EL "CORIO" DE FUKUSHIMA

Edgar Mex

Solo unas cuantas horas después del tsunami, las barras de combustible de los reactores 1, 2 y 3 de la central nuclear de Fukushima, comenzaron a fundirse. Las pastillas de Uranio y de Plutonio se derritieron hasta llegar a los 3000° C, para dar nacimiento a una masa informe de magma incandescente llamada Corio (la peor pesadilla para el lobby nuclear).

Poco tiempo después, el Corio se desplomo e inició su descenso hacia el exterior de la vasija y del recinto, devorando y destruyendo todo a su paso, la espesa pared de acero de 17cm de la vasija principal, los 6cm de la vasija de confinamiento y los 8 metros de espesor de cemento de la base del recinto.

Cuando dentro de un reactor nuclear se rebasa el tan temido punto de no retorno, es decir, el momento en que las barras de combustible nuclear se funden y dan nacimiento a el Corio, ya nada se puede hacer. La tecnología desarrollada hasta hoy, no brinda una solución eficaz para controlar el magma incandescente. No existe ningún mecanismo o técnica probada que permita poner fin, de manera controlada y rápida, a su mortífera actividad.

TEPCO ha recurrido a rudimentarios remedios como verter agua, echar nitrógeno y boro, pero al parecer con pocos resultados. Ahora solo queda esperar, a que por las condiciones de su desplazamiento y configuración el Corio se enfríe por sí mismo, pero las emisiones de radiación continúan. Cada vez que el Corio entra en contacto con un estrato diferente lo incinera, cada vez que entra en contacto con acuíferos los vaporiza, es por ello que todavía se observan emisiones de vapor y humo de las entrañas de los reactores.

Para profundizar más sobre las características y el comportamiento del Corio, traemos para los lectores de CE un resumen del artículo “El Corio de Fukushima” publicado en el blog Fukushima.over-blog. Es por mucho, un trabajo revelador sobre lo que la humanidad está enfrentando en Fukushima.

Este artículo es el resultado de la recopilación de diversas fuentes, Blog de Fukushima, el blog Gen4.fr entre otros y de las aportaciones vertidas en el foro técnico de radio-protección Cirkus, que realizó Pierre Fetet, administrador del blog.

Corio!… la palabra tabú para TEPCO.

¿Por qué la empresa responsable de la peor catástrofe nuclear en el mundo, evita mencionar esa palabra? Sencillamente porque es la materia abominable, la más peligrosa jamás creada por el hombre. El Corio es una forma de magma incontrolable, radioactivo y altamente corrosivo, que se desplaza guiado por la fuerza de gravedad, a una temperatura de entre 2500°C a 3000°C destruyendo y devorando todo lo que encuentra a su paso como el acero y el cemento de la vasija y del recinto de contención.

Es tal su temperatura que el agua vertida no alcanza a entrar en contacto con él, instantes antes el agua se craquea, se descompone en oxigeno e hidrogeno y forma una burbuja de gas que evita que el magma y el agua se toquen.

El Corio es una materia que únicamente puede existir luego de producirse un grave accidente nuclear como en Fukushima o luego de una experimentación en laboratorio, es decir, no existe de manera natural en la tierra. Es un producto del ser humano.

No existe mucha información disponible con respecto al Corio en el medio nuclear, debido a que el Corio es la bestia negra del lobby nuclear. Three Mile Island en 1979, Chernóbil en 1986 y recientemente Fukushima, han producido cada uno su propio Corio.

Si bien ahora se sabe cómo se comportó el Corio de los dos primeros, no se sabe nada con respecto al de Fukushima, debido a que nada ni nadie se puede acercar lo suficiente para evaluarlo. Eso tomara mucho tiempo, hasta que el Corio se enfríe poco a poco y permita su inspección. Sin embargo, ahora con la experiencia acumulada, es posible intentar evaluar su condición, su comportamiento y sus consecuencias. Este artículo pretende dar un poco de claridad a lo que ocurre en esa remota región del planeta.

El Corio de Fukushima

1. Definición del Corio
2. Aspecto y composición del Corio
3. Elemento de todos los extremos
4. Cuando se formó el Corio en Fukushima
5. Cuantas toneladas de material se fundieron
6. Qué ocurre cuando el Corio entra en contacto con el cemento
7. Qué ocurre con el metal
8. Qué ocurre con el agua
9. Qué significa Melt-down, Melt-through y Melt-out
10. Posibilidades de contener el Corio
11. Peligros del Corio.

DEFINICIÓN DE CORIO
El Corio es un magma resultado de la fusión de los elementos del corazón de un reactor nuclear. Está constituido principalmente del combustible nuclear, Uranio y Plutonio, del material (zirconio) de las paredes de las barras que contienen el combustible y de diversos elementos del reactor con los que va entrando en contacto como tuberías, soportes metálicos, cemento y barras. El término Corio es un neologismo formado por la raíz “core” (por corazón en inglés), seguido del sufijo io (ium, en francés) presente en el nombre de varios elementos radioactivos.

ASPECTO Y COMPOSICIÓN DEL CORIO
El Corio se parece a la lava fundida, con una consistencia pastosa entre líquido y sólido. Cuando se va enfriando el Corio forma un cascarón o costra en su superficie lo que limita el intercambio de temperatura. Para el caso de Fukushima, por el momento no existe la posibilidad de que esta costra se haya formado, en todo caso, si existe debe ser extremadamente delgada.

Debido a que la masa de los elementos que forman el Corio es diferente, estos van migrando dependiendo de su densidad, los más pesados (metales) se van al fondo, y los más ligeros (óxidos) migran a la superficie. El Corio está compuesto de una cierta cantidad de metales en fusión que provienen de los elementos derretidos del núcleo del reactor. El Zirconio que proviene de las paredes de las barras de combustible es el más observado, pues este reacciona en contacto con el agua, produciendo dióxido de zirconio e hidrogeno. Otros metales se encuentran en esta sopa formando una capa densa, conteniendo metales en transición como el rutenio, tecnecio, paladio, indio, cadmio, hierro, cromo, níquel, manganeso y plata. La capa o costra superior se compone de dióxido de zirconio y dióxido de uranio. Eventualmente puede contener óxido de hierro, óxido de boro, óxido de estroncio, de bario, lantano, antimonio, niobio y molibdeno.

MATERIAL DE TODOS LOS EXTREMOS
El Corio es el elemento de todos los extremos: extremadamente potente, extremadamente tóxico, extremadamente radioactivo, extremadamente caliente, extremadamente denso y extremadamente corrosivo.

Extremadamente potente:
Cada pastilla de combustible tiene el tamaño de un cubo de azúcar, dentro de ella existe la energía equivalente de una tonelada de carbón. Para el caso de Fukushima, la cantidad de pastillas que se presume se fundieron, es de alrededor de 33 millones, debido a que dentro del reactor 1 habían 400 conjuntos de 63 barras cada uno, (cada barra contiene unas 360 pastillas) y en los reactores 2 y 3 548 conjuntos de 63 barras cada uno. En Fukushima está en juego la potencia energética de alrededor de 33 millones de pastillas de combustible nuclear, es decir, unas 33 millones de toneladas de carbón. Está claro que el Corio puede generar una enorme cantidad de calor en total autonomía.

Extremadamente tóxico:
El Corio contiene una gran cantidad de productos en fusión, interactuando entre ellos sin descanso, produciendo gases y aerosoles. Es la toxicidad de esas emanaciones la que representa el problema, debido a que las partículas emitidas son extremadamente finas, invisibles y están en suspensión en el aire pudiendo desplazarse por todo el planeta. El uranio es un tóxico químico que puede tener efectos sobre los pulmones, los huesos, el hígado y el sistema nervioso comparables a los efectos de otros productos tóxicos como el merCorio, el cadmio y el plomo.

Extremadamente radioactivo:
El Corio emite tal cantidad de radioactividad que no es posible acercase a él. La radiación es letal para el ser humano y de una rapidez sorprendente, solo basta permanecer unos cuantos segundos para sucumbir ante las emisiones. La radiación del Corio ronda en los 28 terabecquerels por kilo, es decir, a un Corio de 50 toneladas le corresponde más de un millón de terabecquerels. Como el Corio se encuentra en estado crítico, es decir, que presenta reacciones de fisión nuclear, no es posible realizar una correcta modelización y todo puede ocurrir. Lo que se sabe es que a medida que los elementos pesados se reagrupan, la masa crítica aumenta, y por lo consiguiente la reacción y la temperatura. Por el efecto del coeficiente de temperatura negativa, la reacción y la temperatura tienden a disminuir. Se establece de esa forma un ciclo de crecimiento y disminución del volumen del núcleo altamente activo.

Ese efecto de respiración del Corio está, sin duda, en relación con los cambios de temperatura registrados por TEPCO en Fukushima.

Extremadamente caliente:
La empresa nuclear francesa AREVA, por medio de François Bouteille, ha explicado que el Corio tiene una temperatura de 2500°C. Pero de hecho, según su entorno, el Corio puede llegar hasta los 3200° debido a que la temperatura de fusión del óxido de uranio es del orden de 2900°C. Como comparación ponemos tomar de ejemplo la temperatura de la lava de un volcán que se sitúa entre los 700 y 1200°C. La temperatura del Corio, puede hacer fundir la mayor parte de los materiales que encuentra a su paso, como el acero y el cemento. Es justamente por esta característica que el Corio es incontrolable. Nadie puede acercarse y nada lo puede contener, el Corio destruye todo a su paso.
Otra fuente de calor es la oxidación de metales por reacción química en caliente en contacto con el oxígeno atmosférico o el vapor de agua. Las investigaciones hechas en laboratorio no han permitido hasta ahora recrear las verdaderas condiciones del Corio, como las ocurridas después de un accidente nuclear, Los experimentos realizados hasta ahora son digamos más limitados, a temperaturas menos importantes y con masas mucho más modestas, sin embargo a partir de los parámetros estudiados es posible determinar, que el acero del fondo de la vasija de cualquier reactor de Fukushima, bajo el efecto del magma del Corio, se fragiliza a partir de los 1000°C.

En Chernóbil, fueron necesarios de 6 a 7 meses para lograr una parada en frio de la masa de Corio. En Fukushima, según las últimas informaciones de TEPCO y del IRSN, la parada en frio de los “reactores” será para el mes de enero de 2012, pero no se menciona la parada en frio de la masa de Corio, por lo que se supone que para lograr enfriar el Corio, será necesario mucho más tiempo, probablemente varias décadas.

Extremadamente denso:
El Corio tiene una densidad del orden de 20, es decir, alrededor de tres veces más que el acero. Un metro cúbico de Corio pesa 20 toneladas (contra una tonelada por metro cúbico para el agua). El volumen de los diferentes Corios en Fukushima está estimado por Jansson-Guilcher en alrededor de 1,5 m3 para el reactor 1, es decir, unas 30 toneladas, sin contar el material que haya podido absorber en su descenso. Para el reactor 2 y 3, se calcula que existe alrededor de 4 m3 en cada uno, es decir, unas 70 toneladas en cada reactor. Visto así, resulta mucho más claro imaginar la presión que ejerce tal masa de Corio sobre una pequeña superficie de acero o de cemento.

Extremadamente corrosivo:
El Corio es capaz de atravesar el casco de acero de una vasija y de la base de cemento que la sostiene. La vasija principal (RPV, Reactor Pressure Vessel) tiene 17 cm de espesor. La vasija secundaria de confinamiento (Drywell o PVC, Pressure Containment Vessel) tiene solo alrededor de 5 cm pero envuelta por un escudo de cemento. Finalmente, la plancha de cemento de base tiene, en teoría, unos 8 metros de espesor. El Corio puede atravesar todos estos elementos. Información detallada en los capítulos 7 y 8 del artículo.

¿CUÁNDO SE FORMÓ EL CORIO EN LOS REACTORES DE FUKUSHIMA?
La falla en el sistema de enfriamiento de la central de Fukushima Daiichi ocurrió el 11 de marzo 2011, pero no se sabe hasta ahora la causa exacta, se desconoce si el origen vino del temblor, del Tsunami o de una falla humana para el caso del reactor 1. Después de dos meses de disimular, la empresa TEPCO acabó por reconocer que el combustible de los reactores 1, 2 y 3 se fundió. El reactor número 1 dejo de ser enfriado durante 14 horas, el 2 durante 6 horas y media y el reactor 3 durante casi 7 horas.

¿CUÁNTAS TONELADAS DE COMBUSTIBLE SE HAN FUNDIDO?
A partir de los datos conocidos de los combustibles de los reactores en Fukushima Daiichi, se puede calcular la masa de combustible del Corio de los tres reactores.

Para el reactor 1 hay alrededor de 69 toneladas de Corio, tomando en cuenta el combustible inicial más los materiales absorbidos en su trayectoria hacia el fondo. Para el reactor 2, existen 94 toneladas de Corio y para el reactor tres 94 toneladas también. Es decir, una masa total de combustible de 257 toneladas. Como comparación, el Corio de la central accidentada de Three Mile Island fue de 20 toneladas y el de Chernóbil entre 50 y 80 toneladas. Pero además hay que tener en cuenta que el Corio del reactor 3, contiene plutonio salido del combustible MOX. Este último, constituido de plutonio al 6.25%, el reactor número 3 contenía 32 conjuntos de MOX de los 548 presentes. Se calculan en alrededor de 300 kg la masa de plutonio salido del combustible MOX.

EL PROCESO DEL CORIO DE FUKUSHIMA
Tomando en cuenta los resultados del estudio del Oak Ridge National Laboratory, que reseña la simulación de accidente de este tipo, dentro de un reactor de agua hirviente, similar al de Fukushima Daiichi, se sabe que solo son necesarias 5 horas en las que el núcleo no esté ubierto de agua, solo unas 6 horas más para que las barras comiencen a fundir, unas 6 horas para que el núcleo se derrumbe, 7 horas para que el fondo de la vasija sea perforado y 14 horas para que el Corio atraviese la capa de 8 metros de cemento, con una progresión de 1.2 m por hora.
Podemos suponer razonablemente que la vasija del reactor 1 de Fukushima fue perforada por el Corio, la misma noche del 11 de marzo de 2011 y que terminó por atravesar la base del recinto el día 12 de marzo. En cuanto al Corio de los reactores 2 y 3, se sabe que tuvieron el tiempo suficiente para formarse durante las 6 horas en las que permanecieron sin sistema de enfriamiento. Es muy probable que hayan perforado el fondo de la vasija, según fuentes de TECPO. Al parecer, la base del recinto de la central de Fukushima, tiene una cavidad para hacerla más resistente a los sismos, es decir, que el Corio podría haber tenido menos resistencia en su migración al exterior.

En el caso de que el Corio logre escapar del recinto y llegue hasta el terreno natural, dos escenarios son posibles. Ya sea que se concentre sobre sí mismo formando un pozo de aproximadamente 80 cm de diámetro para descender verticalmente a una velocidad indeterminada que puede variar, pero como mínimo de 1 metro por día. En este escenario la fuerza del Corio se concentra. La otra posibilidad es que se disperse en distintas direcciones por causa de los diferentes estratos o fallas geológicas del terreno. En este caso el Corio pierde potencia y se divide en diferentes tentáculos.

A una temperatura que ronda entre los 2500 y 3000°C, parece imposible que el Corio se quede atrapado en alguna parte, por lo que es probable que ya se encuentre a varios metros por debajo de la central nuclear de Fukushima. Sin embargo hay quienes afirman que también es posible que Corio permanezca aún en el fondo del recinto de confinamiento, pero por el momento ninguna noticia seria al respecto ha sido comunicada. Se sabe que se puede medir la progresión del Corio con una espectrografía y espectroscopia aérea o satelital. También es posible realizar medidas utilizando varias gamas de frecuencia de infrarojo.

¿QUÉ OCURRE CUANDO EL CORIO SE ENCUENTRA CON EL CEMENTO?
En contacto con el Corio, el cemento se vitrifica para después descomponerse. El proceso se vuelve progresivamente más rápido a medida que el Corio se acumula en el mismo lugar. El cemento tiene su punto de fusión a 1300°C. El Corio a 2800°C lo transforma en diversos gases y aerosoles: Cal viva, silicio, agua, gas carbónico, monóxido de carbono e hidrogeno, que puede producirse en grandes cantidades. Se produce también telurio a medida que el telurio de zirconio se descompone.Todos estos productos se mezclan e interactúan entre si aumentando la energía del magma.

El cemento que se encuentra por debajo del Corio, se vitrifica progresivamente, formando una masa más o menos regular en forma de tubo, cuya estructura se asemeja al de las cerámicas, que termina por desagregarse del resto del cemento debido a que su estructura molecular se vuelve diferente. Esta masa vitrificada de cemento es la que sirve de brecha al Corio para abrirse camino hacia abajo.

¿QUÉ OCURRE CUANDO EL CORIO SE ENCUENTRA CON EL METAL?:
Existen muy pocos metales que pueden soportar las temperaturas del Corio (entre 2500°C y 3000°C), además son muy raros y no cuentan con las propiedades mecánicas del acero. Es por ello que la mayor parte de las vasijas de los reactores nucleares son fabricadas en acero. El acero tiene una temperatura de fusión del orden de 1538°C, el fondo de la vasija no puede resistir por mucho tiempo el ataque del Corio a 3000°C.

¿QUÉ OCURRE CUANDO EL CORIO SE ENCUENTRA CON EL AGUA?
El agua es craqueada a partir de 850°C por termólisis, el agua sufre por el calor una reacción por descomposición química en dos elementos, oxigeno e hidrogeno. Al mismo tiempo el agua sufre una radio-lisis, es decir el craqueo de la molécula del agua por la fuerte radioactividad, liberando radicales de hidrogeno e hidróxido. En experimentaciones de laboratorio se han constatado la formación de una burbuja de gas constituida por el hidrogeno, de oxígeno y vapor que recubre el Corio, lo que origina que el agua y el Corio nunca entren en contacto.

La radio-lisis y la termólisis participan en la perdida de temperatura de la masa del Corio a largo plazo, pero no en su enfriamiento propiamente dicho, el enfriamiento ocurre solo en el caso de que el Corio haya perdido su criticidad.

SIGNIFICADO DE MELT DOWN, MELT THROUGH Y MELT OUT
Melt down: Es cuando las barras de combustible se funden por falta de enfriamiento y se desploman hacia el fondo de la vasija, sin forzosamente perforar el acero.

Melt through: Es cuando el Corio logra abrir una brecha en la pared de acero de la vasija, ese proceso puede tomar de entre algunos minutos hasta varias horas. Después, si el Corio no es atrapado o enfriado, puede continuar su camino, perforando la base de confinamiento que es de unos 8 m de cemento.

Melt out: Es la fase final, y la más grave del accidente nuclear. El magma de Corio termina por escapar a todas las barreras de la central nuclear, y alcanza el suelo geológico, continúa su descenso de manera más o menos rápida, dependiendo de la composición del terreno y dispersando una fuerte radioactividad. Este proceso es conocido también con el nombre de síndrome de China, en referencia a los trabajos realizados por Ralph Lapp en 1971. Síndrome de China es también el nombre de una película estrenada días antes del accidente de Three Mile Island.

¿SE PUEDE CONTENER EL CORIO?
Como lo señala la síntesis R&D, relativa a accidentes nucleares graves en los reactores a agua presurizada, Balance y Perspectivas (2006, IRSN-CEA), no se puede afirmar, tomando en cuenta los experimentos efectuados, la posibilidad de estabilizar y enfriar el Corio en curso de ICB (interacción Corio-cemento), por inyección de agua por la parte superior. Los progresos en esa área son pobres debido a las limitaciones y dificultades tecnológicas para realizar pruebas a una escala adecuada.

En realidad los enormes esfuerzos por verter agua en helicópteros, solo permitieron enfriar el Corio residual que no se había escapado y que quedaba adosado a las paredes de la vasija cuya pequeña masa no produce criticidad. El agua, según las conclusiones del estudio, no garantiza el enfriamiento del Corio que se ha fugado.

El peor de los casos seria aquel en el que el Corio se atrincherara o se compactara ya sea en el cemento o en el terreno, lo que no solamente permitiría la mejor forma para conservar su integridad sino que además lo volvería inaccesible e imposible de enfriar. Al parecer, ese es el caso en Fukushima, de ahí la idea de TEPCO de crear un recinto subterráneo que limite la dispersión de la radiación. En Chernóbil el gobierno soviético no dudo para comenzar a construir una plancha de cemento por debajo de la accidentada central, ¿por qué ahora TEPCO no ha hecho la misma operación? ¿Tal vez por el costo económico, tal vez por la presencia de agua o tal vez porque es demasiado tarde?

LOS PELIGROS QUE REPRESENTA EL CORIO FUERA DEL RECINTO DE UNA CENTRAL NUCLEAR
Si el Corio se encuentra fuera de la central, descendiendo o atrapado en el terreno natural, (situación que es muy probable en Fukushima, dado que se han detectado isotopos de Cloro-38 en el agua de mar) los peligros pueden ser, primero: la formación continua de hidrógeno, segundo: la grave deterioración de la estructura de los edificios de los reactores que comprometería la seguridad de las piscinas de combustible utilizado, tercero: la formación de bolsas subterráneas de vapor radioactivo y de explosiones de gas, pudiendo llegar a formar geiseres de vapor y gas radioactivo en la superficie del suelo, cuarto: la contaminación de una vasta zona de mantos acuíferos, del mar, de la atmosfera, etc. y finalmente el quinto peligro: es el de una explosión nuclear limitada si la criticidad del Corio se conserva.

Traducción para Crisisenergetica, Edgar Ocampo.