Nota del editor: esta historia se actualizó el lunes 10 de junio a las 4:45 p.m. EDT.
En la nueva miniserie de HBO "Chernobyl", científicos rusos descubren la razón de una explosión en el Reactor 4 en la Planta de Energía Nuclear de Chernobyl, que arrojó material radiactivo en el norte de Europa.
Se descubrió que ese reactor, un diseño llamado RBMK-1000, tenía fallas fundamentales después del accidente de Chernobyl. Y, sin embargo, todavía hay 10 del mismo tipo de reactor en funcionamiento en Rusia. ¿Cómo sabemos si son seguros?
La respuesta corta es que no. Los expertos dicen que estos reactores se han modificado para reducir el riesgo de otro desastre al estilo de Chernobyl, pero aún no son tan seguros como la mayoría de los reactores al estilo occidental. Y no existen salvaguardas internacionales que impidan la construcción de nuevas plantas con fallas similares.
"Hay una gran cantidad de diferentes tipos de reactores que se están considerando ahora en varios países que son significativamente diferentes del reactor de agua ligera estándar, y muchos de ellos tienen fallas de seguridad que los diseñadores están minimizando", dijo Edwin Lyman, un científico principal y director interino del Proyecto de Seguridad Nuclear en la Unión de Científicos Preocupados.
"Mientras más cambian las cosas", dijo Lyman a Live Science, "más permanecen igual".
Reactor 4
En el centro del desastre de Chernobyl se encontraba el reactor RBMK-1000, un diseño utilizado solo en la Unión Soviética. El reactor era diferente de la mayoría de los reactores nucleares de agua ligera, el diseño estándar utilizado en la mayoría de las naciones occidentales. (Algunos de los primeros reactores de EE. UU. En el sitio de Hanford en el estado de Washington tenían un diseño similar con defectos similares, pero se solucionaron a mediados de la década de 1960).
Los reactores de agua ligera consisten en un gran recipiente a presión que contiene material nuclear (el núcleo), que se enfría mediante un suministro circulante de agua. En la fisión nuclear, un átomo (uranio, en este caso), se divide, creando calor y neutrones libres, que se dividen en otros átomos, haciendo que se dividan y liberen calor y más neutrones. El calor convierte el agua en circulación en vapor, que luego convierte una turbina y genera electricidad.
En los reactores de agua ligera, el agua también actúa como moderador para ayudar a controlar la fisión nuclear en curso dentro del núcleo. Un moderador ralentiza las neuronas libres para que sean más propensas a continuar la reacción de fisión, haciendo que la reacción sea más eficiente. Cuando el reactor se calienta, más agua se convierte en vapor y hay menos disponible para desempeñar este papel de moderador. Como resultado, la reacción de fisión se ralentiza. Ese circuito de retroalimentación negativa es una característica clave de seguridad que ayuda a evitar que los reactores se sobrecalienten.
El RBMK-1000 es diferente. También utilizaba agua como refrigerante, pero con bloques de grafito como moderador. Las variaciones en el diseño del reactor le permitieron usar combustible menos enriquecido de lo habitual y reabastecerse de combustible mientras estaba en funcionamiento. Pero con las funciones de refrigerante y moderador separadas, se rompió el ciclo de retroalimentación negativa de "más vapor, menos reactividad". En cambio, los reactores RBMK tienen lo que se llama un "coeficiente de vacío positivo".
Cuando un reactor tiene un coeficiente de vacío positivo, la reacción de fisión se acelera a medida que el agua refrigerante se convierte en vapor, en lugar de disminuir. Esto se debe a que la ebullición abre burbujas o vacíos en el agua, lo que facilita que los neutrones viajen directamente al moderador de grafito que mejora la fisión, dijo Lars-Erik De Geer, un físico nuclear retirado de la Agencia de Investigación de Defensa de Suecia.
A partir de ahí, le dijo a Live Science, el problema aumenta: la fisión se vuelve más eficiente, el reactor se calienta, el agua se vuelve más vaporosa, la fisión se vuelve aún más eficiente y el proceso continúa.
Antes del desastre
Cuando la planta de Chernobyl estaba funcionando a plena potencia, esto no fue un gran problema, dijo Lyman. A altas temperaturas, el combustible de uranio que impulsa la reacción de fisión tiende a absorber más neutrones, haciéndolo menos reactivo.
Sin embargo, a baja potencia, los reactores RBMK-1000 se vuelven muy inestables. En el período previo al accidente de Chernobyl el 26 de abril de 1986, los operadores estaban haciendo una prueba para ver si la turbina de la planta podía operar equipos de emergencia durante un corte de energía. Esta prueba requirió operar la planta a potencia reducida. Mientras se reducía la potencia, las autoridades de energía de Kiev ordenaron a los operadores que detuvieran el proceso. Una planta convencional se había desconectado y se necesitaba la generación de energía de Chernobyl.
"Esa fue la razón principal por la que todo sucedió al final", dijo De Geer.
La planta funcionó a potencia parcial durante 9 horas. Cuando los operadores obtuvieron el visto bueno para impulsar la mayor parte del resto del camino, hubo una acumulación de xenón que absorbe neutrones en el reactor, y no pudieron mantener el nivel apropiado de fisión. El poder cayó a casi nada. Intentando impulsarlo, los operadores eliminaron la mayoría de las barras de control, que están hechas de carburo de boro que absorbe neutrones y se utilizan para retrasar la reacción de fisión. Los operadores también redujeron el flujo de agua a través del reactor. Esto exacerbó el problema del coeficiente de vacío positivo, según la Agencia de Energía Nuclear. De repente, la reacción se volvió muy intensa. En cuestión de segundos, la potencia aumentó 100 veces más de lo que el reactor fue diseñado para soportar.
Hubo otros defectos de diseño que dificultaron volver a controlar la situación una vez que comenzó. Por ejemplo, las barras de control estaban inclinadas con grafito, dice De Geer. Cuando los operadores vieron que el reactor comenzaba a enloquecer e intentaron bajar las barras de control, se atascaron. El efecto inmediato no fue frenar la fisión, sino mejorarla localmente, porque el grafito adicional en las puntas inicialmente aumentó la eficiencia de la reacción de fisión cerca. Dos explosiones siguieron rápidamente. Los científicos aún debaten exactamente qué causó cada explosión. Ambos pueden haber sido explosiones de vapor por el rápido aumento de la presión en el sistema de circulación, o uno puede haber sido vapor y el segundo una explosión de hidrógeno causada por reacciones químicas en el reactor que falla. Basado en la detección de isótopos de xenón en Cherepovets, 230 millas (370 kilómetros) al norte de Moscú después de la explosión, De Geer cree que la primera explosión fue en realidad un chorro de gas nuclear que disparó varios kilómetros a la atmósfera.
Cambios realizados
Las consecuencias inmediatas del accidente fueron "un momento muy desconcertante" en la Unión Soviética, dijo Jonathan Coopersmith, un historiador de la tecnología en la Universidad de Texas A&M que estaba en Moscú en 1986. Al principio, las autoridades soviéticas mantuvieron la información cerca; la prensa estatal enterró la historia, y la rumorología se hizo cargo. Pero lejos, en Suecia, De Geer y sus colegas científicos ya estaban detectando isótopos radiactivos inusuales. La comunidad internacional pronto sabría la verdad.
El 14 de mayo, el líder soviético Mikhail Gorbachev pronunció un discurso televisado en el que habló sobre lo sucedido. Fue un punto de inflexión en la historia soviética, dijo Coopersmith a Live Science.
"Hizo realidad el glasnost", dijo Coopersmith, refiriéndose a la naciente política de transparencia en la Unión Soviética.
También abrió una nueva era en cooperación para la seguridad nuclear. En agosto de 1986, la Agencia Internacional de Energía Atómica celebró una cumbre posterior al accidente en Viena, y los científicos soviéticos se acercaron a ella con una sensación de apertura sin precedentes, dijo De Geer, quien asistió.
"Fue increíble lo que nos dijeron", dijo.
Entre los cambios en respuesta a Chernobyl había modificaciones a los otros reactores RBMK-1000 en operación, 17 en ese momento. Según la Asociación Mundial de Energía Nuclear, que promueve la energía nuclear, estos cambios incluyeron la adición de inhibidores al núcleo para evitar reacciones desbocadas a baja potencia, un aumento en el número de barras de control utilizadas en la operación y un aumento en el enriquecimiento de combustible. Las barras de control también se adaptaron para que el grafito no se moviera a una posición que aumentara la reactividad.
Los otros tres reactores de Chernobyl funcionaron hasta 2000, pero desde entonces han cerrado, al igual que otros dos RBMK en Lituania, que se cerraron como un requisito para que ese país ingrese a la Unión Europea. Hay cuatro reactores RBMK que operan en Kursk, tres en Smolensk y tres en San Petersburgo (un cuarto se retiró en diciembre de 2018).
Estos reactores "no son tan buenos como los nuestros", dijo De Geer, "pero son mejores de lo que solían ser".
"Hubo aspectos fundamentales del diseño que no pudieron repararse sin importar lo que hicieron", dijo Lyman. "No diría que pudieron aumentar la seguridad del RBMK en general al estándar que esperarías de un reactor de agua ligera de estilo occidental".
Además, señaló De Geer, los reactores no se construyeron con sistemas de contención completos como se ve en los reactores de estilo occidental. Los sistemas de contención son escudos de plomo o acero destinados a contener gases radiactivos o vapor para que no escapen a la atmósfera en caso de accidente.
¿Se pasa por alto la supervisión?
A pesar de los efectos potencialmente internacionales de un accidente en una planta nuclear, no existe un acuerdo internacional vinculante sobre lo que constituye una planta "segura", dijo Lyman.
La Convención sobre Seguridad Nuclear requiere que los países sean transparentes sobre sus medidas de seguridad y permite la revisión por pares de las plantas, dijo, pero no existen mecanismos de aplicación o sanciones. Los países individuales tienen sus propias agencias reguladoras, que son tan independientes como lo permiten los gobiernos locales, dijo Lyman.
"En los países donde hay corrupción rampante y falta de buen gobierno, ¿cómo pueden esperar que una agencia reguladora independiente pueda funcionar?" Dijo Lyman.
Aunque nadie más que la Unión Soviética fabricó reactores RBMK-1000, algunos diseños de reactores nuevos propuestos implican un coeficiente de vacío positivo, dijo Lyman. Por ejemplo, los reactores reproductores rápidos, que son reactores que generan más material fisionable a medida que generan energía, tienen un coeficiente de vacío positivo. Rusia, China, India y Japón han construido todos estos reactores, aunque Japón no está operativo y está planeado su desmantelamiento y el de India tiene 10 años de retraso para la apertura. (También hay reactores con pequeños coeficientes de vacío positivos que operan en Canadá).
"Los diseñadores argumentan que si se toma todo en cuenta, en general están a salvo, por lo que no importa tanto", dijo Lyman. Pero los diseñadores no deberían estar demasiado confiados en sus sistemas, dijo.
"Ese tipo de pensamiento es lo que metió en problemas a los soviéticos", dijo. "Y es lo que nos puede meter en problemas, al no respetar lo que no sabemos".
Nota del editor: esta historia se actualizó para señalar que la mayoría, pero no todas, las barras de control se eliminaron del reactor, y que algunos de los primeros reactores en los Estados Unidos también tenían un coeficiente de vacío positivo, aunque sus fallas de diseño fueron reparadas .
