Ocho meses después del accidente nuclear de abril de 1986 en la central nuclear de Chernobyl, en Ucrania, los trabajadores que entraron en un corredor debajo del dañado reactor número 4 descubrieron un fenómeno sorprendente:lava negra que había fluido desde el núcleo del reactor, como si hubiera sido algún una especie de volcán creado por el hombre. Una de las masas endurecidas fue particularmente sorprendente y la tripulación la apodó Pata de Elefante porque se parecía a la pata del enorme mamífero.
Los sensores 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 científica Nautilus.
Una década más tarde, el Proyecto Internacional de Seguridad Nuclear del Departamento de Energía de Estados Unidos, que recopiló cientos de fotografías de Chernobyl, obtuvo varias imágenes de la pata de elefante, cuyo peso se estimaba en 2,2 toneladas (2 toneladas métricas).
Desde entonces, la pata de elefante, conocida como material que contiene combustible similar a la lava (LFCM), sigue siendo un macabro objeto de fascinación. ¿Pero qué es realmente?
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Debido a que la pata de elefante era tan radiactiva, los científicos de la época utilizaron una cámara montada sobre una rueda para fotografiarla. Algunos investigadores se acercaron lo suficiente como para tomar muestras para su análisis. Lo que descubrieron fue que la pata de elefante no eran restos del combustible nuclear.
En cambio, los expertos nucleares explican que la pata de elefante está compuesta de una sustancia rara llamada corio, que se produce en un accidente nuclear cuando el combustible nuclear y partes de las estructuras del núcleo del reactor se sobrecalientan y se funden, formando una mezcla. Corium solo se ha formado de forma natural cinco veces en la historia:una vez durante el accidente de Three Mile Island en Pensilvania en 1979, una vez en Chernobyl y tres veces en el desastre de la planta de Fukushima Daiichi en Japón en 2011.
"Si no se puede detener la fusión del núcleo, 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", dijo Edwin Lyman, director. de seguridad de la energía nuclear para la Unión de Científicos Preocupados, explica en un correo electrónico.
"La masa fundida caliente reaccionará entonces con el suelo de hormigón de la contención (si lo hay), cambiando de nuevo la composición de la masa fundida", continúa Lyman. "Dependiendo del tipo de reactor, el derretimiento puede extenderse y derretirse a través de las paredes de contención o continuar derritiéndose a través del piso, infiltrándose eventualmente en el agua subterránea (esto es lo que sucedió en Fukushima). Cuando el derretimiento se enfríe lo suficiente, se endurecerá hasta convertirse en una sustancia dura. , mineral parecido a una roca."
Mitchell T. Farmer, un veterano ingeniero nuclear y director de programas del Laboratorio Nacional Argonne, dice por correo electrónico que el corio se parece "mucho a la lava, un material de óxido negruzco que se vuelve muy viscoso a medida que se enfría y fluye como vidrio fundido pegajoso. Eso es lo que pasó en Chernobyl con la pata de elefante."
La composición exacta de un flujo de corium particular, como el que forma la pata de elefante de Chernobyl, puede variar. Farmer, cuyo equipo ha simulado accidentes de fusión de núcleos nucleares en investigaciones, dice que el tono marrón de la pata de elefante se asemeja al corio "en el que la masa fundida se ha erosionado hasta formar 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 utilizado para construir las plantas de Chernobyl."
Esto tiene sentido porque inicialmente, después de que el núcleo se derrita, el corio estará formado por los materiales con los que normalmente está hecho el núcleo. Parte de él también es combustible de óxido de uranio. Otros ingredientes incluyen el recubrimiento del combustible (generalmente 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 reabastece 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 se vieron 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 corio no se enfría, bajará 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 lo suficiente, el corium puede eventualmente derretirse a través de la vasija de acero del reactor y caer sobre el piso de concreto de la contención", explica. "Esto ocurrió en los tres reactores de Fukushima Daiichi". El hormigón que entre en contacto con el corium eventualmente se calentará y comenzará a derretirse.
Una vez que el hormigón se funde, se introducen óxidos de hormigón (normalmente conocidos como "escoria") en la masa fundida, lo que hace que la composición evolucione aún más, explica Farmer. El hormigón derretido también libera vapor y dióxido de carbono, que continúan reaccionando con los metales en el fundido para producir hidrógeno (y monóxido de carbono), provocando aún más cambios en la composición del corium.
El desastre resultante que creó la pata de elefante es extremadamente peligroso. En general, dice Lyman, el corio es mucho más peligroso que el combustible gastado no dañado porque se encuentra en un estado potencialmente inestable que es más difícil de manipular, empaquetar y almacenar.
"En la medida en que el corio retenga productos de fisión altamente radiactivos, plutonio y materiales del núcleo que se hayan vuelto radiactivos, el corio tendrá una alta tasa de dosis y seguirá siendo extremadamente peligroso durante muchas décadas o incluso siglos", explica Lyman.
El corio solidificado muy duro, como el de la pata de elefante, tendría que romperse para extraerlo de los reactores dañados. "[Eso] generará polvo radiactivo y aumentará los riesgos para los trabajadores y posiblemente para el medio ambiente", afirma Lyman.
Pero lo que es aún más preocupante es que los científicos no saben cómo podría comportarse el corio a largo plazo, como cuando se almacena en un depósito de desechos nucleares. Lo que sí saben es que el corion 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, se deslizó el Nuevo Confinamiento Seguro (NSC) sobre Chernobyl para evitar más fugas de radiación de la central nuclear. Se construyó otra estructura de acero dentro del escudo de contención para soportar el sarcófago de hormigón en descomposición en el reactor número 4 de Chernobyl. El NSC ayudaría, idealmente, a evitar que una enorme nube de polvo de uranio se disperse en el aire en caso de una explosión en la habitación 305/ 2. La habitación 305/2 estaba directamente debajo del núcleo del reactor número 4 y ha estado mostrando signos de mayores emisiones de neutrones desde 2016. Es totalmente inaccesible para los humanos debido a los niveles mortales de radiación.
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 plantas pongan fin a 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 materiales reales, pero utilizamos calentamiento eléctrico para simular el calor de desintegración en lugar del calentamiento de desintegración en sí", dice Farmer, explicando que la simulación hace que los experimentos sean más fáciles de realizar.
"Hemos centrado la mayor parte de nuestro trabajo en estudiar la eficiencia de la adición de agua para apagar y enfriar el corio para diversas composiciones de corio. Por lo tanto, estamos investigando la mitigación de accidentes. El otro extremo es la prevención de accidentes, y este es un enfoque principal. área para la industria nuclear."
Ahora eso da miedoInvestigadores del Laboratorio Nacional Argonne crearon este video, que muestra un charco fundido de óxido de uranio a 3600 grados Fahrenheit (2000 grados Celsius). Sus experimentos han simulado cómo un flujo de lava erosionaría el suelo de hormigón del edificio de contención de un reactor nuclear.
