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¿Qué errores provocaron la explosión de Chernóbil?

A la 01.24 del 26 de abril de 1986 el reactor cuatro de la central nuclear Vladímir Ilich Lenin, más conocida como Chernóbil, saltó por los aires. Los operarios habían estado tratando de apagar el reactor, instantes antes, pero sus contramedidas llegaron tarde. En apenas uno segundos se produjeron dos explosiones consecutivas.

La segunda dejó al descubierto las entrañas de un reactor nuclear destruido y devorado por un incendio y esparció el combustible nuclear y el grafito, usado como moderador y altísimamente radiactivo, por los alrededores. Este suceso causó la muerte de decenas de personas y obligó a la evacuación de 350.000 más.

Su contaminación dejó inutilizados 200.000 kilómetros cuadrados de terreno, se extendió por Europa y probablemente causó miles de casos de cáncer.

¿Qué cadena de acontecimientos llevaron a la destrucción del reactor 4? ¿Qué llevó a aquel fatídico desenlace? 33 años después de aquellos hechos se sabe que el accidente ocurrió debido a una combinación de fallos de diseño y de errores humanos, que resultaron fatales en una noche en la que se estaba tratando de hacer una prueba de seguridad en el reactor 4.

El diseño del reactor no era muy seguro y el personal incumplió varias normas. Por ejemplo, los operarios no sabían que al hacer la prueba llevarían el reactor a una situación límite en la que podría estallar, y el diseño del test se llevó a cabo sin la adecuada comunicación entre el personal y los expertos en seguridad. Por todo esto, finalmente, la prueba acabó causando el peor accidente nuclear de la historia.

1. ¿Cómo funciona un reactor nuclear?

Esquema de un reactor nuclear de agua presurizada (PWR). El núcleo calienta el agua y esta aporta su energía a agua fresca para generar vapor y mover turbinas con las que generar electricidadEsquema de un reactor nuclear de agua presurizada (PWR). El núcleo calienta el agua y esta aporta su energía a agua fresca para generar vapor y mover turbinas con las que generar electricidad – world-nuclear.org

Para entender todo lo ocurrido en Chernóbil, es necesario comprender las bases de la energía nuclear. Esta proviene, como su nombre indica, de los núcleos de los átomos. Se aprovechan las reacciones de fisión que separan los protones y neutrones que se aprietan en los núcleos, y que liberan enormes cantidades de energía. La clave está en las reacciones en cadena, en las que las partículas liberadas en una fisión rompen otro núcleo cercano, y así sucesivamente.

El poder del átomo

Para ello es fundamental usar elementos radiactivos, que son aquellos cuyos núcleos tiendan a decaer y reorganizarse a causa de un desequilibrio entre el número de protones y neutrones que tienen. Pues bien, esta reorganización puede ocurrir de varias formas, como la fisión, la liberación de neutrones o el decamiento alfa (se libera un núcleo de helio, con dos neutrones y dos protones).

En los reactores se emplea el uranio como elemento radiactivo. En concreto, se usa un material ligeramente enriquecido en uranio-235 (no lo suficientemente enriquecido como para estallar como una bomba atómica). La fisión de este uranio libera tanta energía, que con un kilogramo se obtiene la energía equivalente a quemar tres millones de kilogramos de carbón. Y además no se produce dióxido de carbono.

El núcleo: el corazón del reactor

En un reactor típico, como seis de los siete que hay en España por ejemplo, de tipo PWR (las siglas en inglés de reactor de agua presurizada), el uranio está en forma de pastillas cerámicas de óxido de uranio que se introducen en varillas de una aleación de zirconio. Todo esto forma unas matrices que se denominan elementos combustibles.

 

Un técnico inspecciona el reactor 1 en la central nuclear de Chernóbil, meses después del accidente
Un técnico inspecciona el reactor 1 en la central nuclear de Chernóbil, meses después del accidente – AFP

Cada uno de estos reactores tiene 157 elmentos combustibles. Estos se rodean con agua mezclada en ácido bórico. El agua actúa como refrigerante y moderador, es decir, tiene la capacidad de reducir la velocidad de los neutrones para que puedan causar fisiones en los núclos de uranio-235.

Existen unos elementos llamados barras de control que sirven para capturar neutrones y controlar la potencia del reactor. Estos se insertan en algunos elementos combustibles, y están fabricados en una aleación de indio, plata y cadmio.

Las barras de control sirven para capturar neutrones y controlar la potencia del reactor

Estas barras, que pueden medir varios metros de largo (tanto como las barras de combustible), pueden insertarse más o menos en el reactor para regular su potencia: por ejemplo, si no están insertadas, este opera a máxima potencia; pero si se quiere apagar el reactor, se introducen en toda su extensión. Todo este conjunto constituye el núcleo de un reactor.

El objetivo: generar vapor

El núcleo se envuelve en una vasija metálica y acorazada, muy resistente a la corrosión. El agua entra a gran presión en la vasija, muy caliente pero en estado líquido, y después de ser calentada por el núcleo, sale aún a mayor temperatura. Este agua se hace circular por un generador de vapor, en el que transmite su energía a agua fresca y que está a menos presión, permitiendo la formación de vapor. Después, este vapor se hace circular por un sistema de turbinas que generan electricidad. El conjunto de la vasija y parte de los circuitos de agua están protegidos con corazas para evitar la salida de la radiación. Salvo accidente o emergencia, el agua radiactiva no sale del reactor.

Es muy importante mantener el balance, de forma que la temperatura y la potencia del núcleo no se disparen

En todos los reactores, es muy importante mantener el balance, de forma que la temperatura y la potencia del núcleo no se disparen: si eso ocurre, pueden dañarse los canales de combustible, las barras de control o los circuitos de agua. Puede haber escapes radiactivos, se puede generar vapor y pueden aparecer explosiones. En el peor escenario posible, puede fundirse el núcleo.

Por eso, hay varios tipos de reactores nucleares, que usan distintas aproximaciones para refrigerar y controlar las reacciones, y que alcanzan distintas potencias.

2. La fatídica cadena de errores

Centro de control del reactor 4 de Chernóbil, fotografiado en 2011Centro de control del reactor 4 de Chernóbil, fotografiado en 2011 – REUTERS

La central nuclear de Chernóbil contaba, en el momento de la explosión, con cuatro reactores RBMK, las iniciales de Reaktor Bolshoy Moshchnosti Kanalny, que significa «reactor de gran potencia de tipo canal». Estos reactores estaban pensados para producir plutonio para bombas atómicas y, en segundo término, para producir energía eléctrica. Son los únicos que usan grafito como moderador y agua como refrigerante. Carecían de edificios de contención para contener escapes, lo que luego demostró ser fatal.

Además, se caracterizaban por su inestabilidad a bajas potencias y por la existencia de coeficientes positivos, una serie de efectos en los que un aumento de temperatura en el núcleo provocaban un aumento de la potencia, y este a su vez otro aumento de la temperatura, en una carrera descontrolada que se conoce como «excursión de potencia».

Una prueba de seguridad

La prueba de seguridad que el día 26 de abril provocó una catástrofe pretendía comprobar si se podía enfriar el núcleo en caso de que se perdiera el suministro eléctrico externo (recordemos lo importante que es mantener el balance y que la temperatura y la potencia no se disparen, para evitar daños).

Entrada de la central Vladímir Ilich Lenin (Chernóbil)Entrada de la central Vladímir Ilich Lenin (Chernóbil) – EFE

En concreto, se quería averiguar si cuando ya no llegase vapor a las turbinas (que generan electricidad), su inercia podría proporcionar energía para alimentar las bombas del circuito de refrigeración del núcleo, antes de que actuasen los generadores de emergencia (de diésel, y que requerían de un determinado tiempo para estar en operación).

El retraso que originó el desastre

En world-nuclear-org se reconstruye todo lo ocurrido el fatídico día del accidente. El día 25 de abril el reactor 4 operó a mitad de potencia. La prueba estaba prevista para las 14.00 y requería bajar la potencia hasta los 700 a 1.000 MWt (megavatios térmicos). Sin embargo, el operador de la red de Kiev denegó la autorización para disminuir la potencia a causa de la demanda eléctrica. Así que no fue hasta las 23.00 cuando llegó la autorización.

A las 00.00 se llevó a cabo el cambio de turno de los operadores del reactor 4, apenas una hora antes de comenzar una maniobra tan delicada y compleja como una prueba de seguridad.

Centro de control del reactor 3 en la central nuclear de Chernóbil, en mayo de 1995Centro de control del reactor 3 en la central nuclear de Chernóbil, en mayo de 1995 – Reuters

El retraso y la operación a baja potencia durante el 25 provocó un aumento de la concentración del xenón en el reactor. El xenón es un gas que se genera como producto de la fisión y cuya principal característica es su gran capacidad de absorción de neutrones, por lo que baja la potencia del reactor al disminuir las fisiones. Obviamente, este efecto dura hasta que el gas se consume.

La calma antes de la tormenta

Quizás a causa de eso bajó la potencia del reactor 4. El protocolo del test impedía operar el núcleo por debajo de los 700 MWt. Sin embargo, a las 00.28, la potencia ya estaba en los 500 MWt. Entonces, los operarios transfirieron el control al sistema automático, pero un fallo técnico o humano llevó a una caída de potencia drástica, de 30 MWt. Esto aumentó aún más la concentración de xenón, e hizo que existiera un riesgo real de que el reactor se apagara.

Esquema de un reactor RBMK, como el de Chernóbil. Se usan barras de control de grafito y un circuito refrigerante de agua ligeraEsquema de un reactor RBMK, como el de Chernóbil. Se usan barras de control de grafito y un circuito refrigerante de agua ligera – Wikipedia

Varios efectos o coeficientes negativos provocaron que la potencia del reactor de Chernóbil se mantuviera tan baja, como el envenenamiento por xenón, la baja temperatura del refrigerante y de las barras de control.

Así que, para compensar, a la 01.00 los operarios retiraron muchas de las barras de control de grafito, violando los mínimos de operación, quizás sin saberlo. Su intención era aumentar la potencia del reactor, retirando las barras que moderan las fisiones nucleares.

Desconexión de sistemas de seguridad

A la 01.03 la potencia aumentó a 200 MWt y se decidió arrancar el test. Previamente, se había bloqueado el sistema de parada automática del reactor y los equipos de refrigeración de emergencia. Además, se estaban incumpliendo los límites de seguridad, porque solo quedaban insertadas ocho barras de control, cuando el mínimo era de 15.

Además, el test ya era inútil, porque exigía que la potencia estuviera entre los 700 y los 1.000 MWt y no a 200. En esta situación, los operarios estaban haciendo una prueba, sin sistemas de seguridad y en un rango de potencia en el que el reactor RBMK resultaba altamente inestable. La tormenta perfecta estaba a punto de desencadenarse.

El núcleo, fuera de control

La prueba continuó. A la 01.23.04, los operarios apagaron las cuatro bombas del circuito de refrigeración, lo que redujo el flujo de agua de refrigeración y aumentó la temperatura del núcleo. En un momento, los coeficientes negativos, que habían mantenido baja la potencia, desaparecieron. Y así, el reactor quedó fuera de control.

Aspecto del núcleo del reactor RBMK de la central nuclear de IgnalinaAspecto del núcleo del reactor RBMK de la central nuclear de Ignalina

En primer lugar, el aumento de temperatura del núcleo llevó a la ebullición del agua de refrigeración en la base del reactor. Esto generó un coeficiente positivo (capaz de aumentar la potencia), relacionado con la generación de vacío. Esto, unido al hecho de que se había consumido el xenón, llevó a una excursión de potencia: un incremento de potencia que llevó a un aumento de temperatura, que a su vez llevó a un aumento de potencia.

Sin embargo, durante unos 30 segundos, los parámetros permanecieron dentro de los límites esperados, al menos de acuerdo con las lecturas de los sensores.

Parada de emergencia

Pero a las 01.23.40 el personal presionó el botón de emergencia (AZ-5) para apagar inmediatamente el reactor (una acción que se llama SCRAM), por medio de la introducción de todas las barras de control. Este proceso habría llevado de 20 a 30 segundos.

A las 01.23.43, el reactor tenía una potencia de 530 MWt. El sobrecalentamiento del núcleo provocó la deformación y rotura de los canales de combustible o quizás del propio circuito de refrigeración, lo que disparó la generación de vapor y la presión en el interior de la vasija, hasta el punto de que se desenganchó una placa de 1.000 toneladasen la base del reactor.

 

Estado de la central tras la explosiónEstado de la central tras la explosión– Sin firma

La deformación del núcleo impidió que las barras de control pudieran deslizarse sobre sus canales, por lo que se bloquearon a mitad de camino y fue imposible que pudieran insertarse por completo, para contener las reacciones de fisión. A las 01.23.49 saltaron las alarmas por exceso de presión en el reactor. De acuerdo con algunos cálculos, la potencia llegó a los 30.000 MWt, diez veces su potencia normal.

Una explosión de cuatro kilotones

A la 01.24 un ingeniero escribió: «graves impactos; las barras –de control– dejaron de moverse antes de llegar al límite inferior».

Un instante después, el reactor estalló. La primera fue una explosión de vapor, que dañó la vasija del reactor y permitió la entrada de oxígeno en su interior. Este reaccionó con el grafito y, a causa de las altísimas temperaturas, provocó un incendio. Una segunda explosión de vapor o bien una detonación causada por la generación de hidrógeno en el núcleo acabó con el reactor 4.

Trabajos de construcción de un sarcófago tras la destrucción de la centralTrabajos de construcción de un sarcófago tras la destrucción de la central – EFE

La explosión tuvo una potencia equivalente a la de cuatro toneladas de TNT. Hizo saltar la tapa del reactor, de 2.500 toneladas de peso, destruyendo el edificio y expulsando al exterior combustible nuclear y productos de la fisión nuclear. La explosión dejó el núcleo completamente expuesto, devorado por un incendio de grafito, lo que permitió que los residuos contaminantes ascendieran a la atmósfera y fueran esparcidos por el viento.

Se estima que se liberaron a la atmósfera un centenar de radionucleidos diferentes, cada uno caracterizado por tener un distinto tiempo de permanencia en el medio ambiente y un diferente poder tóxico.

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