Home Energía ¿Qué pasa en Fukushima (Parte 2)? Extracción de Calor del Núcleo.

¿Qué pasa en Fukushima (Parte 2)? Extracción de Calor del Núcleo.

escrito por Manuel Fernández Ordoñez 24 marzo, 2011

En la primera parte de esta serie de artículos explicamos cómo se genera electricidad en una central nuclear del tipo BWR y cuál es su modo de operación en condiciones normales. Nos centraremos hoy en describir qué mecanismos entran en funcionamiento cuando se detiene la reacción en cadena en el núcleo del reactor y queremos llevarlo a parada fría (dejar el núcleo con una temperatura cercana a la ambiental).

Cuando el reactor nuclear está en operación normal, en su interior tiene lugar una reacción en cadena estable y autosostenida. ¿Qué quiere decir esto? Cada vez que un núcleo de Uranio-235 se fisiona se rompe en dos núcleos más pequeños, emitiendo además unos pocos neutrones y generando una cantidad elevada de energía. La clave está en esos neutrones que se emiten. Uno, sólo uno, exclusivamente uno de esos neutrones genera una nueva fisión en otro núcleo de Uranio-235. El resto de neutrones deambulan por el reactor hasta que se pierden o son capturados por otros núcleos sin inducir una fisión. Es decir, cada núcleo de Uranio-235 que se fisiona va a provocar, a su vez, una nueva fisión en otro núcleo de Uranio-235. Pero solo una, exclusivamente una, ahí está la clave de una reacción en cadena autosostenida.

Un reactor nuclear es una máquina increíble donde, cada segundo, se crean 100 trillones de neutrones y desaparecen EXACTAMENTE 1oo trillones de neutrones. Ni uno más, ni uno menos.

Ahora que sabemos que la clave de una reacción en cadena está en los neutrones que se emiten en cada fisión nos resultará muy sencillo entender cómo se “para” un reactor nuclear, cómo se detiene la reacción en cadena. Simplemente hay que evitar que los neutrones emitidos por el Uranio-235 cuando éste se fisiona alcancen otros núcleos de uranio y los fisionen. Para ello se introducen en el reactor unos materiales que se “comen” los neutrones, haciéndolos desaparecer del reactor. Las barras de control del reactor están construidas, precisamente, con este tipo de materiales. Cuando las barras de control se introducen en el reactor, la reacción en cadena se detiene automáticamente.

Las barras de control pueden entrar en el reactor de manera automática por diversos motivos. Uno de ellos es que tenga lugar un terremoto de una intensidad determinada. En caso de que esto suceda, los reactores están diseñados para que las barras de control detengan la reacción en cadena y el reactor se pare. Esto fue exactamente lo que sucedió el 11 de Marzo de 2011 a las 14:46 en Japón, que todos los reactores afectados por el terremoto de grado 9.0 en la escala de Richter detuvieron sus reacciones en cadena porque las barras de control hicieron exactamente lo que se esperaba que hicieran, entrar automáticamente en el interior del reactor. Las centrales respondieron como debían, hicieron lo que debían hacer, no fallaron.

Ahora bien, imaginen un barco que navega por el océano con los motores a plena potencia. Imaginen que paramos los motores del barco, éste no detiene su movimiento de manera inmediata ¿verdad?. O imagine que va usted por la autovía a 120 km/h (perdón, 110) y levanta el pie del acelerador, el coche no se detiene inmediatamente, se iría frenando poco a poco, pero recorrería muchos metros antes de detenerse. Algo similar sucede con un reactor nuclear, cuando las barras de control detienen la reacción en cadena el núcleo no se enfría inmediatamente. El reactor número 1 de Fukushima estaba generando 1380 Megawatios de potencia en el momento del terremoto pero, al meter las barras de control, la potencia no se desvanece sin más. Descendió en un instante hasta 100 MW, aproximadamente, y a partir de ahí esa potencia decae lentamente a medida que pasa el tiempo.

Para hacernos una idea, un reactor nuclear como el de Fukushima 1 recién parado tiene la potencia que demandan 10.000 familias medias españolas. ¡Cuando está parado¡ Esa potencia, en forma de calor, hay que extraerla del interior del reactor, enfriando el mismo y consiguiendo llevarlo a parada fría. Si no se consigue extraer ese calor residual del interior del núcleo, los elementos combustibles (que son la fuente de calor) comenzarían a incrementar su temperatura, pudiendo llegar a sufrir daños estructurales (hablaremos de esto largo y tendido).

¿Cómo se consigue extraer ese calor? ¿Cómo se enfría el núcleo del reactor? La idea es realmente sencilla, haciendo circular agua “fresquita” por su interior de manera que se vaya enfriando paulatinamente. En una parada normal, sin situaciones excepcionales, en una primera fase la extracción del calor se efectúa mediante el bypass de la turbina, que podemos observar en la siguiente figura:

Esquema del Bypass de turbina en caso de parada del reactor. Fuente: Elaboración propia a partir de una figura de la NRC. Click para agrandar.

El vapor generado en el interior de la vasija del reactor se conduce por la línea de vapor principal que lleva hacia la turbina. Sin embargo, se cierra la válvula situada justo antes de la entrada a turbina y se abre un camino adicional que esquiva la turbina, la “bypasea” llegando directamente al condensador principal. De este modo, el vapor que sale del reactor se conduce de forma directa al condensador, donde se enfría y se convierte de nuevo en líquido (se condensa). Una vez hecho líquido, con la ayuda de una bomba se vuelve a inyectar en la vasija del reactor y el proceso comienza de nuevo. El condensador está formado por muchos “tubitos” por los que circula agua fría. Al contacto con esos tubos el vapor se convierte en agua, pero ambos circuitos son independientes y no se mezclan. El condensador se alimenta con agua que, en última instancia, proviene del foco frío de la central que puede ser el mar (en el caso de Fukushima) o un pantano o un río en el caso de otras centrales nucleares.

Un matiz importante (muy importante, clave de hecho) es que para que este sistema funcione, las bombas que hacen circular el agua tienen que estar operativas. Es decir, tienen que tener electricidad, si no la tienen no funcionarán y el sistema estará inoperativo, resultando inútil…seguro que ya intuyen dónde quiero llegar.

Este sistema es capaz de realizar su trabajo y enfriar el núcleo del reactor hasta que la presión baja de un determinado nivel. Por debajo de esa presión, este sistema deja de ser efectivo y debe dar paso a otro sistema diferente. Pero eso lo dejamos para el siguiente artículo.