En la sala de
operación tronó el “tres hurras por el RP10”, todos contestaron ¡ra, ra, ra!.
No era para menos se había alcanzado el primer crítico del reactor nuclear
RP10, con los nuevos combustibles U3Si2. El ambiente plagado de especialistas e
instrumentación nuclear le decía al Perú. ¡Estos son, aquí están, los nucleares del Perú!. En la noche fría del 16 de setiembre a las 22.31 horas, la estancia de Huarangal era testigo una vez más del nacimiento de un reactor.
Pero qué
significa esto para el IPEN y para el país, se preguntará el 99% de ciudadanos
peruanos. Ciertamente, entender la ciencia y tecnología nuclear aplicada a la paz, es difícil. Lo poco que se sabe de lo nuclear, directamente lo relacionan con el lado bélico, vuelven imágenes de las bombas
atómicas de Hiroshima o Nagasaki durante la segunda guerra mundial.
En ambos casos
el origen está en conocer las propiedades de esa parte íntima de la materia, el
núcleo y sus constituyentes (protones y neutrones). Ellos permanecen juntos en
un tamaño de 10E-15m, gracias a la
fuerza nuclear que predomina a esas distancias, sobre las otras eléctrica y
gravitatoria.[1]
En la constitución
del universo se ha gastado mucha energía para mantener la existencia de los núcleos
de todos los elementos[2].
Consecuentemente si fuera posible modificar su estructura estable y liberar su energía
sería fabuloso. Años de estudio, los físicos, lograron encontrar el proceso (reacción
nuclear) mediante el cual sería posible provocar esa liberación. Esta reacción se llama la fisión nuclear[3],
la cual ocurre de manera espontánea (U238) o también inducida (U235) con el
uranio.
La búsqueda de
utilizar la inmensa energía de la fisión nuclear fue orientada al uso bélico,
promovida por la presencia de Hitler en Alemania. Hubo reacción en los Estados Unidos,
donde se gestó el proyecto manhattan, orientado a lo mismo. En ese camino, los
mejores físicos de entonces se congregaron y lograron en un primer paso,
controlar una reacción de fisión en cadena auto-sostenida, denominado a esta
infraestructura como reactor nuclear[4].
Sin embargo, esto pasó a segundo plano, dado que el objetivo inicial era bélico,
así se construyó la bomba atómica, dispositivo capaz de contener uranio en una
cantidad tal que iniciada la reacción de fisión en cadena autosostenida fuera incontrolable,
liberando energía al medio ambiente.
En el reactor
nuclear se alcanza la reacción nuclear de fisión auto-sostenida pero
completamente controlada. El uso pacífico permite utilizar la energía de la
fisión en la generación de energía eléctrica (las centrales de potencia), pero
también se pueden usar solo los neutrones que allí se producen (los reactores
de investigación). En el Perú, se disponen dos reactores de investigación, el RP0
con una potencia de 1 vatio y un flujo de neutrones de 10E7 n. cm-2.s-1,
y el reactor RP10 con una potencia de 10 millones de vatios y flujo de 10E14 n.
cm-2.s-1. El flujo neutrónico del primero sirve para usos
exclusivos de investigación y enseñanza, mientras que el segundo sirve para
producir radioisótopos, análisis multielemental, principalmente[5].
En la noche del 16
de setiembre a las 22:31 horas, en el reactor nuclear RP10, se repitió la experiencia
de aproximación a crítico de Fermi, dando
una segunda partida de nacimiento, esta vez con la incorporación de nuevos
elementos combustibles, siliciuros de uranio (U3Si2). El primer nacimiento ocurrió
el 30-11-1988, pero utilizando elementos de combustible de óxido de uranio
(U3O8), ambos del tipo MTR (material testing reactor, o de geometría paralelepípedo) con un enriquecimiento[6]
de 20%.
La experiencia
del primer crítico, es el punto de mayor ansiedad y expectativa durante la puesta
en servicio (PES) de un reactor, en la etapa de baja potencia, pues se alcanza
por primera vez una reacción nuclear de fisión en cadena auto-sostenida y
controlada. Con ello se dice que todos los sistemas (convencionales) y
nucleares están operando óptimamente, y consecuentemente se podría seguir a la
siguiente etapa, la de alta potencia, cuyo propósito será alcanzar la potencia nominal (caso
10 MW del RP10).
La puesta en
servicio tiene cuatro etapas: A: pruebas pre-nucleares; B: carga de
combustibles primer crítico; C: pruebas a baja potencia (menores a 1kW); D:
pruebas a alta potencia (mayores a 200kW hasta la potencia nominal de 10 MW).
En la primera etapa (A), se prueban los sistemas convencionales (instrumentación y
control, ventilación, mecanismos de control, sistema de refrigeración, sistema
de enclavamiento entre otros. En esta etapa se evalúa con cuidado la posición
de los detectores que seguirán la reacción nuclear de fisión) por separado, aún
no han entrado en contacto con el material nuclear (el combustible). En la
etapa B, se van a incorporar paulatinamente los combustibles nucleares, en un
orden que se denominan configuraciones nucleares previamente estudiadas (lo teórico
antecede a los experimentos), el objetivo es ir elemento por elemento, y seguir
la evolución de las reacciones de fisión,
provocados por neutrones desde una fuente externa, y prever con cuidado
cuánto de uranio falta para el primer crítico. El seguimiento se realiza
mediante la instrumentación electrónica ubicada en la sala de control. Cuando
se observa que la multiplicación creció lo suficiente, se extrae la fuente de
neutrones y se controla el crecimiento con las barras de control que contienen absorbentes de cadmio,
manteniéndolo en un nivel estable, o primer crítico. En la etapa C, se añaden otros componentes en la grilla, tales
como reflectores, cajas de irradiación, hasta alcanzar el núcleo de inicio o de
operación para el régimen de comercialización, allí se realizan otras pruebas, como
la determinación del valor de las barras de control, potencia neutrónica,
factor de pico. Finalmente viene la etapa D, donde el principal objetivo es
llevar a potencias mayores a 250 kW, hasta alcanzar la potencia nominal (10MW) para
el cual fue diseñado el reactor. Aquí el sistema que se somete a prueba es el
de refrigeración, compuesto por el refrigerante (agua liviana) que es enfriada
en las torres de enfriamiento, y los sistemas de refrigeración primario
y secundario.
Durante la PES,
prima la seguridad integral (instalación y humana), para ello se disponen de
ojos fiscalizadores muy exigentes, como son la autoridad nacional en este
aspecto (OTAN: Oficina Técnica de la Autoridad Nacional) y un comité externo (CES:
comité externo de seguridad) que debe ser integrada por personal diferente a
los responsables de la operación del reactor, con el ojo puesto en respetar los
procedimientos elaborados. Toda la PES, normalmente dura entre 3 a 4 semanas,
dependiendo de los instrumentos de medición que se dispongan, personal capacitado y horarios
de trabajo.
El 30 de
noviembre de 1988, algunos (como el suscrito) participamos de la primera puesta
a crítico del RP10, que ocurrió a las 19:30 horas, allí la totalidad de los grupos
(operación, mantenimiento y física de reactores) eran comandados por
argentinos. En la noche del 16-09-2019,
todos eramos peruanos, en los meses previos se había cuidado que todo esté bajo
control, es decir personas, maquinas, medios, procedimientos y
apoyo institucional. Así hubo, adquisición y reparación de equipos, elaboración
de la documentación controlada (20 capítulos del informe de seguridad,
procedimientos de todos los ensayos para las diversas etapas), formación y
entrenamiento de grupos de trabajo según las actividades establecidas en el
cronograma y procedimientos a fin de uniformizar el conocimiento (del tácito
al explícito y viceversa). Igualmente se requirió el soporte administrativo, oportuno presupuesto
y logística, hasta donde se pueda, pues hay que reconocer que el IPEN es una
institución pública.
Actualmente durante
la semana del 22 al 26 se espera culminar la etapa D y dar inicio a la producción
de radioisótopos como su actividad principal, pero el reto mayor será
posteriormente, incrementar
su uso, pasando de 12 horas semanales de operación a plena potencia (actualmente), hacia
100 horas (como son otros reactores en el mundo). Para ello se requerirá de la participación de todos los
sectores de la sociedad, en especial del sistema de ciencia, tecnología e
innovación nacional, la incorporación de especialistas nucleares
competitivos y mayor presupuesto.
La Pluma del Viento
Lima, 22 de Setiembre
de 2019
[1] Las fuerzas en la naturaleza, según el modelo estándar
son cuatro, la gravitatoria, eléctrica, nuclear débil y nuclear fuerte. Una comparación rápida en
cuanto a su intensidad sería, 1, 10E36, 10E25, 10E38, respectivamente.
[2] La relación de Einstein E=mc2 , aplicado
a la constitución de la materia, se conoce como el defecto de masa, explica la
energía que mantiene unida a las partículas
constituyentes del núcleo (energía de ligadura).
[3] La fisión nuclear fue descubierta por Otto Han el 19 de
diciembre de 1938, consiste en que un núcleo de uranio cuando absorbe un neutrón
se escinde en dos fragmentos de fisión, liberación de 2 a 3 neutrones, energía
gama, beta, con un valor medio de 200 MeV (millones de electrones voltio)
[4] El reactor nuclear se creó por Enrico Fermi, denominado Pila
de Chicago, con la primera reacción nuclear de fisión en cadena auto-sostenida
y controlada, el 2 de diciembre de 1942. Ahí, realizó la primera experiencia de
aproximación a crítico, que consistió en conocer la masa de uranio mínima capaz
de alcanzar la reacción auto-sostenida. Y, el control se alcanzaba con
elementos absorbentes, como el cadmio.
[5] Los
reactores nucleares de investigación tienen diversos usos que se incrementan
con la potencia, así para 1W, es educación. Mientras que para 10 MW, educación,
activación neutrónica, producción de radioisótopos, neutrografía, terapia por
captura de neutrones en boro, transmutación, datación, dispersión de neutrones,
gamas inmediatos principalmente.
[6] En la naturaleza el isótopo del uranio U235, se encuentra
solo en el 0.7%, y debido a que este se fisiona con neutrones de baja energía,
los combustibles en los reactores de investigación requieren que estos alcancen
el 20%.
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