Los reactores nucleares no tienen por qué ser peligrosos, basta con mirar los reactores de sal fundida

La energía nuclear es una de el más limpio formas de energía, pero todavía tiene muy mala reputación, lo cual es algo comprensible. A lo largo de la historia de la energía nuclear ha habido pocos (pero muy graves) problemas. Pero una nueva generación de reactores podría eliminar virtualmente el riesgo de accidentes nucleares.

La energía nuclear tiene mala reputación

¿Qué le viene a la mente cuando piensa en “energía nuclear”? Realicé una pequeña encuesta con mis amigos y familiares, y los resultados fueron reveladores. La gente pensaba en reactores, bombas, radiación o incluso en Homer Simpson. En general, fue una imagen bastante sombría, pero se destacó un patrón: la gente está asociando la energía nuclear con los reactores de agua ligera (LWR) anticuados que causaron los desastres de Three Mile Island, Chernobyl y Fukushima. Sin embargo, desde entonces, la seguridad de la producción de energía nuclear ha mejorado con la creación de nuevos reactores.

Estoy hablando de reactores de sal fundida. Para ver por qué este tipo de reactor es mucho más seguro, veamos primero cómo se genera la energía nuclear.

Resultados de mi encuesta a familiares y amigos.

En los reactores nucleares modernos, la energía es el resultado de la fisión nuclear. La fisión es el proceso en el que el núcleo de un átomo se divide en dos o más núcleos más pequeños. En los reactores, es una reacción en cadena que comienza cuando un neutrón golpea un átomo de uranio. El impacto libera energía en forma de calor y radiación, lo que da como resultado que más neutrones salgan volando del átomo de uranio, reiniciando el ciclo.

Los reactores nucleares “clásicos” tienen su uranio almacenado en barras de combustible sólido. Para moderar el calor y la velocidad de la reacción, normalmente se usa agua de mar o de lago para mantener frías las varillas. Sin refrigerante, las barras de combustible comienzan a derretirse. Si derriten el núcleo del reactor y el área de almacenamiento de contención, pueden liberar radiación al medio ambiente; esto es, en pocas palabras, una fusión nuclear. Pero hay otro tipo de reactor nuclear que no es propenso a derretirse: los reactores de sales fundidas (MSR).

Aunque mucha gente asocia la palabra fundido con lava, esta sal fundida se parece más al agua teñida de verde. El sal fundida no es sal de mesa, sino una mezcla de litio y fluoruro de berilio con el combustible nuclear fundido. Este combustible puede ser uranio como la generación anterior de reactores, o puede ser plutonio y torio de los viejos desechos nucleares de las barras de combustible gastado que ya tenemos de nuestros LWR, eliminando así nuestra necesidad de lidiar con los problemas de seguridad a largo plazo relacionados con almacenamiento.

Una sal de litio.

La razón por la cual los MSR no pueden tener colapsos es sorprendentemente simple: No se puede derretir lo que ya se ha derretido. Sin embargo, esto puede ser difícil de entender sin el contexto adecuado. Por lo tanto, para comprender qué tan seguros son los MSR, debemos compararlos con los desastres LWR del pasado.

Cuando los viejos reactores fallan

Cuando las personas piensan en desastres nucleares, generalmente se refieren a los tres eventos siguientes.

El 28 de marzo de 1979, hubo una fusión parcial en un reactor nuclear cerca de Middletown, Pensilvania. La causa raíz del accidente fue que (ya sea por razones mecánicas o eléctricas) las bombas principales de agua de alimentación no enviaron agua a los generadores de vapor. Dado que el agua estaba destinada a ser el refrigerante, el reactor se apagó automáticamente.

La presión en el sistema primario empezó a aumentar, por lo que se abrió una válvula de emergencia. Una vez que la presión volvió a la normalidad, los instrumentos de la sala de control indicaron que se había cerrado, cuando en realidad seguía abierta. Como resultado, el agua de refrigeración escapaba a través de la válvula en forma de vapor, lo que hacía vibrar el presurizador, por lo que la tripulación lo apagó. Sin las bombas en funcionamiento, el agua de refrigeración de emergencia amenazó con inundar el presurizador, por lo que las cuadrillas redujeron el suministro de agua y esto provocó el sobrecalentamiento del reactor.

En este caso, hubo una falla mecánica (en la válvula) y sin un diagnóstico adecuado del sistema, la tripulación no pudo detener la fusión.

Los resultados de mi breve encuesta mostraron opiniones encontradas.

El 26 de abril de 1986, en lo que ahora es Ucrania y entonces formaba parte de la URSS, hubo una explosión en la planta de energía nuclear de Chernobyl. El día anterior, la tripulación se preparaba para probar cuánto tiempo girarían las turbinas y suministrarían energía a las bombas de circulación en caso de un corte de energía. Los operadores desactivaron los mecanismos de apagado automático y luego intentaron la prueba al día siguiente. Cuando comenzaron la prueba, el reactor ya estaba inestable.

Las peculiaridades del diseño combinadas con los procedimientos operativos incorrectos dieron como resultado una subida de tensión incontrolable. Esta subida de tensión provocó un rápido aumento del calor, que rompió los tubos de presión. El combustible dentro de los tubos se derramó en el agua y la reacción resultó en dos explosiones de vapor que liberaron material radiactivo al medio ambiente.

El 11 de marzo de 2011, hubo un terremoto de magnitud 9,0 frente a la costa este de Japón. Los reactores de la planta de energía nuclear de Fukushima Daiichi se apagaron automáticamente, pero el terremoto eliminó las seis fuentes de suministro de energía externas. Para compensar la pérdida de energía, se pusieron en marcha generadores de energía de emergencia en los sótanos. Dos tsunamis golpearon menos de una hora después y destruyeron los generadores y las bombas de agua de mar. Después del corte de energía, los reactores continuaron produciendo algo de calor a partir de la descomposición del producto de fisión. Sin las bombas, el calor no se eliminaba, por lo que se producía una acumulación de vapor en los reactores.

Había seis unidades de reactores en ese momento, pero solo las unidades 1-3 estaban activas.

En la unidad 1, se intentó ventilar el vapor, pero sin la energía, el vapor se acumuló en el piso de servicio, lo que resultó en una explosión de hidrógeno. Esta fusión nuclear ocurrió como resultado de la pérdida del sistema de enfriamiento. Las unidades 2 y 3 también experimentaron sus propias fusiones, pero en menor medida que la unidad 1. La unidad 2 tuvo una fuga y liberó la mayor parte del material radiactivo. La unidad 3 tuvo una acumulación de vapor similar a la de la unidad 1, lo que resultó en una explosión de hidrógeno. Parte del vapor de la unidad 3 llegó a la unidad 4 sin combustible a través del sistema de ventilación compartido. Entonces, esto provocó otra explosión en la unidad 4 a pesar de que ni siquiera estaba activa en ese momento.

A diferencia de los desastres de Three Mile Island y Chernobyl, el desastre de Fukushima involucró múltiples reactores. Pero, cada explosión y fuga en Fukushima fue causada por un corte de energía y bombas marinas.

Por qué los reactores de sales fundidas no fallan

El problema clave compartido entre estos tres desastres fue la falla de los sistemas de enfriamiento. En todos los casos, el refrigerante (agua) no estaba enfriando adecuadamente las barras de combustible. Las características de seguridad fallaron o fueron manipuladas, y a menudo terminaba con una gran cantidad de vapor que se escapaba de una válvula o explotaba su contenedor.

La mayor diferencia entre los LWR y los MSR es que, mientras que los LWR usan agua como refrigerante, los MSR no necesitan agua para moderar la temperatura de la reacción. El combustible actúa como su propio refrigerante. Esencialmente, los MSR no pueden colapsar. Además, en una situación de emergencia, el combustible puede drenarse rápidamente de un reactor y descargarse pasivamente.

Primero, es importante saber que el torio, que está presente en el combustible, también absorbe neutrones. Pero, a diferencia del uranio, no libera más neutrones para perpetuar la reacción en cadena. Cuanto más se caliente, más neutrones absorberá el torio. Al reducir la cantidad de neutrones en el combustible, el torio limita la rapidez de la reacción.

La expansión térmica también juega un papel en el enfriamiento natural del combustible. Cuando las moléculas de cualquier sustancia se calientan, se mueven más rápido y se expanden. En el caso de la sal fundida, este proceso empuja la región del núcleo activo, haciendo que los neutrones tengan que viajar más lejos para continuar el ciclo. Al igual que el torio, la expansión térmica también limita la velocidad de la reacción nuclear.

Debido a que el combustible modera pasivamente su propia temperatura con torio y expansión térmica, las probabilidades de que se sobrecaliente son bajas. Pero en caso de emergencia, existe un plan de respaldo: un tapón de sal congelada en el fondo del reactor. Se mantiene fresco gracias a un ventilador, pero si el combustible supera una temperatura crítica, derrite el tapón de sal. Una vez que el tapón se ha derretido, el combustible se drena fuera del reactor y en un recipiente colector, donde puede enfriarse y solidificarse, reduciendo así la presión. El proceso es similar al de un fregadero con desagüe: quitar el tapón permitirá que el líquido se drene del fregadero.

A diferencia de los LWR, los MSR funcionan en condiciones de baja presión. Debido a estas condiciones y debido a que no hay agua en el sistema, no puede haber acumulación de vapor o hidrógeno. Además, como resultado de las limitaciones naturales de temperatura del combustible, la sal no puede hervir. Hay un sistema químico dentro del MSR que está eliminando continuamente los vapores producidos por la fisión nuclear. Por lo tanto, no hay posibilidad de acumulación de ningún tipo de vapor, lo que elimina la posibilidad de una explosión.

¿Por qué debería importarnos?

Toda la energía nuclear es energía verde sin carbono. Sin embargo, los reactores nucleares de sal fundida no se limitan solo al uranio nuevo: podemos utilizar nuestros desechos nucleares viejos para alimentarlos. Al reutilizar los desechos nucleares, los utilizaremos en su máximo potencial y no tendremos que almacenarlos durante miles de años.

Si bien ambos están clasificados como reactores nucleares, los LWR y los MSR son muy diferentes. Operan en diferentes condiciones, tienen diferentes sistemas de enfriamiento y usan diferentes combustibles. Los MSR son más seguros porque, dado que el combustible es líquido, no pueden tener fusiones devastadoras similares a las de Chernobyl, Fukushima y Three Mile Island. Las preocupaciones de seguridad de los LWR simplemente no se aplican a los MSR. No podemos permitir que nuestro miedo a las fusiones nucleares se interponga en el desarrollo de reactores a prueba de fusiones.

Ahora más que nunca, es importante invertir en energía nuclear. Nuestra dependencia de los combustibles fósiles ya ha sumido al planeta en una sexta extinción masiva, y el 9 de agosto de 2021, el IPCC lanzó un código rojo para la humanidad. Necesitamos actuar rápido si queremos preservar nuestro planeta.

Los reactores de sales fundidas pueden desempeñar un papel muy importante en este esfuerzo.

No podemos darnos el lujo de dejar que se desperdicie.