(Leer la primera parte…)
Ya vimos en la entrada anterior, de qué está hecho y cómo funciona un reactor nuclear, cuanta energía produce el Uranio que sirve como combustible y por qué están sumergidos en tanques de agua, ahora veremos que pasa cuando empiezan a fallar (…)
(…) Una vez que el vapor hizo su trabajo, debe ser enfriado, condensado (para que vuelva a su estado líquido), y regrese nuevamente al tanque del reactor para reiniciar el ciclo. Para poder enfriar el vapor se requiere de un sistema de refrigeración. Las centrales nucleares siempre están ubicados cerca a un río, lago o mar, para poder usar el agua como refrigerante. Para ello, requieren del funcionamiento de unas potentes bombas que extraigan el agua de estos reservorios naturales; las pasen a través de tuberías dispuestas como un radiador, capturando todo el calor del vapor generado en el tanque, para luego eliminar ese calor a través de enormes torres de refrigeración.
Estas torres que ven en la imagen sirven para eliminar el calor capturado por el agua del sistema de refrigeración. Las bombas llevan el agua caliente hasta la cumbre de estas torres y las dejan caer como si fuera una gran ducha. Durante la caída, el agua se va enfriando gracias a la presencia de gigantescos ventiladores en la parte inferior de la torre. Los ventiladores soplan hacia arriba, y el calor es eliminado por el vapor a través de las chimeneas. Aunque pareciera que el humo emanado por estas gigantescas torres contamina el ambiente, no lo hace, porque lo único que eliminan es vapor de agua. Es por esta razón que la producción de energía eléctrica en centrales nucleares no contamina el ambiente.
Pero, ¿qué pasaría si las bombas dejan de funcionar?… Bueno, aquí si viene un gran problema.
Una central nuclear es autosuficiente. La energía eléctrica producida por el reactor, es usada para mantener en funcionamiento toda la central. Pero, debido al terremoto del viernes, la energía eléctrica central fue interrumpida y, como era de esperarse, las bombas dejaron de funcionar, lo mismo que el sistema de refrigeración.
Cuando hay un corte de energía eléctrica repentino, las barras de uranio del reactor caen a un ambiente con compuestos que absorben neutrones. A este proceso se le conoce como SCRAM, y se encarga de apagar el reactor de manera casi inmediata. Pero, ¿cómo se apaga un reactor?. Como explicamos en la primera parte, la reacción nuclear es una reacción en cadena producida por la liberación de neutrones de la fisión del uranio. Entonces, para detener esta reacción en cadena, debemos capturar esos neutrones para que ya no choquen con otros núcleos de Uranio y sigan produciendo energía. El Cadmio es un buen capturador de electrones y es usado principalmente en reactores nucleares de investigación como el del IPEN, pero para reactores nucleares de potencia se usan compuestos a base de Boro como el ácido bórico.
Los neutrones son capturados a diferentes tasas dependiendo del átomo. Cada átomo tiene una sección eficaz diferente, que le permite capturar neutrones con mayor facilidad que otros. El Boro y el Cadmio poseen secciones eficaces mayores al del uranio, por eso capturan la mayor cantidad de electrones, controlando la reacción en cadena.
Pero, a pesar que el reactor está apagado, se siguen dando reacciones nucleares controladas, por lo tanto, la temperatura del tanque aumentará gradualmente si el sistema de refrigeración está apagado. Ese es el miedo que tienen las autoridades japonesas. El núcleo del reactor sigue calentándose poco a poco, y llegará un momento en que la temperatura sea tan alta, que las barras de uranio se fundirán y se liberará todo el material reactivo,. En el peor de los casos, podría ocurrir una explosión que liberaría todos los productos de la fisión del Uranio, los cuales están formados por una gran variedad de radionúclidos emisores de rayos alfa, beta y gamma; todos ellos perjudiciales para la salud.
La explosión se da porque, a medida que aumenta la temperatura y alcanza los 1,500°C, el revestimiento de zirconio de las barras de uranio empiezan a fundirse y a reaccionar con el vapor de agua generando hidrógeno gaseoso. A medida que los vapores y gases van aumentando dentro de la cúpula del reactor, se va acumulando una gran presión que finalmente terminará en una explosión. Por otro lado, el hidrógeno gaseoso es sumamente inflamable y es capaz de generar incendios dentro del reactor, dificultando la forma de controlar una explosión inminente. Por suerte, los reactores nucleares cuentan con sistemas de ventilación y filtros que permiten liberar el gas contenido sin dejar salir ninguna partícula radiactiva. Pero, sin corriente eléctrica, tal vez no estén funcionando.
Como pueden ver en la figura, los productos de fisión son varios, prácticamente todos los elementos de la tabla con número de masa superior a 70. Por ejemplo, de la fisión del Uranio podemos obtener el Molibdeno-99, el cual sirve para producir los generadores de Tecnecio-99m, que es el radionúclido más usado en la medicina nuclear. Sin embargo, hay otros radionúclidos que no son nada buenos para nosotros, de los cuales dos son los más peligrosos: el Cesio-137 y el Iodo-131.
Además, el agua que está en el tanque del reactor, el cual es ultra pura, desmineralizada y muchas veces formada por deuterio en vez de hidrógeno (agua pesada), también se vuelve radiactivo. Los neutrones generados en la fisión del uranio activan los átomos de hidrógeno y oxígeno presente en el agua, transformándolos en Tritio (Hidrógeno-3) y en Nitrógeno-16. Estos radionúclidos emiten rayos beta cuando decaen a Helio-3 e Oxígeno-16, respectivamente.
El Cesio-137 es uno de los más peligrosos. Primero, porque se disemina fácilmente por el aire. Segundo, porque tiene propiedades químicas similares al Potasio, y si entra al cuerpo, se distribuye principalmente en el tejido muscular. Tercero, porque es altamente soluble en el agua, contaminando ríos, lagos, mares y hasta las lluvias en regiones aledañas a donde se ha producido. Cuarto, porque tiene un tiempo de vida media de ~30 años, así que se necesitaría de al menos unos 300 años —10 vidas medias— para que sus niveles sean despreciables.
Si bien el Cesio-137 emite rayos beta, los cuales tienen un bajo poder de penetración —el mismo aire los puede contener— no es este el que causa el daño. El Cesio-137 decae a Bario-137m (metaestable), el cual tiene un tiempo de vida media de tan sólo 2.55 minutos, decayendo a Bario-137 emitiendo en el proceso rayos gamma que si son muy perjudiciales para la salud, ya que causan daño en el ADN.
Por otro lado tenemos al Iodo-131. Este radionúclido es muy usado en la medicina nuclear, tanto para el diagnóstico como para el tratamiento del cáncer de tiroides. Pero, esto se da sólo cuando se usa de manera controlada y con actividades adecuadas. El problema del Iodo-131 es que es un gas, por lo tanto es volátil y fácil de contaminar a la gente a través de la respiración. El Iodo-131 tiene un tiempo de vida media de ~8 días para decaer a Xenón-131 emitiendo partículas beta.
Una de las principales propiedades del Iodo es su gran afinidad por la tiroides. Todos los isótopos de un átomo tienen las mismas propiedades químicas, sean o no reactivos, así que tanto el Iodo normal estable (Iodo-127) como el Iodo radiactivo, se alojarán en la tiroides. Si el Iodo-131 se aloja en la tiroides, los rayos beta la dañarán, provocando cáncer tiroideo. Es por esta razón que se les da pastillas de ioduro de potasio como profiláctico a todas aquellas personas que están cerca de las zonas donde hubo un accidente nuclear, para que el Iodo estable sature toda la tiroides, y el iodo radiactivo ya no pueda alojarse ahí y sea eliminado del cuerpo.
A parte de ellos, hay otros radionúclidos importantes que son liberados en menores cantidades durante un accidente nuclear como el Cesio-134 y el Estroncio-90. Los dos son emisores puros de partículas beta.
Pero el problema no termina ahí, debido a que el Cesio-137 en su forma de sal es un polvo fino, puede diseminarse fácilmente por el aire, y ni hablar por el agua, donde es extremadamente soluble. Lo mismo ocurre con el Iodo-131 gracias a su volatilidad. Los vientos que soplan desde el Japón podrían llevar la radiación a zonas tan alejadas como la costa oeste de los Estados Unidos.
Para terminar, vamos a ver las medidas. Según los reportes de os principales diarios internacionales, la radiactividad cerca a la zona del accidente aumentó 1000 veces con respecto a las condiciones normales. ¿Esto que quiere decir?…
Normalmente, recibimos radiación de todos lados. La misma Tierra, las paredes de nuestras casas, el agua que tomamos, los alimentos que comemos, todos emiten unos niveles de radiación casi imperceptibles conocidos como radiación de fondo. También recibimos radiación desde el espacio exterior a través de los rayos cósmicos, estos rayos también chocan con los átomos de la atmósfera volviéndolos radiactivos, y el concreto y el cemento, al tener impurezas de Uranio generan Radón, el cual es radiactivo. En países donde los inviernos son muy fríos y se mantienen calientes usando equipos de aire acondicionado, el Radón se acumula dentro de las casas, provocando graves daños a la salud de las personas, sobre todo, cáncer de pulmón.
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La radiación de fondo varía de un lugar a otro. Obviamente, dentro de una central nuclear la radiación de fondo será más alta, que fuera de ella; y a su vez, esta será mayor que en una ciudad a kilómetros de distancia. En Puno, cerca a la región de Macusani, la cual tiene grandes yacimientos de uranio, la radiación de fondo es relativamente alta comparada con otras regiones del país.
Entonces, si en promedio la radiación gamma generada por el planeta es de 0.5mSv al año, cada día una persona recibe una dosis de 1.3uSv. Si dicha exposición ha aumentado 1000 veces, entonces, una persona recibiría una dosis de 1.3mSv cada día, siempre y cuando esté muy cerca a la central nuclear, ya que la radiación disminuye con la distancia. Dicha dosis es superior a la dosis anual que debe recibir una persona cualquiera (1mSv), según las normas internacionales.
Pero, según un reporte de Tepco (Tokio Electric Power), la tasa de dosis registrada el día de hoy dentro de la planta nuclear fue de 882uSv/hr, lo cual es sumamente alto, ya que en una hora alcanzaría casi el límite anual para una persona cualquiera (1mSv). Sin embargo, para un trabajador laboralmente expuesto a las radiaciones ionizantes, el límite es mucho mayor, con un máximo de 50mSv/año, y sin superar los 100mSv en 5 años. Esto quiere decir que para manejar la planta nuclear, los trabajadores deben turnarse constantemente para reducir la exposición a la radiación.
Por otro lado, hay una medida llamada la dosis límite 50/60 (LD50) la cual es de 3.5Sv. Esto quiere decir que el 50% de las personas que han recibido una dosis de 3.5Sv (3500mSv), morirán antes de los 60 días. Con 5Sv, la tasa de mortalidad llega al 100%.
Por ahora no hay una fuga significativa de material radiactivo, lo cual reduce las probabilidades de que una nube radiactiva este viajando hacia el este. Por otro lado, si bien la tasa de dosis dentro de la central nuclear es muy alta, la gente que trabaja ahí tiene amplios conocimientos en protección radiológica, así que están reduciendo al mínimo su exposición usando los tres principios básicos: tiempo (el menor posible), distancia (la mayor posible) y blindaje (lo suficiente como para trabajar con facilidad).
Un reactor nuclear tiene grandes cantidades de Uranio en su núcleo. El Uranio-238 es el más abundante en la naturaleza (~99.28%), pero es el Uranio-235 el más usado en los reactores nucleares gracias a su facilidad para fisionarse. Así que se debe aumentar la concentración del Uranio-235 de 0.71% a 2-5%, por un proceso conocido como enriquecimiento del Uranio. 
