29Mar/112

Cómo funciona una central nuclear y por qué tiene que importarme.

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Publicado por:Elio Campitelli.

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El símolo de radiación tiene una historia interesante (click en la imagen).

Pablo y Bruno explicaron muy bien muchas dudas sobre el terremoto de Japón. Pablo trató de educar un poco a los periodistas que hablan de "la escala de Richter" y los efectos globales de un sismo y Bruno dio un poco de contexto a los niveles de radiación que vemos en  en las noticias. Por mi parte, creo que es importante saber un poco de la base de cómo funciona una central nuclear para entender mejor lo que está pasando en Fukushima Daiichi. No en vano hay más búsquedas de “nuclear” desde que Google empezó a tomar nota.

Es increíble que en el siglo XXI sigamos utilizando agua hirviendo para generar nuestra energía, pero así es. Una central nuclear no es más que una gran caldera de alta tecnología que, en vez de usar gas natural, se calienta con Uranio enriquecido. El principio básico es simple: el agua se calienta hasta el punto de ebullición y el vapor se hace pasar por una turbina conectada a un dínamo que genera electricidad.

El calor se obtiene rompiendo átomos de Uranio 235.  El núcleo del U-235 tiene 92 protones y 143 neutrones y es el único isótopo natural que es fisionable. Durante la fisión, un neutrón libre choca contra el átomo de U-235 que se fisiona en dos núcleos atómicos, energía y 3 neutrones rápidos. Para que estos neutrones puedan chocar contra otros átomos de Uranio repitiendo el proceso y creando una reacción nuclear autosostenida se debe llegar a una "masa crítica" de material fisionable. La masa crítica no sólo depende de la masa sino también de la densidad, la temperatura, la forma y el ambiente.

El mismo principio se utiliza en las bombas atómicas. Se toma una masa subcrítica de material fisionable y se la comprime rápidamente para tornarla súpercritica; las reacciones nucleares aumentan exponencialmente a una gran velocidad y ¡PUM!. Sin embargo, es imposible que un reactor nuclear explote de esa manera debido a que el Uranio no está suficientemente enriquecido y a que el proceso de derretimiento del núcleo es lento y no está contenido. En cuanto la masa y densidad del Uranio líquido llega a ser crítico, el calor producido disminuye la densidad del material, llevándolo a un estado subcritico; es un proceso de retroalimentación negativo que nos mantiene a salvo de las explosiones nucleares. (En La Pizarra de Yuri hay una explicación excelente de cómo funciona un arma nuclear)

Para controlar la reacción en cadena, en una central nuclear se utilizan "barras de control". Estas son varas de un material que absorbe neutrones, eliminándolos del ambiente e impidiendo que fisionen otros núcleos. El "combustible" en este tipo de núcleo se distribuye en finas varas del grosor de un lápiz y de casi 4 metros de alto; las varas de control, entonces, se introducen entre ellas efectivamente aislándolas de las demás.

Esquema de un Reactor de Agua a Ebullición. Click para agrandar.

También hay que utilizar un moderador nuclear, que es una substancia que le quita energía a los neutrones producidos por la fisión haciendo que puedan ser absorbidos por el Uranio con más facilidad (los neutrones rápidos no son eficientes para generar fisión). Los reactores en Fukushima son BWR (Reactor de Agua en Ebullición), tiene las barras hechas de Boro y el moderador nuclear es la misma agua que se utiliza como refrigerante y como vapor para producir energía. Esta es una de las ventajas de este diseño de gran simplicidad. También tiene la ventaja de ser muy estable ya que un aumento en el calor hace que aumente la cantidad de vapor, disminuyendo la cantidad de moderador nuclear, lo que finalmente disminuye la reacción en cadena. Viceversa, una disminución en la temperatura, aumenta la cantidad de moderador, que hace que genera más neutrones lentos que aumentan la reacción en cadena. ¿No les encantan estos sistemas con retroalimentación negativa que nos hacen la vida tanto más fácil?

Como el agua está en contacto con los neutrones libres, es ligeramente radiactiva (la vida media de los neutrones libres es de unos 15 minutos). Otros diseños como el PWR (Reactor de Agua a Presión) tienen dos circuitos de agua separados, por lo que el agua que llega a la turbina no está contaminada. Esto destaca una de las desventajas de este diseño: las tuberías y turbinas tienen que estar especialmente protegidas y el mantenimiento es más complicado que en un PWR.

A medida que pasa el tiempo, la cantidad de material fisionable va disminuyendo y hay que renovarlo. Cada 12 - 18 meses se retira entre 1/4 y 1/3 de las barras de Uranio. El combustible usado a pesar de no producir fusión auto-sostenida, es radiactivo y sigue calentándose por ese proceso. Por esto se lo translada a una pileta de combustible usado donde se mantienen entre 10 y 20 años. Se trata de una pileta de unos 12 metros de profundidad en donde se acumulan las barras de combustible. Como las barras miden cerca de 4 metros, quedan más de 8 metros entre éstas y la superficie. Esto es más que suficiente para proteger contra la radiación (sólo hacen falta menos de 3 metros) y el agua además mantiene las barras frescas. Por la misma razón que hay que enfriar el combustible usado hay que hacerlo con el núcleo de reactor, aún cuando se hayan insertado las barras de control y se haya detenido la reacción en cadena. Actualmente se está desarrollando la cuarta generación de reactores nucleares que, entre otras ventajas, promete utilizar estos desechos como combustible.

Si ya repetí varias veces que no los reactores no explotan, ¿qué hay de las explosiones que se vieron por televisión y que algunos periodistas (en su mantra habitual de decir lo primero que se le viene a la mente) llamaron "explosión nuclear"? Eran explosiones de Hidrógeno. ¿De dónde salió el Hidrógeno? se preguntarán. El núcleo del reactor está muy bien protegido por varias capas de materiales. Al propio edificio hay que agregarle el concreto del reactor y, finalmente, un recubrimiento de Zirconio. Al estar tan caliente, el zirconio reacciona con el agua y se oxida formando óxido de zirconio e Hidrógeno libre. El Hidrógeno es liviano y muy combustible (el desastre del Hindenburg es testigo de ambas propiedades) y cuando los ingenieros liberaron el vapor que se estaba formando dentro del núcleo para disminuir la presión, éste reaccionó con el Oxígeno de la atmósfera formando agua, calor y explosiones.

Pero las explosiones de Hidrógeno no son el único problema. Existe la posibilidad de que las barras de Uranio se dañen y se derritan. Si cambian su forma, éstas pueden llegar a fusionarse entre sí. De esta manera dejan de estar 'aisladas' por las varas de control y pueden llegar a la masa crítica y reiniciar la reacción en cadena. Esto generaría más calor, derritiendo todo el reactor, el piso y eventualmente el suelo. Al llegar a las napas subterráneas crearía explosiones de vapor radioactivo que no son recomendables para la salud.

Finalmente, un consejo. Los medios generalistas son completamente incompetentes a la hora de cubrir noticias que requieren una mínima noción de ciencia. La mejor información, en mi opinión, está en lugares selectos de Internet. Para los que saben inglés, Wikipedia tiene un artículo muy completo que se actualiza todo el tiempo y el blog Cosmic Variance tiene una entrada muy buena. Y para los que sólo hablan la lengua de Cervantes, Amazings.es tiene una excelente lista de posts.

22Mar/111

Terremotos, tsunamis, apocalipsis nucleares y otras yerbas (parte 1)

1 Comentario    

Publicado por:Brunobian.

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Que fue la “súper Luna”, que fue la contaminación, que fue el HAARP, que Gaia nos quiere decir algo, que se movió el eje de la Tierra… Estas frases fueron muy escuchadas en estos días en todos los medios de comunicación, y se pudieron leer en infinidad de lugares de la web, a partir del sismo y posterior tsunami que sufrió Japón el pasado 11 de marzo. De desmitificarlas e informarnos correctamente sobre ellas ya se encargó Ezequiel Del Bianco ese mismo día en Proyecto Sandía, por lo cual no vamos a repetir esa información; les recomiendo que se den una vuelta por ese post, que será la base de otros mitos que desmontaremos a lo largo de esta serie de posts.

Operación de enfriado del reactor 3 de Fukushima Daiichi

Operación de enfriado del reactor 3 de la central nuclear Fukushima Daiichi (video de NHK).

El tema del que más se está hablando es el que resulta más alarmante, más propenso al tono apocalíptico, y el que obviamente vende más ejemplares de cualquier revista o diario amarillista: los problemas en los reactores de la central nuclear Fukushima Daiichi. Todos los informativos (por lo menos en Argentina) tuvieron como tema principal, durante la semana siguiente al terremoto, los problemas que ocasionaría la radiación en las personas que habitaban las cercanías de la central, pero fueron realmente pocos los medios que intentaron mantener la calma y la seriedad ante un tema tan delicado. Los mitos sobre la radiactivad tienden a promover la aparición de charlatanes, como los que a poco de comenzar la crisis aparecieron publicitando remedios homeopáticos contra la radiación. Estuve más de siete días viendo diferentes canales y leyendo diferentes diarios, pero entre tanta palabrería  no encontré en ningún lado una nota que explicara dos conceptos básicos no muy difíciles que podrían ayudar a minimizar el terror que tiene la gente ante un posible nuevo Chernobyl: qué es la radiación y qué es la la contaminación por radiactividad.

Recordemos que un reactor nuclear funciona a partir de la fisión de átomos radiactivos, lo que produce liberación de energía. La energía liberada es la que originalmente mantenía unido al núcleo (fuerza nuclear fuerte), éste, al romperse, produce ondas electromagnéticas de alta frecuencia (rayos gamma, rayos X y rayos ultravioleta) y liberación de neutrones y partículas alfa, los cuales colisionarán contra otros núcleos generando su fisión y la consiguiente reacción en cadena. Dentro de un reactor BWR como el de Fukushima, la energía liberada es absorbida por agua que entrará en ebullición, de la misma forma que lo haría dentro de un microondas, y se transformará en vapor en movimiento, que impulsará una turbina. Tanto los rayos de alta energía como las partículas alfa tienen suficiente energía para ionizar átomos; es por eso que si son liberadas del reactor (para lo cual tienen que superar varias barreras) corren riesgos las personas expuestas. Sin embargo, actualmente las únicas personas expuestas a índices de radiación significativos (además de los operarios que intentan disminuir la temperatura de los reactores) son los habitantes de un pueblo a 30 km donde la radiación es de 17 mSv/h (en promedio recibimos normalmente unos 0,3 mSv mensuales).

Tabletas de yoduro de potasio

Tabletas de yoduro de potasio, para reducir los efectos de la radiación sobre la glándula tiroides.

Además de la radiación ionizante, las fallas en el reactor están dejando escapar algunos elementos radiactivos, principalmente yodo-131, que pueden ingresar a los organismos vivos. El yodo-131 es especialmente peligroso porque el organismo lo concentra naturalmente en la glándula tiroides, pero por suerte —precisamente porque es muy radiactivo— se desintegra con rapidez (disminuye a la mitad en ocho días). En las cercanías de Fukushima se están entregando a la gente pastillas de yoduro de potasio para que la tiroides se sature y no incorpore yodo del ambiente por un cierto tiempo. Dentro de las recomendaciones hacia la población también se encuentran lavarse las manos con regularidad, deshacerse de la ropa que estuvo más expuesta a la radiación y no consumir alimentos que puedan contener yodo radiactivo.

Mucho más hay para criticarle a los medios de comunicación sobre el tratamiento de la información sobre los accidentes en Fukushima, pero para que este post no se haga demasiado largo, los dejamos con algunos sitios recomendados para informarse sobre este tema:

  • En este artículo de RTVE se responden de forma bastante clara estos y otros puntos sobre la radiactividad.
  • La gente de XKCD se pone seria y nos ofrece una hermosa e instructiva gráfica con detalles sobre distintos niveles de radiación.
  • En microsiervos nos recomiendan un mapa interactivo, con datos de particulares sobre la radiación en distintos lugares de Japón.
  • La carta que envió un jefe de sala de control de una central nuclear española a Amazings llevando un poco de tranquilidad a la gente.
  • Fabio nos cuenta cómo se trata la noticia en Estados Unidos y sobre el uso inapropiado de términos hollywoodenses como “fusión nuclear” (que existe, pero no es lo que ocurrió en Fukushima).

En el próximo post hablaremos de los mitos sobre la magnitud del terremoto y sus efectos sobre la Tierra.