manejo de barras de control
6 Vapor hacia la turbina
7 Alimentación de agua
8 Enfriamiento por agua marina
9 Bloque calentador
10 Bomba de agua de alimentación
11 Bomba de refrigerante
12 Edificio del reactor
Posteriormente, se empezó a extraer calor residual
del reactor, pero aparentemente éste sufrió una
pérdida de refrigerante produciéndose daño al núcleo
del reactor; después se produjo una explosión de
hidrógeno en el edificio del reactor dañando la estructura del edificio; sin embargo, el contenedor primario y la vasija del reactor, los cuales impiden la salida de material radiactivo al exterior, se mantuvieron intactos.
Se tomó la decisión de inyectar agua del mar para continuar con el enfriamiento del reactor, lo que
estaba previsto en el plan de emergencia.
Hubo emisiones controladas de material radiactivo al
exterior, pero estas fueron disminuyendo con el tiempo. Esta misma secuencia de hechos parece haberse producido también en las otras unidades.
Al dı́a siguiente, se produjo una explosión en la
unidad 1 la cual parece haber sido causada por
hidrógeno dentro del edificio ya que las pastillas de
combustible de uranio se encuentran dentro de vainas de circonio. Cuando dichas vainas se encuentran sometidas a muy altas temperaturas el circonio reacciona con el agua produciendo óxido de circonio e hidrógeno. Parece que esto fue lo que ocu-
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rrió al quedar parte del combustible al descubierto al faltar lı́quido refrigerante en el reactor. Existe
la hipótesis de que el hidrógeno se acumuló en el edificio sufriendo ignición. Sin embargo, aunque la explosión destruyó parte del edificio, no dañó el contenedor primario ni la vasija del reactor.
Figura 5. Explosión en el edificio de la unidad 1 debido
probablemente a la acumulación de hidrógeno
Hasta la fecha, no se tiene ninguna evidencia de que
haya ocurrido la fusión parcial o total del núcleo.
Aún si esto llegara a ocurrir, los sistemas de contención del reactor están diseñados para prevenir la dispersión de radiactividad al exterior. La fusión del
núcleo del reactor podrı́a llegar a ocurrir ya que sin
la refrigeración adecuada, la temperatura del combustible (en el núcleo) podrı́a elevarse y si llegara a
1900◦ C la cubierta protectora de las barras de combustible se perderı́a y éstas comenzarı́an a fundirse. El agua sin circular se puede evaporar en dı́as y
al aumentar más la temperatura el combustible puede fundirse y fundir la base del reactor.
ContactoS 80, 12–17 (2011)
De acuerdo con La Escala Internacional de Eventos Nucleares (más conocida por sus siglas en inglés
INES International Nuclear Event Scale) del Organismo Internacional de Energı́a Atómica el suceso de la central nuclear de Fucushima se calificó en un principio en el nivel 4 y posteriormente se recalificó en el nivel 5 de una escala de 7,
al mismo nivel que el accidente de Three Mile Island (1979) accidente con consecuencias de mayor
alcance. Actualmente el accidente ha sido recalificado al nivel 7 o accidente mayor como el de
Chernobil (1986).
La INES fue introducida por el OIEA para permitir la comunicación sin falta de información importante de seguridad en caso de accidentes nucleares
y facilitar el conocimiento de los medios de comunicación y la población de su importancia en materia de seguridad. Se ha definido un número de criterios e indicadores para asegurar la información coherente de acontecimientos nucleares por autoridades
oficiales diferentes. Hay 7 niveles en la escala: Los sucesos de nivel 1 a 3, sin consecuencia significativa sobre las poblaciones y el medio ambiente, se califican como incidentes, los superiores (4 a 7), como accidentes. El último nivel corresponde a un accidente cuya gravedad es comparable al ocurrido el 26 de
abril de 1986 en Chernobil.
Nivel 7 INES: Accidente mayor
Impacto en las personas y el medio ambiente. Se produce una mayor liberación de material
radiactivo que pone en riesgo la salud general y el
medio ambiente y requiere la aplicación de medidas de contraposición.
Ejemplo: Accidente de Chernóbil, Ucrania (1986).
Nivel 6 INES: Accidente serio
Impacto sobre las personas y el medio ambiente. Se produce la liberación de material radiactivo que requiera una probable aplicación de
medidas de contraposición.
Ejemplo: Desastre de Kyshtyn, Rusia (1957).
Figura 6. Proceso de fusión del núcleo de un reactor:
1) Al fallar la refrigeración, la temperatura del núcleo se
eleva, 2) A 1900◦ C las barras de combustible se empiezan
a fundir y el agua a evaporarse, 3) Al aumentar más la
temperatura el combustible se funde y puede fundir el
fondo del reactor.
Nivel 5 INES: Accidente con consecuencias
amplias
Impacto sobre las personas o el medioambiente. Liberación limitada de material radiactivo que pueda requerir la aplicación de medidas de
contraposición. Varias muertes por radiación.
El accidente nuclear de Fukushima-Daiichi, Japón. Juan Azorı́n Nieto.
Figura 7. Fuente: Organismo Internacional de Energı́a Atómica
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Daños en los obstáculos radiológicos y el
control.
Se producen graves daños al núcleo del
reactor y se produce la liberación de material radiactivo en una instalación que genera riesgos de exposición pública que podrı́a derivarse de un accidente crı́tico o el fuego.
Ejemplo: Accidente de Three Mile Island, EEUU
(1979).
Nivel 4 INES: Accidente con consecuencias
locales
Impacto sobre las personas o el medio ambiente. Liberación menor de material radiactivo
que pueda requerir, aunque de forma poco probable, la aplicación de medidas de contraposición. Al
menos una muerte por radiación.
Daños en los obstáculos radiológicos y el
control. Combustible fundido o dañado y liberación de cantidades significativas de radiación con
probabilidad de exposición pública.
Ejemplo: Accidente de Tokaimura, Japón (1999).
Nivel 3 INES: incidente grave
Impacto en las personas y el medio ambiente. Exposición de 10 o más veces el lı́mite legal anual para los trabajadores y efectos no letales producidos por la radiación.
Daños en los obstáculos radiológicos y el
control. Exposición de más de 1 Sv/h en una zona de trabajo (Sv es la abreviatura de Sievert, unidad de medida de la dosis de radiación).
Impacto en la defensa en profundidad
Ejemplo: Accidente
taña (2005).
de
Sellafield,
Gran
Bre-
Nivel 2 INES: incidente
Impacto en las personas y el medio ambiente. Exposición de un miembro del público a más
de 10 mSv y exposición de un trabajador en exceso a los lı́mites legales anuales.
Daños en los obstáculos radiológicos y el
control. Nivel de radiación en una zona operativa de más de 50 mSv/h y contaminación significativa dentro de la instalación no preparada en el diseño.
Impacto en la defensa en profundidad.
Ejemplo: Incidente de Caradache, Francia (1993).
Nivel 1 INES: anomalı́a
Impacto en la defensa en profundidad. Exposición mayor a los lı́mites legales anuales de un
miembro del público, problemas menores con elementos y componentes de seguridad con la defensa en profundidad restante y robo o pérdida de
una fuente de radiactividad de baja intensidad.
Nivel 0 INES: desviación
Ninguna importancia para la seguridad.
Es importante que no se extrapolen los datos de
los terremotos y tsunamis a otros paı́ses cuando se
evalúan los riesgos naturales ya que estos son muy especı́ficos de cada región y se basan en las condiciones tectónicas y en las fallas geológicas propias de cada localización.
Las posibilidades de que un terremoto y un tsunami similares se produzcan en México son muy remotas. En todo caso, la central nuclear de Laguna Verde (CLV) se construyó con los mismos estándares
que todas las centrales nucleares del resto de paı́ses
del mundo, y acaban de culminar con éxito los trabajos de modernización de la misma, tras haber concluido la cuarta y última recarga de combustible prevista. Las relevantes modificaciones efectuadas posibilitan una extensión de la operación de la planta de hasta 40 años de vida útil. Durante la última fase de los trabajos participaron unas 2 000 personas y se alcanzó el récord de 2.8 millones de horas de trabajo sin accidentes.
No obstante, México, Estados Unidos y Canadá, han
activado sus sistemas de alerta en monitoreo de radiación ambiental por si dado el caso remoto hubiese alguna fuga importante de material radiactivo a la atmósfera, ası́ como sus sistemas de detección de sismos. Nuestro paı́s ha activado ya una red
de monitoreo censando en algunos puntos del territorio nacional, por si hubiese alguna fuga importante en Japón, que en realidad prácticamente no llegarı́a a México porque las corrientes de las masas de
aire no alcanzan nuestro territorio aunque sı́ al hemisferio norte como Estados Unidos y Canadá.
En conclusión, el alcance de lo peor de Fukushima
va a ser, fundamentalmente, japonés y quizá de algunas zonas periféricas; igual que el alcance de lo
peor de Chernóbil fue, fundamentalmente, ruso, bielorruso y ucraniano. Hay aquı́ algunas leyes fı́sicas
El accidente nuclear de Fukushima-Daiichi, Japón. Juan Azorı́n Nieto.
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el ejemplo llevando a cabo sus propios programas
de construcción y explotación de centrales nucleares.
La estabilidad económica, el fuerte crecimiento de la
demanda eléctrica y sus prometedoras expectativas
económicas fueron el motor del desarrollo de esta
fuente energética.
Figura 8. Central nuclear Laguna Verde.
en juego, y una de ellas afirma que tanto la concentración como la intensidad de la radiación tiende a disminuir con la distancia. Otra de ellas, que
los daños producidos por la radiación en la materia (incluyendo la materia viva) son extremadamente dependientes de la dosis y del tiempo de exposición. A lo largo de la historia ha habido considerables diseminaciones de radiación a la atmósfera, como los cientos de pruebas nucleares durante la Guerra Frı́a. Además de que podemos afirmar que las dosis de radiación medidas fuera del perı́metro de seguridad hasta el momento son en total tan cancerı́genas y teratogénicas como un paquete de cigarrillos.
Hay que tener en cuenta que en la actualidad existen más de 400 reactores nucleares en operación en
todo el mundo y otros tantos en construcción, siendo los paı́ses que más los emplean los Estados Unidos, el Reino Unido, la URSS, Japón, Francia y la
República Federal Alemana. En Francia, el 59 % de
la electricidad es de origen nuclear. Se ha acumulado ya suficiente experiencia en esos paı́ses para garantizar que el uso de la fisión nuclear sea factible, económico y seguro. México cuenta con la planta de Laguna Verde, que tiene dos reactores, cada
uno de ellos de 650 MW.
En la segunda mitad de la década de los sesenta,
Estados Unidos lanzó el primer programa nuclear
destinado a la generación de electricidad. Aunque
cuatro años antes, el Reino Unido habı́a inaugurado
Calder Hall, la primera central nuclear del mundo.
Poco después, otros paı́ses industrializados siguieron
En la actualidad existen 436 reactores en operación,
los cuales producen el 17 % de la electricidad mundial. A principios de este año, 56 unidades más se encuentran en construcción en paı́ses como China, India, Bulgaria, Japón, Rusia, Corea del Sur, Finlandia y Francia. Todos ellos, conscientes de los problemas energéticos, medioambientales y ahora económicos construyen nuevas plantas nucleares porque consideran que la energı́a nuclear es una fuente esencial para el presente y futuro de sus paı́ses. A estos reactores en operación y construcción se sumarán las centrales ya planificadas, que ascienden a
200, destacando el programa 2010 del Departamento de Energı́a de Estados Unidos (DOE), donde en
la actualidad hay unas 30 solicitudes en proceso de
autorización.
Hay que recordar que por el momento la verdadera catástrofe es la que ha sufrido el pueblo japonés a
causa del terremoto y el tsunami. Hay miles de muertos, cientos de miles de desplazados, comarcas enteras borradas del mapa.
Referencias
1. Foro Nuclear, http://www.foronuclear.org/
energia\_nuclear\_mundo.jsp
2. OIEA, Escala Internacional de Sucesos Nucleares
y Radiológicos (INES) Manual de Usuario, IAEA
Vienna (2008)
3. Foro industrial atómico de Japón, http://www.
jaif.or.jp/english/index.php
4. Organismo Internacional de energı́a atómica, http://www.iaea.org/
5. Agencia de seguridad industrial y nuclear
de
Japón,
http://www.nisa.meti.go.jp/
english/index.html
6. Tokio Electric Power Company, http://www.
tepco.co.jp
cs