Calor residual y refrigeración de emergencia

Apagar un reactor es fácil: las barras de control entran en segundos y la reacción en cadena se detiene. Lo que no se puede apagar son los productos de fisión acumulados en el combustible, que siguen decayendo y liberando energía. En un reactor que operó mucho tiempo a potencia, ese calor de decaimiento es cerca del 6,5 % de la potencia térmica en el instante de la parada: unos 200 MW en una central de 3.000 MWt. Baja rápido al principio, a 1,5 % después de una hora y 0,4 % después de un día, y después lentamente: 0,2 % a la semana y todavía unos cientos de kilovatios al cabo de un año. La curva la describió la fórmula de Way y Wigner en 1948.

Con ese calor y sin refrigeración, el agua de la vasija hierve, el nivel baja, el combustible queda al descubierto y la vaina de circonio reacciona con el vapor a más de 1.200 °C produciendo hidrógeno; a unos 2.800 °C el óxido de uranio se funde. Por eso cada central tiene sistemas de refrigeración de emergencia con bombas, generadores diésel y baterías, y por eso la pregunta de diseño central es: ¿qué pasa si se pierde toda la electricidad?

Fukushima Daiichi respondió esa pregunta el 11 de marzo de 2011. El terremoto de magnitud 9,0 apagó los reactores como estaba previsto y cortó la red; los diésel arrancaron. Cuarenta minutos después, un tsunami de unos 15 metros, contra un diseño de 5,7, inundó las salas de turbinas e inutilizó 12 de los 13 generadores y los intercambiadores de calor con el mar. Las baterías se inundaron o se agotaron. Una hora después de la parada, los núcleos seguían generando 1,5 % de su potencia: unos 22 MW en la unidad 1 y 33 MW en las unidades 2 y 3. En la unidad 1 el agua llegó al tope del combustible a las tres horas; el circonio produjo el hidrógeno que voló los edificios y los tres núcleos se fundieron. En las unidades 5 y 6, un único diésel refrigerado por aire que sobrevivió alcanzó para mantenerlas frías.

La lección se tradujo en sistemas pasivos: evacuar el calor residual por gravedad, convección y evaporación, sin bombas ni electricidad. Los condensadores de aislamiento condensan el vapor de la vasija en una pileta y devuelven el agua por su peso; los tanques elevados inundan el núcleo; las contenciones de acero se refrigeran con agua que cae desde un depósito en el techo. El AP1000 promete 72 horas sin acción del operador, el ESBWR también, y NuScale un tiempo indefinido con el módulo sumergido en una pileta. Los reactores más antiguos sumaron generadores móviles, bombas portátiles y protección contra inundaciones, el llamado equipamiento FLEX en Estados Unidos.