Fusió de núcleu

Fusió de núcleu

Archiu:3MileIsland.jpg

Planta d'energia nuclear Three Mile Island consistix de dos reactors d'aigua a pressió fabricats per Babcock & Wilcox, cada u dins del seu propi edifici de contenció conectat a una torre de refrigeració. El reactor 2, que va sofrir una fusió parcial causant un sério dany del combustible, està en segon pla.

La fusió de núcleu és el terme en el que es designa a un tipo d'accident greu en un reactor nuclear, en el que, en calfar-se, el combustible canvia d'estat sòlit a líquit, la qual cosa pot produir l'impossibilitat de ser refrigerat. No deu confondre's en el terme fusió nuclear, el significat de la qual fa referència a l'unió d'àtoms.

La fusió de núcleu ocorre quan els sistemes de seguritat d'una central nuclear fallen i provoquen que la reacció nuclear deixe de ser controlada, comportant que la temperatura dins del núcleu de la central aumente vertiginosamente i puga provocar la fusió dels materials radiactius, usualment urani o plutoni. La fusió de núcleu és l'accident més temut, degut a que pot provocar el colapse de l'estructura del reactor, i en això expulsar gran cantitat de materials radiactius al mig ambient si hi ha algun tipo d'explosió o si es filtren al subsol. Evidentment, una fusió de núcleu implica, casi en total seguritat, la destrucció del reactor i l'impossibilitat de la seua reparació.

Causes

Per a que es produïxca la fusió de núcleu ha de produir-se una cadena de fallos. Estos poden ser una pèrdua de control de la pressió, una pèrdua de refrigerante, un aument inadvertit de la potència de generació, un incendi, o be la combinació d'alguns d'estos fallos.

• En els accidents deguts a pèrdua de control de la pressió del líquit refrigerante est cau per baix dels nivells operacionals, a voltes sense que els operadors tinguen indicis d'això. Si s'usa un gas inerte com refrigerante, es reduïx l'eficiència en la transferència de la calor, mentres que si s'utilisa aigua a pressió es genera una bombeta de vapor que rodeja el combustible. En este últim cas, pel calfament del vapor la pressió necessària per a gelar dita bombeta pot excedir els valors especificats per al disseny, en lo que el refredat tardaria molt més en produir-se. Ademés, la bombeta de vapor podria produir una explosió per l'excés de pressió, com va ocórrer en l'Accident de Fukushima.
• Si es produïx una pèrdua de refrigerante és molt provable que s'experimenten pèrdues de control de pressió, o síntomes similars. La pèrdua del refrigerante ocasionaria un desequilibri en la transferència de calor del núcleu al refrigerante, o be la formació d'una bombeta que acumule dit calor.
• Quan es produïx un aument de la potència per damunt dels nivells tolerables s'aumenta, de forma conseqüent, la reactivitat, podent aplegar a sobrepassar els paràmetros de disseny del reactor. La reacció en cadena aumenta exponencialment, provocant, en això, un aument súbit de la calor generada com va ocórrer en l'Accident de Chernóbil.
• En ocasions el problema es deu a incendis, be dins del núcleu, be en instalacions relacionades. Un incendi dins del núcleu contribuïx a aumentar la calor del material radiactiu i, en això, a favorir la seua fundició. Açò és possible en alguns reactors que són moderats per hidrogen o grafit: si es manipula sense conte el refrigerante pot sobrepassar-se la seua tolerància a la temperatura i originar-se un incendi. Si l'incendi es produïx en atres instalacions (per eixemple, en els sistemes de cablejat), és possible que es perga el control de la reacció, per la inutilización dels dispositius electrònics.

Per a que es produïxca la fusió de núcleu no és estrictament necessari que el reactor estiga funcionant i en el seu estat òptim de criticidad. En cas d'un accident, la presència de fòc i la calor residual poden prolongar la citada fusió.

Conseqüències

Quan el núcleu s'ha derretido, el combustible fos és capaç de destruir l'estructura de la vasija del reactor. Inclús, depenent de les característiques de la construcció de l'edifici de contenció, si és que la central dispon d'un, podria ocórrer que el material radiactiu aplegara a penetrar en el subsol. Si el material en estat fos entra en contacte en l'aigua es produïx una explosió de vapor, agravant enormement la situació. Ademés, tot material que entre en contacte en el núcleu en estat decorregut es derretirá o incendiarà.

En els pijors casos pot produir-se una explosió en motiu de l'acumulació de gasos o del contacte en aigua. La violència de l'explosió podria expulsar materials radiactius al mig ambient, sobretot si no existix un edifici de contenció que aisle al reactor de l'atmòsfera. Dos eixemples totalment antagonistas són els de la central nuclear de Three Mile Island (Estats Units) i la central nuclear de Chernóbil (Ucrània, llavors partix de l'Unió Soviètica). La primera va sofrir una fusió parcial de núcleu, que va derivar en una explosió. En el segon case la fusió va ser completa, i també va provocar una explosió. La diferència radica que la central nortamericana dispon d'edifici de contenció i l'ucraniana no. La primera no va registrar danys personals, mentres que en la segona va caldre evacuar a 600 000 persones de les seues llars, sent la sifra oficial de 31 morts i la extraoficial de vàries decenes de mills.

A pesar de les investigacions realisades i de l'experiència a raïl d'alguns accidents, encara no se sap en exactitut el poder de penetració en els materials del combustible derretido. Un eixemple d'això és que, en virtut del disseny de les centrals de Three Mile Island i Chernóbil, cap de les dos devia haver conclós en la seua vasija intacta. És més, la central nortamericana va estar molt més temps en estat de fusió que l'ucraniana, i no obstant els danys varen ser menors.

Quan es produïx una fusió de núcleu és necessari esperar un temps prudencial fins que s'haja estabilisat l'entorn de treball. Generalment, els nivells de radiactivitat seran alts durant mils d'anys, pero és d'esperar que els elements més amoladors en primera instància per al cos humà, com el yodo, decaiguen despuix d'unes semanes.

Hi ha tres factors que determinen el grau de provabilitat i perillositat d'una fusió de núcleu. Conéixer i controlar estos paràmetros pot ser vital per a que un equip d'operadors i tècnics d'una central nuclear siguen capaces o no de detindre a temps una fusió:

1. El temps necessari per a que el refrigerante perga la seua eficàcia o resulte danyat.
2. El temps necessari per a que el combustible escomence a derretirse.
3. El temps necessari per a que el material fos travesse les proteccions.

Estos temps són fonamentals per a evitar un accident de proporcions catastròfiques. Quant major siga el temps, més possibilitats hi ha de que siga indetenible una reacció conducente a una fusió de núcleu i, per tant, la provabilitat de que esta es produïxca serà menor.

Mides de seguritat

El disseny del reactor està orientat a la seua operació en la major seguritat possible, tant en el cas d'una operació segura com suponent que es desenrollen escenaris no desijats, ya siga per accident, fatiga de material, imprudència o sabotages. L'estructura del reactor sol estar continguda dins de l'edifici de contenció. Este disseny, de fet, és obligatori en les centrals nuclears de nou disseny. En el cas d'una fusió de núcleu, tot el material deuria quedar-se dins de dit edifici, en lo que els danys provocats serien estrictament econòmics.

Seguritat Activa

Els mecanismes de seguritat activa estaran encaminats a minimisar la possibilitat de que es provoque una fusió de núcleu. Entre estes mides es poden destacar les següents:

• Us de sistemes de refrigeració efectius, segurs i redundantes. La redundància és vital, ya que implica que si un sistema de refrigeració falla, els demés seguixquen funcionant i eviten el sobrecalentamiento del núcleu.

• Sistemes de control redundantes. La redundància en el control és necessària per als casos en que un incendi o una atra contingència inutilisa els sistemes tradicionals de control.
• Sistemes de seguritat no desconectables. El disseny dels sistemes de seguritat deu estar encaminat a que siga impossible operar el reactor sense un solament dels sistemes automàtics de control.

Seguritat Passiva

Vore també: Seguritat nuclear passiva

Quan la fusió de núcleu és inevitable, els sistemes de seguritat activa no tenen més possibilitat d'ajudar als operadors. En estos casos han d'actuar els sistemes de seguritat passiva, que tracten de minimisar les conseqüències de la fusió:

• Presència d'un edifici de contenció que evite la lliberació de material radiactiu a l'atmòsfera.
• Disseny de la vasija de modo que resistixca la calor de la fusió de núcleu. En qualsevol cas, si es produïx la fusió del combustible i la vasija, esta deu ser controlada, és dir, deu produir-se d'un modo que siga conegut pels ingeniers, tècnics i operadors, a fi de minimisar els imprevists.

Efectes

Els efectes que provoquen una fusió de núcleu estaran molt relacionats en els paràmetros de seguritat passiva introduïts en el disseny del reactor,

Les dificultats que entranya l'operació en atmòsfera altament radiactives i la relativament escassa cantitat de fusions de núcleu que ha registrat l'indústria nuclear fan difícil definir uns efectes clars d'una fusió de núcleu, més allà dels econòmics, lo que dificulta la presa de decisions, més allà de lo purament teòric i lo poc que s'ha pogut experimentar. Potser un dels efectes més coneguts siga la fusió del combustible i del material de la vasija fins que s'alcancen les aigües subterrànees. Este fenomen es coneix com el Síndrome de China.

Alguna cosa que es descarta absolutament és que una fusió de núcleu puga generar una explosió nuclear com les provocades per l'armament atòmic; no obstant, com ya es va indicar abans, un eventual contacte del material decorregut en una reserva d'aigua provocaria una explosió de vapor que disseminaria el material radiactiu per una àmplia extensió de terreny, emulant una bomba bruta. Açò es deu a que la fusió es desenrolla a temperatures propenques o superiors als 1500 graus centígrats; a esta temperatura l'aigua passa immediatament a estat gaseós provocant una gran pressió sobre la vasija del reactor que pot dur a explosions.

Per un atre costat, alguns materials presents en els reactors, com el zirconi o el grafit (present en els reactors refrigerats per diòxit de carbono i en els RBMK soviètics) poden catalizar la producció d'hidrogen a partir d'aigua i aire, resultant en l'explosió.

Successos

La fusió de núcleu més coneguda i de més greus conseqüències va ocórrer en la central nuclear de Chernóbil, el 26 d'abril de 1986, en Ucrània (que, quatre anys abans, ya havia patit una fusió parcial de núcleu en el seu reactor número 1). En 2011, la Central Nuclear de Fukushima va sofrir una triple fusió del núcleu en tots els seus reactors operatius, en una important emissió de contaminació radiactiva. En 1979, es va produir una atra de similars característiques pero en molts menys danys, en Three Mile Island, Pennsilvània, Estats Units. Atres centrals en les que s'han registrat fusions parcials de núcleu són:

• NRX, Ontario, Canadà, en 1952.
• EBR-I, Idaho, Estats Units, en 1955.
• Windscale (ara Sellafield), Anglaterra, en 1957.
• Laboratori de Santa Susana, Simi Hills, Califòrnia, Estats Units, en 1959.
• SL-1, Idaho, Estats Units, en 1961.
• Estació Nuclear Enrico Fermi, Escòcia, en 1967.
• Chapelcross, Dumfries and Galloway, Escòcia, en 1967.
• Planta A1, Jaslovské Bohunice, Checoslovàquia, en 1977.
• Planta de Okuma, Fukushima, Japó, en 2011.

Ademés, alguns submarins nuclears han experimentat la fusió del núcleu del seu reactor.

Vore també

• Three Mile Island
• Accident de Chernóbil
• Síndrome de China
• Central nuclear
• Energia nuclear
• Accident nuclear
• Contaminació radiactiva
• Comportament del combustible nuclear durant un accident del reactor