Hace unos pocos años, varios reactores nucleares en los Estados Unidos se enfrentaban a la posibilidad de paradas imprevistas a raíz del desastre en la central eléctrica de Fukushima Daiichi de Japón. El accidente de 2011 provocó un escrutinio mundial de la seguridad de la energía nuclear, especialmente en lo que respecta a los reactores de agua hirviendo, o BWR.

En los EE.UU., donde los BWR constituyen casi un tercio de los reactores, Los reguladores consideraron nuevas mejoras de seguridad para evitar otro escenario como Fukushima, donde un terremoto y un tsunami provocaron una serie de fallas de combustible que resultaron en fugas radiactivas. Pero para los operadores de BWR, Algunos de los nuevos requisitos prospectivos habrían significado el cierre de varios reactores y enormes costos para que las otras plantas siguieran funcionando.

Finalmente, surgió un tercer camino, informado por una investigación realizada en el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE). Los datos de años de pruebas en Argonne respaldaron un enfoque que podría preservar la seguridad y evitar los abrumadores $ 1,000 millones en gastos para los operadores de la planta.

Adelante de la curva de seguridad

Los reactores nucleares están protegidos por un edificio de contención revestido de acero reforzado con hormigón tanto por dentro como por fuera. En un accidente, el desafío es prevenir el corium, el material similar a la lava que se forma cuando las barras de combustible de uranio en el núcleo del reactor se derriten, junto con su revestimiento de metal protector, para que no ingrese al medio ambiente si el corium escapa de la vasija del reactor y erosiona el piso de concreto debajo. En las plantas de Fukushima Daiichi, Se cree que este tipo de evento contribuyó al escape de material altamente radiactivo que contaminó el suelo cercano y se filtró al Océano Pacífico.

Los operadores de plantas nucleares necesitaban una forma de garantizar que las emisiones radiactivas se redujeran al mínimo para proteger a las personas y el medio ambiente en caso de accidente. Una opción consistía en instalar filtros grandes en las rejillas de ventilación de estas plantas, una solución tan costosa (hasta 50 millones de dólares por planta) que, en algunos casos, el cierre de una planta habría sido más práctico.

Mientras un equipo de la industria conocido como BWR Owners Group exploró cómo abordar estos problemas, se enteraron de la investigación que se había realizado en Argonne durante décadas. Personal del laboratorio, que tiene una larga historia en la ciencia de la energía nuclear, también estaban apoyando al DOE en su respuesta a los accidentes en Daiichi.

Los experimentos guían el camino a seguir

Como respuesta al colapso parcial de 1979 en la planta de energía Three Mile Island de Pensilvania, Los investigadores de Argonne habían estado simulando el proceso de fusión del núcleo de un reactor. Estudiaron cómo el corium resultante interactúa con el hormigón, y cómo se puede detener esa interacción inundando con agua. Los experimentos fueron algunos de los más grandes de su tipo en el mundo, y las empresas de energía nuclear los copatrocinaron para apoyar las mejoras de seguridad en sus plantas.

"Básicamente estábamos terminando este trabajo, y luego ocurrieron los accidentes en Fukushima Daiichi, "dijo el ingeniero nuclear de Argonne, Mitch Farmer, que ha dirigido análisis y experimentos de accidentes graves en el laboratorio desde 1988. "En ese momento, hubo un interés renovado en el trabajo que estábamos haciendo, particularmente en cómo podría apoyar los esfuerzos de la industria para abordar los nuevos requisitos regulatorios ".

La Comisión Reguladora Nuclear de EE. UU. (NRC) quería que los operadores de BWR se aseguraran de que las emisiones radiactivas de una planta durante un accidente grave pudieran evitarse o reducirse al mínimo posible.

Pero la investigación de Argonne había demostrado que si el corium migrara fuera de la vasija del reactor, se podría enfriar efectivamente inyectando agua a través del recipiente mientras se mantiene el material radiactivo dentro del edificio de contención, un enfoque que no requeriría nuevos equipos o modificaciones en las plantas.

La investigación también ayudó a establecer parámetros para determinar cuándo el corium se había enfriado adecuadamente. otra pieza clave para evitar la confusión entre los operadores de la planta en Fukushima.

"Tan importante como enfriar los restos de corium es poder reconocer que los ha estabilizado, "dijo Bill Williamson, un especialista en ingeniería de reactores en las instalaciones de Browns Ferry de la Autoridad del Valle de Tennessee en Alabama, que también es presidente de procedimientos de emergencia para el Grupo de Propietarios de BWR. "La investigación de Argonne nos ayudó a comprender qué debemos buscar y qué debemos esperar".

El gran avance de mil millones de dólares

La capacidad de informar la estrategia de seguridad con una mejor comprensión de las interacciones del corium fue un avance importante tanto para la industria como para el país. dado que las plantas de energía nuclear suministran alrededor de una quinta parte de la electricidad de EE. UU. sin producir emisiones de gases de efecto invernadero.

El Instituto de Energía Nuclear, una asociación comercial de la industria, Atribuyó a los investigadores de Argonne el ahorro de la flota total de BWR en más de mil millones de dólares en posibles costos de modificación.

"El equipo de Argonne ayudó a evitar que se apagaran varios reactores BWR, "dijo Phillip Ellison, gerente de proyecto del Grupo de propietarios de BWR (administrado por General Electric-Hitachi). "Pudimos identificar una estrategia que funcionó tanto para los operadores como para los reguladores, y el trabajo de Argonne fue esencial para eso ".

El trabajo en esta área en Argonne ha sido apoyado históricamente por la NRC, el Instituto de Investigaciones de Energía Eléctrica (EPRI), y operadores de plantas de EE. UU., así como socios internacionales. Tras los accidentes de Daiichi, El apoyo técnico que Argonne pudo brindar a la industria para abordar los requisitos reglamentarios en evolución se proporcionó a través del programa de Sustentabilidad de Reactores de Agua Ligera dentro de la Oficina de Energía Nuclear del DOE. La investigación en esta área continúa realizándose en Argonne con el apoyo de la NRC, EPRI, y socios internacionales para informar más a los operadores de plantas sobre las mejores acciones que deben tomarse durante un accidente grave.