Desastres en Plantas Nucleares (Avance 3) (1)

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

ESCUELA DE INGENIERÍAS ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA Y DE TELECOMUNICACIONES

Perfecta Combinación entre Energía e Intelecto

Resumen—Este documento presenta una descripción de la problemática actual que vive la industria fotovoltaica española debido a las fuertes leyes que regulan el autoconsumo energético. También se muestra una comparación de la evolución de la fotovoltaica en Europa y en el resto del mundo.

Palabras Clave—Energía Nuclear, Accidente, Incidente, Seguridad, Chernobyl, Three Mile Island, Fukushima.

I. INTRODUCCIÓN

esde los inicios del aprovechamiento de la energía interna del átomo, se ha tenido una

fuerte conciencia del peligro potencial que puede causar la liberación de materiales radiactivos al ambiente, consecuencia de la generación de electricidad con energía nuclear. (Mousseau &Møller, 2015)

D

Al igual que en otras industrias, el diseño y operación de plantas de energía nuclear tiene como objetivo reducir al mínimo la probabilidad de accidentes y evitar mayores consecuencias cuando estos se producen. (IAEA, 2008)

Han habido tres grandes accidentes de reactores en la historia de la generación mediante energía nuclear: Three Mile Island, Chernobyl y Fukushima.

Estos son los únicos accidentes graves que han ocurrido en más de 16.000 reactores que han operado alguna vez desde que se inició la comercialización de la energía nuclear.

La evidencia de más de seis décadas de generación mediante energía nuclear, muestra que la energía nuclear es un medio seguro para generación de electricidad. El riesgo de accidentes en las centrales nucleares es baja y decreciente. Las consecuencias de un accidente o ataque terrorista son mínimos en comparación con otros riesgos comúnmente aceptados. (Union ofConcerned Scientists)

De todos los accidentes e incidentes ocurridos, solamente los accidentes de Chernobyl y Fukushima liberaron una dosis de radiación al público, superior a las que resultan de la exposición a fuentes naturales (Mousseau & Møller, 2015). El accidente de Fukushima ocasionó una cierta exposición radiológica de los trabajadores de la planta, pero no como para amenazar su salud, a diferencia de lo ocurrido en Chernobyl (McLaughlin, y otros,2000).

Aparte de Chernobyl, no hay trabajadores de plantas nucleares o personas del común que hayan muerto como resultado de la exposición a la radiación debido a un incidente o accidente ocurrido en algún reactor nuclear comercial. La mayoría de las graves lesiones radiológicas y de las muertes que se producen cada año (2 a 4 muertes y muchas más exposiciones por encima de los límites reglamentarios) son el resultado de grandes fuentes de radiación no controladas, tales como equipos médicos o equipos industriales abandonados. (UNSCEAR,2011)

Figura 1. Años acumulados de operación de reactores. (WORLDNUCLEAR ASSOCIATION, s.f.)

Cabe destacar que un reactor de potencia de tipo comercial simplemente no puede explotar bajo ninguna circunstancia como una bomba nuclear. Puesto a que el combustible no se enriquece más allá de aproximadamente el 5%, y se necesita un enriquecimiento mucho mayor para que sea explosivo. (Levenson & Rahn, 1981)

Miguel Angel Ardila Larrahondo1

Alberto José Bermúdez Arias2

Escuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y deTelecomunicaciones ,Universidad Industrialde Santander1,2

miguel . ardila 4 @ gmail .com1

alberto . bermudez @hotmail . com2

Desastres en Plantas Nucleares

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La Agencia Internacional de Energía Atómica (IAEA) fue establecida por las Naciones Unidas en 1957. Una de sus funciones era actuar como auditor de la seguridad nuclear mundial, y este papel se incrementó en gran medida a raíz del accidente ocurrido en Chernobyl. Esta establece los procedimientos de seguridad requeridos ante cualquier eventualidad y la notificación de incidentes, incluso de bajo riesgo. Su papel se ha reforzado desde 1996. Cada país que opera plantas de energía nuclear tiene un cuerpo de inspectores de seguridad nuclear y todos ellos trabajan en estrecha colaboración con la IAEA. (McLaughlin, y otros, 2000)

Mientras que las centrales nucleares están diseñadas para ser seguras tanto en su funcionamiento como en caso de cualquier avería o accidente, se puede afirmar que ninguna actividad industrial está totalmente exenta de riesgos. Pueden suceder incidentes o accidentes, y como en otras industrias, esto causa que se deba mejorar progresivamente la seguridad. Esas mejoras son tanto en nuevos diseños, como en la mejora de las instalaciones existentes. La operación a largo plazo (long-term operation) de plantas establecidas se decanta por una importante inversión en tales mejoras. (IAEA, 2008)

La seguridad del personal operativo es una preocupación primordial en las plantas nucleares. La exposición a la radiación se reduce al mínimo mediante el uso de un equipo de manipulación remota para muchas operaciones en el núcleo del reactor. Otros controles incluyen protección física y limitar el tiempo que los trabajadores pasan en áreas con niveles de radiación significativos. Estos son compatibles con el control continuo de las dosis individuales y del entorno de trabajo para asegurar una exposición muy baja radiación en comparación con otras industrias. (Levenson & Rahn, 1981)

El uso de la energía nuclear para la generación de electricidad se puede considerar extremadamente seguro. Cada año varios miles de personas mueren en las minas de carbón para proporcionar este combustible utilizado para la electricidad. También se producen efectos significativos para la salud y el ambiente derivados de la utilización de combustibles fósiles (IAEA, 2008). Hasta la fecha, incluido el accidente de Fukushima, no se ha causado ninguna muerte, y el IAEA informó en junio de 2011: "hasta la fecha, no se han reportado efectos en la salud de ninguna persona como consecuencia de la exposición a la radiación" (Holt, Campbell, & Nikitin, 2012). Informes posteriores de la WHO1 y el UNSCEAR2 han apoyado esto.

II. ESCALA INES

La Escala Internacional de Sucesos Nucleares y Radiológicos (INES) es un instrumento que se emplea a nivel internacional para comunicar al público de manera rápida y coherente la

importancia desde el punto de vista de la seguridad de sucesos asociados a las fuentes de radiación (IAEA, 2008).

Esta escala fue elaborada en 1990 por un grupo de expertos internacionales convocados por la IAEA y la Agencia para la Energía Nuclear OECD con el objetivo de comunicar la importancia de los sucesos en instalaciones nucleares desde el punto de vista de la seguridad. Tiempo después, la escala se adaptó para ser aplicada a todo tipo de instalaciones relacionadas con la industria nuclear civil, transporte, almacenamiento y uso de materiales radiactivos y fuentes de radiación (IAEA, OECD NUCLEAR ENERGY AGENCY,INES, 2010).

La escala se clasifica en siete niveles. Los sucesos de los niveles 1-3 se denominan “incidentes”, mientras que los de niveles 4-7 se denominan “accidentes”. Los sucesos sin significación para la seguridad están clasificados como “Debajo de la escala/Nivel 0” (IAEA, 2008). Un aumento en el nivel de la escala, indica que la gravedad del suceso es aproximadamente diez veces superior (escala logarítmica).

Figura 2. Niveles de la escala INES (IAEA, 2008).

1 World Health Organization. Autoridad directiva y coordinadora de la acción sanitaria en el sistema de las Naciones Unidas. (World Health Oranization, n.d.)2 United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation. Su misión es estimar niveles y efectos de exposición a radiación ionizante, e informar de

ellos. (UNSCEAR, n.d.)

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DESCRIPCIÓN GENERAL DE LOS NIVELES DE LA INES

Nivel de la INES Personas y medio ambiente Barreras y controles radiológicos Defensa en profundidad

Accidente graveNivel 7

• Liberación grave de materiales radiactivos con amplios efectos en la salud y el medio ambiente, que requiere la aplicación y prolongación de las contramedidas previstas.

Accidente importanteNivel 6

• Liberación importante de materiales radiactivos, que probablemente requiere la aplicación de las contramedidas previstas.

Accidente con consecuencias de mayor

alcanceNivel 5

• Liberación limitada de materiales radiactivos, que probablemente requiere la aplicación de algunas de las contramedidas previstas.

• Varias defunciones por radiación.

• Daños graves en el núcleo del reactor.• Liberación de grandes cantidades de

materiales radiactivos dentro de una instalación, con alta probabilidad de exposición del público; provocada posiblemente por un incendio o un accidente de criticidad grave.

Accidente con consecuencias de

alcance localNivel 4

• Fusión de combustible o daño al combustible, que provoca una liberación superior al 0,1% del inventario del núcleo.

• Liberación de cantidades considerables de materiales radiactivos dentro de una instalación, con alta probabilidad de importante exposición del público.

Incidente importanteNivel 3

• Exposición diez veces superior al límite anual establecido para la exposición de los trabajadores.

• Efecto no letal de la radiación en la salud (p. ej., quemaduras).

• Tasas de exposición superiores a 1 Sv/h en una zona de operación.

• Contaminación grave en una zona no prevista en el diseño, con escasa probabilidad de exposición importante del público.

• Cuasi accidente en una central nucleoeléctrica sin disposiciones de seguridad pendientes de aplicación.

• Pérdida o robo de fuentes selladas de radiactividad alta.

• Entrega equivocada de fuentes selladas de radiactividad alta, sin que existan procedimientos adecuados para manipularlas.

IncidenteNivel 2

• Exposición de una persona del público por encima de 10 mSv3.

• Exposición de un trabajador por encima de los límites anuales reglamentarios.

• Niveles de radiación superiores a 50 mSv/h4 en una zona de operación.

• Contaminación importante dentro de una instalación en una zona no prevista en el diseño.

• Fallos importantes en las disposiciones de seguridad, aunque sin consecuencias reales.

• Hallazgo de una fuente sellada huérfana, de un dispositivo o de un embalaje para el transporte de radiactividad alta, con indicación de las disposiciones de seguridad, sin que haya habido menoscabo.

• Embalaje inadecuado de una fuente sellada de radiactividad alta.

AnomalíaNivel 1

• Sobreexposición de una persona del público por encima de los límites anuales reglamentarios.

• Problemas menores en componentes de seguridad, con importantes medidas de defensa en profundidad pendientes de

3 La dosis de radiación es la magnitud utilizada para medir la cantidad de radiación percibida por un tejido o ser vivo. Su unidad es el sievert (Sv). La dosis se da a menudo en milésimas de sievert, es decir milisieverts (mSv) o en millonésimas, es decir microsieverts (µSv). (STUK, s.f.)

4 La tasa de dosis indica la cantidad de dosis radiactiva recibida por una persona dentro de un cierto período de tiempo. La unidad de la tasa de dosis es sievert por hora (Sv/h). (STUK, s.f.)

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aplicación.• Pérdida o robo de fuentes radiactivas, de

dispositivos o de embalaje para el transporte de actividad baja.

SIN SIGNIFICACIÓN PARA LA SEGURIDAD (Debajo de la escala/Nivel 0)

III. DESASTRES EN PLANTAS NUCLEARES

Desastre nuclear de Chernobyl (central nuclear Vladimir Ilich Lenin)

El accidente de Chernóbil fue un accidente nuclear sucedido el 26 de abril de 1986 en Ucrania (ciudad Chernóbil, parte de la antigua Unión Soviética), esta central nuclear estaba formada por 4 reactores de tipo RBMK-1000 , donde el reactor 1 y 2 fueron creados 1970 y 1977 ,y los reactores 3 y 4 en 1983.El reactor RBMK-1000 fue diseñado exclusivamente por la unión soviética, que era de tipo de tubos de presión, moderado con grafitos, refrigerado por agua liviana y usa uranio enriquecido al 2%. En este tipo de reactores el agua hirviente alimenta directamente las turbinas, sin pasar por un intercambiador de calor. El edificio del reactor no configura una barrera de contención [1].

¿Por qué se dio el accidente?

El accidente se produjo alrededor de las 1:23 am del 26 de abril de 1986 en el reactor 4, que iba a ser sometido a un test de mantenimiento, donde los ingenieros desconocían que este era muy inestable al funcionar a baja potencia.

El Ingeniero Anatoli Diátlov el día del accidente era el jefe encargado del sistema de control del reactor 4, la decisión que el ingeniero tomó en ese momento fue realizar el test de mantenimiento a 200 [MW], para conservar el agua fría que evita el recalentamiento del reactor, el creyó que los riesgos serian mínimos, al tomar esta decisión violó la normativa nuclear que regía aquella época, que esta decía textualmente que al realizar un test de mantenimiento se debía hacer de 700 a 1000 [MW].Al hacer el test de acuerdo a las decisiones ya mencionadas, entre pánico y nervios al ver la situación del reactor, un ingeniero al mando de Anatoli Diátlov decide pulsar el botón AZ5, lo hizo con el fin de disminuir la potencia que estaba muy alta en ese momento, la función que hacia el botón AZ5 era bajar las barras de boro, y no se tuvo presente que estas barras contenían una cubierta de grafito que al ser incrustadas en el reactor hacen que se aumente la potencia.Al ocurrir este hecho la presión de vapor en el punto crítico del reactor, no se puede contener, convirtiéndolo en una olla de presión volcánica hasta que se produjo la explosión.

Las medidas tomadas para mitigar los efectos del desastre.

Desde un principio del accidente, se le oculto a la mundo lo que realmente había pasado en la planta Chernóbil, luego de 30 horas se tomó la decisión de evacuar la cuidad de pripyat que estaba muy cerca del desastre, los primeros en llegar al lugar fueron los bomberos para controlar el incendio, donde murieron varios de ellos por la gran dosis de radiactividad.Unas de las medidas que se tomo fue la que se llamó los “liquidadores” donde participaron cerca de 500.000 personas de la unión soviética, donde llevaron a cabo el plan de limpieza y recuperación del área afectada por el desastre, que su acción fue el lavado de edificios, calles, la remoción de la capa superior del suelo, el aislamiento y enterrado de maquinarias y equipos contaminados.Otra medida que se tomo fue el diseño de un sarcófago que su estructura se realizó en plomo, que trataba de recubrir el reactor del desastre para evitar más liberación de radiactividad.

Los efectos sobre la salud humana

Los efectos que deja el desastre nuclear de Chernóbil sobre la salud humana son agudos y a largo plazos, entre los agudos se destacan 31 muertes inmediatamente entre el personal de la planta, los bomberos y los liquidadores, hubo 500 personas hospitalizadas de estas 237 recibieron una dosis de radiación aguda. Las consecuencias a largo plazo del accidente siguen siendo inciertas. La exposición a radiaciones ionizantes puede provocar cáncer en prácticamente cualquier órgano del cuerpo. El número total de muertes por cáncer debido a Chernóbil es muy probable que no se sepa nunca.

Cáncer de tiroidesHasta el año 2005, se detectaron unos 4.000 casos de cáncer de tiroides en Bielorrusia, Ucrania y Rusia en personas menores de 18 años en el momento del accidente. Cuanto más joven la persona expuesta, mayor el riesgo de desarrollar un cáncer de tiroides. El cáncer de tiroides es provocado por exposiciones a yodo radioactivo. Se estima que más de la mitad del yodo-131 de Chernóbil fue depositado fuera de la anterior Unión Soviética [2].

LeucemiaEn 1990 y 1991 se observaron por primera vez unas tasas más altas de leucemia aguda entre los ‘liquidadores’ bielorrusos.La leucemia infantil superó notablemente las tasas medias de Rusia en la región de Tula durante el periodo posterior al accidente de Chernóbil, especialmente entre niños de 10 a 14 años. En Lipetsk, los casos de leucemia aumentaron 4,5 veces en el periodo entre 1989 y 1995. Algunos datos sugieren un mayor riesgo de leucemia incluso para los niños expuestos a la radiación cuando estaban en el vientre materno [3].

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Otros tipos de cánceresSe ha observado un aumento de los casos de cáncer de las vías respiratorias en mujeres procedentes de las zonas más contaminadas de la región de Kaluga. Desde 1995 en adelante se ha detectado también un aumento de los casos de cáncer de estómago, pulmones, mama, recto, colon, tiroides, médula ósea y del sistema linfático en las zonas sud-occidentales de dicha región. En la zona de Tula se han observado unas tasas inusualmente altas de cáncer de huesos y de cánceres del sistema nervioso en niños durante el periodo que se extiende entre 1990 y 1994 [3].

Los efectos sobre el medio ambiente

El accidente afectó de forma inmediata a buena parte de las plantas, animales y agua que se encontraban en un radio de 30 km.El Yodo-131 radiactivo, que pasó rápidamente de los pastos a la leche, fue una de las primeras preocupaciones, pero, dado a los pocos años de semidesintegración de este nucleido esa preocupación no tardó en calmarse. El cesio radiactivo presente en la leche, la carne y algunos alimentos vegetales es actualmente, y seguirá siendo por mucho tiempo, el elemento más preocupante para la salud humana interna.

El estroncio radiactivo alcanzó niveles comparables, pero como se concentra en la espina del pez y no en el músculo, no tuvo consecuencias importantes para el ser humano. Actualmente los niveles en los peces y en las aguas son bajos, salvo en las zonas con lagos “cerrados”, sin cursos de desagüe. En esos lagos, los niveles de cesio radiactivo en los peces seguirán siendo altos por decenios, y por lo tanto deberían mantenerse las restricciones a la pesca [4].

¿Cuál fue el costo económico?

Los costos económicos trajeron como consecuencia el desmembramiento de la Unión Soviética.

El costo ha sido del orden de cientos de miles de millones de dólares, que incluyen:– Daños directos y gastos relacionados con recuperación y mitigación.– Reasentamiento, protección social y atención de la salud.– Investigaciones sobre medio ambiente, salud y producción agrícola.– Vigilancia de la radiación.– Pérdidas indirectas por retiro de la producción de tierras agrícolas y bosques, y cierre de instalaciones agrícolas e industriales.– Aumento del costo de la energía debido a la pérdida de capacidad de producción en Chernóbil.

El accidente nuclear de Three Mile Island (Harrisbug, EE.UU., 1979)

El 28 de marzo de 1979 tuvo lugar un grave accidente nuclear con fusión parcial del núcleo en la unidad 2 de la central de Three Mile Island (TMI), en Harrisbug, Estados Unidos. Calificado de nivel 5 en la Escala Internacional de Sucesos Nucleares (INES), había sido, hasta el accidente de Fukushima, en Japón, el segundo más grave en la historia de la industria nuclear [5].

¿Qué ocurrió en la central nuclear de Three Mile Island?

El accidente de la central nuclear de Three Mile Island (Harrisburg, Pennsylvania, Estados Unidos), que ocurrió el 28 de marzo de 1979, es el accidente más grave en la historia de la industria nuclear civil de los EE.UU. El reactor, que sólo llevaba tres meses en operación, sufrió una fusión severa de su núcleo, que empezó aproximadamente sobre las 4:00 de la mañana. La central experimentó una serie de fallos y errores que provocaron que empezara a perder agua de refrigeración del circuito primario y, en consecuencia, que se produjera un aumento peligroso de la temperatura del combustible de uranio. Aunque el reactor paró automáticamente, un intenso calor residual permaneció en el núcleo y las barras de combustible comenzaron a derretirse (lo que se conoce por fusión del núcleo). A partir de ese momento, se evacuaron gases radiactivos a la atmósfera y el Gobernador Dick Thornburg ordenó la evacuación de niños en edad preescolar y mujeres embarazadas en un radio de cinco millas [5].

El calor extremo en el interior del reactor provocó la formación de gas hidrógeno en los revestimientos metálicos. Una burbuja de hidrógeno formada dentro del reactor, hizo aún más difícil bombear agua de refrigeración al núcleo. Se temió que se produjera una explosión de hidrógeno. Debido a la preocupación por la acumulación de hidrógeno y por la posible fusión del núcleo, se alertó a los residentes en un radio de 20 millas alrededor de la central nuclear que estuvieran preparados para ser evacuados [5].

¿Cuáles fueron las consecuencias del accidente de Three Mile Island?

El accidente de la central nuclear de Three Mile Island paró todo el desarrollo nuclear en Estados Unidos. Desde entonces no se han encargado nuevas centrales nucleares y 74 de las que estaban en construcción en el momento del accidente fueron canceladas. La industria nuclear ya llevaba tiempo luchando con el incesante incremento de los costes de las centrales nucleares y el accidente ayudó a mostrar los problemas que la industria estaba experimentando, y todo ello activó un gran movimiento antinuclear en los Estados Unidos [5].

¿Qué ocurre actualmente en la central nuclear de Three Mile Island?

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La unidad 2 de la central nuclear Three Mile Island (TMI-2) está en parada permanente y sin combustible (el combustible nuclear fundido y el intacto fue extraído entre 1985 y 1990) y su circuito primario vaciado. Exelon, la actual propietaria de TMI-2, efectúa el mantenimiento de la instalación a largo plazo, supervisando el almacenaje del combustible nuclear irradiado, hasta que expire la licencia de operación para la otra unidad (TMI-1) de la central. A partir de ese momento ambas centrales serán desmanteladas. En enero de 2008 Amergen presentó a la NRC una solicitud de prórroga de la licencia de explotación para 20 años más, para seguir funcionando hasta 2034 [5].

IV. REFERENCIAS

Cohen, J. (2011). History.com. Recuperado el 25 de Agosto de 2015, de http://www.history.com/news/historys-worst-nuclear-disastersGreenpeace International. (Febrero de 2013). Fukushima nuclear crisis. Amsterdam.History.com Staff. (2009). History.com. Recuperado el 25 de Agosto de 2015, de http://www.history.com/topics/three-mile-islandHistory.com Staff. (2009). History.com. Recuperado el 25 de Agosto de 2015, de http://www.history.com/this-day-in-history/nuclear-

explosion-at-chernobylHolt, M., Campbell, R. J., & Nikitin, M. B. (2012). Fukushima nuclear disaster. CRS Report for Congress. IAEA. (2008). IAEA.org. Recuperado el 25 de Agosto de 2015, de http://www.iaea.org/sites/default/files/ines_sp.pdfIAEA, OECD NUCLEAR ENERGY AGENCY, INES. (2010). The International Nuclear and Radiological Event Scale User's Manual

2008 Edition. Viena.Levenson, M., & Rahn, F. (1981). Realistic Estimates of the Consequences of Nuclear Accidents. Nuclear Technology, 53.McLaughlin, T. P., Monahan, S. P., Pruvost, N. L., Frolov, V. V., Ryazanov, B. G., & Svidirov, V. I. (2000). A Review of Criticality

Accidents 2000 Revision. (LA-13638). (L. A. Laboratory, Ed.) New Mexico.Mousseau, T. A., & Møller, A. P. (2015). Landscape-Scale Consequences of Nuclear Disasters. LA+ INTERDISCIPLINARY

JOURNAL OF LANDSCAPE ARCHITECTURE.STUK. (s.f.). stuk.fi. Recuperado el 26 de Agosto de 2015, de http://www.stuk.fi/sateilyvaara/en_GB/esim_annos/Union of Concerned Scientists. (s.f.). ucsusa.org. Recuperado el 25 de Agosto de 2015, de

http://www.ucsusa.org/nuclear-power/nuclear-power-accidents/history-nuclear-accidents#.Vd06bPl_OkpUNSCEAR. (Abril de 2011). Health Effects Due to Radiation from the Chernobyl Accident. Sources and Effects of Ionizing Radiation,

II(Annex D).UNSCEAR. (n.d.). unscear.org. Retrieved September 2, 2015, from http://www.unscear.org/unscear/en/about_us.htmlWorld Health Oranization. (n.d.). who.int. Retrieved September 2, 2015, from http://www.who.int/about/en/World Health Organization. (2006). Health Effects of the Chernobyl Accident and Special Health Care Programmes. Report of the UN

Chernobyl Forum.WORLD NUCLEAR ASSOCIATION. (s.f.). world-nuclear.org. Recuperado el 26 de Agosto de 2015, de http://www.world-

nuclear.org/info/Safety-and-Security/Safety-of-Plants/Safety-of-Nuclear-Power-Reactors/

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