Ocho meses después del accidente nuclear de abril de 1986 en la planta de energía nuclear de Chernobyl en Ucrania, los trabajadores que ingresaron a un corredor debajo del reactor No. 4 dañado descubrieron un fenómeno alarmante: lava negra que había fluido desde el núcleo del reactor, como si hubiera sido especie de volcán creado por el hombre. Una de las masas endurecidas fue particularmente sorprendente, y la tripulación la apodó Pie de Elefante porque se parecía a la pata del enorme mamífero.
Los sensores les dijeron a los trabajadores que la formación de lava era tan altamente radiactiva que una persona tardaría cinco minutos en obtener una cantidad letal de exposición, como detalló Kyle Hill en este artículo de 2013 para la revista de ciencia Nautilus.
Una década más tarde, el Proyecto de Seguridad Nuclear Internacional del Departamento de Energía de EE. UU. , Que recopiló cientos de fotografías de Chernobyl, obtuvo varias imágenes del pie de elefante, que se estimó en 2,2 toneladas (2 toneladas métricas ).
Desde entonces, el pie de elefante, que se conoce como un material que contiene combustible similar a la lava (LFCM), ha seguido siendo un macabro objeto de fascinación. Pero, ¿qué es realmente?
¿Qué es la pata de elefante de Chernobyl?
Debido a que el pie de elefante era tan radiactivo, los científicos en ese momento usaron una cámara en una rueda para fotografiarlo. Algunos investigadores se acercaron lo suficiente como para tomar muestras para su análisis. Lo que encontraron fue que el pie de elefante no era los restos del combustible nuclear.
En cambio, los expertos nucleares explican que el pie de elefante está compuesto de una sustancia rara llamada corium, que se produce en un accidente nuclear cuando el combustible nuclear y partes de las estructuras del núcleo del reactor se sobrecalientan y derriten, formando una mezcla. Corium solo se ha formado naturalmente cinco veces en la historia: una durante el accidente de Three Mile Island en Pensilvania en 1979, una vez en Chernobyl y tres veces en el desastre de la planta Fukushima Daiichi en Japón en 2011.
"Si no se puede terminar un núcleo fundido, entonces eventualmente la masa fundida fluirá hacia el fondo de la vasija del reactor y se fundirá (con una contribución de materiales fundidos adicionales), cayendo al suelo de la contención", Edwin Lyman , director. de la seguridad de la energía nuclear para la Unión de Científicos Preocupados , explica en un correo electrónico.
"La masa fundida caliente reaccionará entonces con el piso de concreto de la contención (si lo hay), cambiando nuevamente la composición de la masa fundida", continúa Lyman. "Dependiendo del tipo de reactor, la masa fundida puede extenderse y derretirse a través de las paredes de contención o continuar derritiéndose a través del piso, y eventualmente infiltrarse en el agua subterránea (esto es lo que sucedió en Fukushima). Cuando la masa fundida se enfríe lo suficiente, se endurecerá , mineral parecido a una roca ".
Mitchell T. Farmer , un ingeniero nuclear veterano y gerente de programas del Laboratorio Nacional de Argonne, dice por correo electrónico que el corium se parece mucho a la lava, un material de óxido negruzco que se vuelve muy viscoso a medida que se enfría, fluyendo como vidrio fundido pegajoso. es lo que pasó en Chernobyl con el pie de elefante ".
¿Qué es Corium?
La composición exacta de un flujo de corium en particular, como el que forma el pie de elefante de Chernobyl, puede variar. Farmer, cuyo equipo ha simulado accidentes de fusión de núcleos nucleares en la investigación, dice que el tono marrón de la pata de elefante se asemeja al corium "en el que la masa fundida se ha erosionado en hormigón que contiene un alto grado de sílice (SiO2), que es básicamente vidrio. Hormigones que contienen mucha sílice se llaman silíceos, y ese es el tipo de hormigón que se utiliza para construir las plantas de Chernobyl ".
Eso tiene sentido porque inicialmente después de que el núcleo se derrita , el corium consistirá en los materiales con los que generalmente está hecho el núcleo. Parte de él también es combustible de óxido de uranio. Otros ingredientes incluyen el revestimiento del combustible, típicamente una aleación de circonio llamada Zircaloy, y materiales estructurales, que en su mayoría son acero inoxidable compuesto de hierro, explica Farmer.
"Dependiendo de cuándo se vuelva a suministrar agua para enfriar el corium, la composición del corium puede evolucionar con el tiempo", dice Farmer. "A medida que el vapor se evapora, el vapor puede reaccionar con los metales del corio (circonio y acero) para producir gas hidrógeno, cuyos efectos viste durante los accidentes del reactor en Fukushima Daiichi. Los metales oxidados en el corio se convierten en óxidos, haciendo que la composición cambie ".
Si el corium no se enfría, se moverá hacia abajo a través de la vasija del reactor, derritiendo más acero estructural en el camino, lo que provoca aún más cambios en su composición, dice Farmer. "Si todavía no se enfría, el corium puede eventualmente derretirse a través de la vasija del reactor de acero y caer al piso de concreto de la contención", explica. "Esto sucedió en los tres reactores de Fukushima Daiichi". El concreto que entra en contacto con el corion eventualmente se calentará y comenzará a derretirse.
Una vez que el hormigón se derrite, los óxidos de hormigón (típicamente conocidos como 'escoria') se introducen en la masa fundida, lo que hace que la composición evolucione aún más, explica Farmer. El hormigón fundido también libera vapor y dióxido de carbono, que continúan reaccionando con los metales en la masa fundida para producir hidrógeno (y monóxido de carbono), provocando aún más cambios en la composición del corium.
¿Qué tan peligroso es el pie de elefante?
El desastre resultante que creó Elephant's Foot es extremadamente peligroso. En general, dice Lyman, el corium es mucho más peligroso que el combustible gastado intacto porque se encuentra en un estado potencialmente inestable que es más difícil de manipular, empaquetar y almacenar.
"En la medida en que el corium retenga productos de fisión altamente radiactivos, plutonio y materiales del núcleo que se han vuelto radiactivos, el corium tendrá una alta tasa de dosis y seguirá siendo extremadamente peligroso durante muchas décadas o incluso siglos por venir", explica Lyman.
El corium solidificado muy duro, como el del pie de elefante, tendría que romperse para eliminarlo de los reactores dañados. "[Eso] generará polvo radiactivo y aumentará los peligros para los trabajadores y posiblemente el medio ambiente", dice Lyman.
Pero lo que es aún más preocupante es que los científicos no saben cómo podría comportarse el corium a largo plazo, como cuando se almacena en un depósito de desechos nucleares . Lo que sí saben es que el corium de la pata de elefante probablemente no esté tan activo como antes, y que se está enfriando por sí solo y seguirá enfriándose. Pero todavía se está derritiendo y sigue siendo altamente radiactivo.
En 2016, el Nuevo Confinamiento Seguro (NSC) se deslizó sobre Chernobyl para evitar más fugas de radiación de la planta de energía nuclear. Se construyó otra estructura de acero dentro del escudo de contención para soportar el sarcófago de hormigón en descomposición en el reactor No. 4 de Chernobyl. Idealmente, el NSC ayudaría a evitar que una nube masiva de polvo de uranio se dispersara en el aire en caso de una explosión en la habitación 305 / 2. La habitación 305/2 estaba directamente debajo del núcleo del reactor No. 4 y ha mostrado signos de un aumento de las emisiones de neutrones desde 2016. Es totalmente inaccesible para los humanos debido a los niveles de radiación mortales.
Estudiar Corium
Nadie quiere ver otra pata de elefante. Farmer ha pasado la mayor parte de su carrera estudiando accidentes nucleares y trabajando con corium en un esfuerzo por desarrollar formas para que los operadores de la planta terminen un accidente: cuánta agua inyectar y dónde inyectarla, y qué tan rápido el agua puede enfriar el corium y estabilizarlo. .
"Hacemos grandes experimentos en los que producimos 'corium' con los materiales reales, pero usamos calentamiento eléctrico para simular el calor de descomposición en lugar del calentamiento de descomposición en sí", dice Farmer, explicando que la simulación facilita la realización de los experimentos.
"Hemos centrado la mayor parte de nuestro trabajo en estudiar la eficiencia de la adición de agua para apagar y enfriar el corium para diversas composiciones de corium. Por lo tanto, estamos investigando sobre la mitigación de accidentes. El otro extremo es la prevención de accidentes, y este es un enfoque principal área para la industria nuclear ".
Ahora que da miedo
Investigadores del Laboratorio Nacional Argonne crearon este video , que muestra una piscina fundida de óxido de uranio a 3600 grados Fahrenheit (2,000 grados Celsius). Sus experimentos han simulado cómo tal flujo de lava erosionaría el piso de concreto de un edificio de contención de un reactor nuclear.
