El reactor RBMK soviético: 35 años después del desastre de Chernobyl
Hace treinta y cinco años, las alarmas de radio explotaron en la planta de energía nuclear de Forsmark en Suecia. Luego de una investigación, se determinó que la radiación no provenía del interior de la planta, sino de algún otro lugar. Con base en los vientos predominantes en ese momento, finalmente se determinó que la radiación provenía del interior del territorio soviético. Después de algunas disputas políticas, el gobierno soviético finalmente admitió que la central nuclear de Chernobyl era la fuente, debido a un accidente que ocurrió allí.
Después del desastre, las causas se investigaron en profundidad, de modo que ahora tenemos una idea bastante clara de lo que salió mal. Quizás la lección más importante enseñada por el desastre nuclear de Chernobyl es que no fue un solo proyecto de reactor nuclear, una tripulación direccional o un régimen totalitario, sino más bien la cadena de eventos que hicieron posible la catástrofe a esta escala.
Para ilustrar esto, los reactores de estilo RBMK restantes, incluidos tres en la planta de Chernobyl, han estado funcionando sin problemas notables desde 1986, con nueve de estos reactores todavía activos en la actualidad. Durante la investigación internacional sobre el desastre de Chernobyl, los informes del INSAG aludieron repetidamente a la falta de una “cultura de seguridad”.
Observar las circunstancias que llevaron al desarrollo y posterior uso inseguro del reactor de Chernobyl No. 4 puede enseñarnos mucho sobre la prevención de desastres. Es una historia sobre el papel fundamental que desempeña la cultura de la seguridad en las industrias en las que el costo de los accidentes se mide en vidas humanas.
Anatomía del desastre
El tanque 610, la fuente de la nube mortal en Bhopal.
Dos años antes del desastre de Chernobyl, en la noche del 3 de diciembre de 1984, más de 2.000 personas murieron en la ciudad de Bhopal cuando una nube mortal de isocianato de metilo (MIC) fue liberada accidentalmente por la planta química cercana Union Carbide India Ltd. . En años posteriores, más de mil murieron y más de medio millón de personas resultaron heridas. Hasta el día de hoy, la contaminación química de la planta ha hecho que el suelo y el agua subterránea alrededor de la planta ahora abandonada sean un peligro para la vida humana, incluso si la gente continúa viviendo en la región.
El desastre de Bhopal fue la culminación de la falta de mantenimiento, el equipo de seguridad defectuoso y también la ausencia de una cultura de seguridad. Esta combinación permitió que el agua pasara por las válvulas dañadas hacia un tanque MIC, lo que provocó la producción del gas letal en una reacción exotérmica. Dado que los propietarios estadounidenses de la planta (ahora The Dow Chemical Company) no limpiaron el sitio cuando la planta cerró en 1986, esta tarea ahora se deja a los gobiernos locales.
El desastre de Chernobyl de 1986 muestra muchas similitudes, entre las que destaca la falta de una cultura de seguridad. Esto comenzó con el diseño del RBMK (reactor bolshoy moshchnosti kanalnyy, o “reactor tipo canal de alta potencia”), donde se eligió el uranio natural para evitar el costo del enriquecimiento en 235U. Esto significó un reactor físicamente más grande, lo que llevó a la decisión de omitir un recipiente de retención que incluían los proyectos de la competencia (por ejemplo, VVER) porque sería demasiado grande y demasiado costoso.
Aunque el proyecto RBMK tiene muchas salvaguardas, incluido un circuito de enfriamiento principal compartido, un sistema de enfriamiento de emergencia (ECCS) y un sistema de apagado de emergencia SCRAM, no existen disposiciones que impidan que los operadores desactiven estos dispositivos de seguridad a voluntad. Por lo tanto, lo que iba a ser un simple experimento de energía de emergencia con el generador de vapor (usando su impulso inercial para impulsar las bombas circulares) terminó en un desastre.
Jugar juegos con reactividad del reactor
En cada proyecto de reactor de agua ligera (LWR) que utiliza H2O simple para enfriar el núcleo del reactor, hay dos parámetros principales que determinan si el reactor está funcionando nominalmente o por debajo o por encima de las condiciones de funcionamiento. Estos pertenecen a la reactividad del reactor: el número de neutrones presentes en cualquier momento con la velocidad apropiada (temperatura del neutrón) para la sección de neutrones del combustible objetivo.
En el caso del uranio-235, se necesitan los denominados neutrones térmicos, sin embargo, la reacción de escisión produce muchos neutrones más rápidos ("neutrones rápidos"). Los neutrones rápidos pueden ralentizarse para convertirse en neutrones térmicos utilizando un moderador de neutrones. Este proceso aumenta la reactividad del reactor. Este proceso se contrarresta mediante absorbentes de neutrones, que incluyen el agua y algunas varillas reguladoras, que a menudo están hechas de carburo de boro.
La mayoría de los proyectos de LWR utilizan agua ligera para moderar y atrapar neutrones, lo que también significa que si aumenta la reactividad, el agua hierve más rápido, lo que genera más vapor. Este vapor tiene una capacidad de moderación de neutrones reducida, lo que a su vez reduce el número de neutrones térmicos disponibles y, por lo tanto, crea una retroalimentación negativa. Este es básicamente un coeficiente de vacío negativo.
Cumbre del RBMK en la fábrica de Leningrado.
El RBMK como un diseño temprano de la segunda generación, por otro lado, tiene muchas conexiones comunes con los prototipos de reactores de grafito de la primera generación, incluido el uso de grafito como moderador de neutrones. Si bien esto permitió el uso de uranio natural, también significó que el RBMK operó con un coeficiente de vacío positivo: a medida que el agua en los canales de enfriamiento hervía y creaba vacíos, la captura de neutrones disminuyó, mientras que el efecto moderado permaneció intacto, creando una posible reacción descontrolada.
Este compromiso se consideró aceptable porque permitió que el diseño de RBMK produjera mucha más energía térmica que la de los proyectos de reactores occidentales de entonces, y se asumió que una tripulación bien entrenada no tendría problemas para administrar un reactor RBMK.
Como se señaló hasta las náuseas con p. Ej. El hundimiento del Titanic, el marketing y la administración regularmente superan a la ingeniería, y cualquier desastre que se pueda prevenir con el mantenimiento y la capacitación adecuados se vuelve inevitable en ausencia de una cultura de seguridad.
Invitando a Murphy
Cuando se programó el cierre de Chernobyl-4 por mantenimiento, se seleccionó y preparó para el experimento del generador de vapor desactivando la seguridad ECCS. Sin embargo, justo antes de que comenzara el experimento, se decidió dejar que el reactor funcionara durante 11 horas más, ya que la red necesitaba energía adicional. Durante este retraso, el turno de día, que se suponía iba a llevar a cabo el experimento, fue reemplazado por el turno de noche, que tuvo que ser regulado manualmente por las válvulas de agua debido al ECCS desactivado.
Cuando se le dijo al turno de noche, que llegó al trabajo esperando para operar un reactor de apagado y enfriamiento, que completara el experimento. Esto significó reducir el reactor de plena potencia a unos 700 - 1.000 MW térmicos antes de cortar el vapor al generador.
Diagrama de los circuitos de enfriamiento primarios de RBMK.
Una cosa extraña sobre el diseño de RBMK es que es muy inestable y difícil de controlar con bajos niveles de potencia. Entre el coeficiente de vacío positivo, el diseño defectuoso de las varillas reguladoras y la formación de absorbentes de neutrones como el xenón-135 como subproducto, la reactividad del reactor No. 4 cayó a menos de 100 MW. Esto ha provocado que los operadores retiren más y más palancas de control (incluidas palancas del sistema de control automático) para aumentar la capacidad de respuesta. Esto permitió que la reactividad volviera a aumentar lentamente hasta niveles algo cercanos a los requeridos por el experimento.
Se aumentó el flujo de refrigerante al núcleo del reactor para crear más vapor, pero esto disminuyó la reactividad y, por lo tanto, se apagaron dos de las bombas para aumentar de nuevo la reactividad. En esta configuración, con casi todas las varillas reguladoras retiradas y todos los dispositivos de seguridad apagados, el experimento terminó, incluso cuando la potencia descendente del generador lento provocó menos presión de agua fría. Como paso final, se tomó la decisión de utilizar la función SCRAM, que insertaría las palancas de control lo suficientemente rápido como para detener la reacción.
Cuando se insertaron estas varillas, expulsaron el agua de sus canales, aumentando los vacíos, mientras que la sección de grafito en la parte superior de cada varilla aumentó aún más la reactividad. Como resultado de la mayor reactividad en la parte inferior del reactor, la producción térmica del reactor creció a un estimado de 30.000 MW de 3.000 MW nominales. El agua de refrigeración se hirvió inmediatamente y el revestimiento de combustible de zirconia se fundió, lo que provocó que se generara gas hidrógeno cuando entraba en contacto con el vapor.
La primera explosión de vapor sobrecalentado que salió del núcleo arrojó el escudo sobre el núcleo y voló el techo del edificio. Una segunda explosión unos segundos después, probablemente causada por una explosión de gas hidrógeno, rompió el núcleo del reactor y detuvo la reacción nuclear en cadena. Todo lo que quedaba eran piezas reactivas del núcleo alrededor del reactor número 4 y un coro supercaliente, un sudor similar a un lavado de muchos materiales diferentes del núcleo destruido, que se derretía en el sótano del edificio del reactor. Mientras tanto, el grafito del núcleo se incendió, provocando el colapso, que se detectaría por primera vez en Suecia.
Fin de la era
Hoy en día, nueve RBMK siguen activos, todos en Rusia. Los tres RBMK restantes en la fábrica de Chernobyl se cerraron durante las siguientes décadas, después de que todos los RBMK restantes se adaptaran a las lecciones aprendidas de Chernobyl-4:
- El uso de combustible de uranio ligeramente enriquecido para compensar las barras reguladoras adicionales.
- Más absorbedores de neutrones para estabilizar el reactor a bajos niveles de potencia.
- Secuencia SCRAM más rápida (12 segundos en lugar de 18).
- Acceso limitado a controles que inhabilitan los sistemas de seguridad.
Gravis dice:
Si he aprendido algo de los desastres nucleares, es que las advertencias de seguridad deben apagar los reactores sin que el operador pueda controlarlo. “Yo sé mejor”, la política y las regulaciones son salvaguardas insuficientes.
Bobby Mobby dice:
Buen artículo, lo ganaste, aquí tienes tu medalla líquida:
https://www.ebay.co.uk/itm/141393107528Ostraco dice:
Fuego de búnker de carbón y titanic, así como remaches.
El principal efecto de estos cambios es que el coeficiente de vacío positivo se reduce significativamente, el reactor es mucho más manejable a bajos niveles de potencia y hay mucha menos libertad para que los operadores "improvisen".
Con el RBMK y proyectos similares ahora firmemente en el ojo público, el competitivo VVER se ha convertido en el principal proyecto de reactor que funcionaría en Rusia. En su forma moderna VVER-1200, el VVER es un diseño de generación III + que utiliza agua ligera para la moderación y el enfriamiento de neutrones, así como para la absorción de neutrones. Como proyecto que sigue las normas internacionales de seguridad para reactores nucleares, reemplazará a los RBMK restantes en Leningrado, Kursk y otras plantas en los próximos años.
Es una cultura de seguridad, estúpido
La gama de combustibles es posible con reactores CANDU. (Crédito: Atomic Energy of Canada Limited)
Como contrapunto interesante a la noción de que el coeficiente de vacío positivo hacía al RBMK tan peligroso, está el reactor CANDU. Este es un tipo de reactor tan tranquilo que el ciudadano medio no canadiense ni siquiera es consciente de que Canadá tiene una industria nuclear y exporta estos reactores a todo el mundo.
Sin embargo, el diseño de CANDU usó originalmente uranio natural, funcionando con un coeficiente de vacío positivo. A pesar de esto, las funciones de seguridad activa y pasiva del reactor CANDU evitan algo como el abuso del operador en Chernobyl-4, o la fusión parcial en el reactor (coeficiente de vacío negativo) en Three Mile Island. En el último caso, un operador dominaba un sistema de seguridad, en un escenario que recuerda un poco al fallido experimento de Chernobyl-4.
Una causa similar subyace al accidente nuclear de la central nuclear de Fukushima Daiichi en 2011, como lo demuestra el informe de la dieta japonesa 2012. Falta generalizada de cultura de seguridad, y la corrupción generalizada a los niveles gubernamentales más altos ha llevado a sistemas de seguridad no mejorados, una falta de adherencia a los estándares de resistencia a terremotos y la falla en la implementación de las actualizaciones recomendadas por los reguladores de EE. UU.
Foto aérea del vertido de cenizas volantes de carbón en la planta de fósiles de Kingston.
A pesar de esto, los accidentes en las instalaciones nucleares siguen siendo extremadamente raros, lo que convierte a la energía nuclear comercial en una de las formas más seguras de generación de energía por TWh. Lo que puede ser más preocupante es que esta falta de cultura de la seguridad no es solo un problema en la industria nuclear, sino algo mucho más generalizado, como muestran Bhopal y otros desastres industriales importantes. En los Estados Unidos, la Investigación de Riesgos y Seguridad Química (CSB) es responsable de investigar los accidentes químicos industriales.
Además de los informes oficiales, la CSB también proporcionó una serie de videos documentales en su canal de YouTube. Lo que hacen estos informes es que una cultura de seguridad no es algo que se deba dar por sentado o asumir que no es un problema. A pesar de la falta de un régimen totalitario, países como Estados Unidos todavía se las arreglan para sufrir desastres industriales regulares que matan y hieren a cientos.
Una lección que enseñan los informes de la CSB de EE. UU. Es que, por más aterrador que puedan parecer los materiales radiactivos, algo tan inocente como el aserrín o la harina nunca debe subestimarse. Permitir que existan situaciones incluso peligrosas es el primer paso para convertirlo en el peor día de alguien, sin nadie.
No hay "yo" en seguridad
Nadie quiere ser el tipo de un equipo que tiene que mostrar los problemas obvios de seguridad en un proyecto o procedimiento. Tampoco nadie quiere ser la persona que tenga que exterminar a sus compañeros por no seguir los procedimientos de seguridad. Al mismo tiempo, una persona no puede obligar a una empresa o país a realizar mejores procedimientos de seguridad.
Cuando no hay un esfuerzo general para crear, implementar y cumplir con las regulaciones de seguridad, es solo cuestión de tiempo antes del próximo desastre fácilmente evitable, sin importar cuánto tiempo tome. Aunque las normas de seguridad no son exactamente geniales o "sexy", a menudo son lo único que se interpone entre un día aburrido en la fábrica y una refinería aplastada o un derrame de cenizas volantes de carbón que mata a decenas y hace que una gran área sea inhabitable.
Depende de nosotros recordar no solo Chernobyl, sino también Bhopal y desastres similares que se han cobrado muchas más vidas y continuarán haciéndolo cada año, mientras que nosotros, como sociedad, no haremos de la cultura de la seguridad una parte de la vida en todas partes.
Imagen de título: El nuevo recinto seguro en la posición final sobre el reactor 4 en la planta de energía nuclear de Chernobyl. Por Tim Porter, CC-BY-SA 4.0
