Las consecuencias de la explosión podrían exacerbarse si el calor y la onda de choque de la explosión rompen las instalaciones del reactor. Esto podría dañar los sistemas de enfriamiento creando una reacción de agua zenón o envenenamiento. Este envenenamiento puede conducir a una explosión del propio reactor. Chernobyl es un ejemplo;
“Envenenamiento por xenón” o absorción de neutrones en reactores
Envenenamiento por xenón
Una contribución importante a la secuencia de eventos que condujeron al desastre nuclear de Chernobyl fue la incapacidad de anticipar el efecto del “envenenamiento por xenón” en la tasa de reacción de fisión nuclear en el reactor nuclear de Chernobyl.
La absorción de neutrones es la actividad principal que controla la tasa de fisión nuclear en un reactor: el 235
U absorbe neutrones térmicos para la fisión, y produce otros neutrones en el proceso para desencadenar otras fisión en la reacción en cadena. Para controlar la reacción en cadena, los absorbedores de neutrones en las barras de control limitan la velocidad de reacción, y el moderador (grafito en el caso de Chernobyl) reduce la velocidad de los neutrones rápidos para permitir que la reacción sea sostenida. Es un acto de equilibrio delicado que requiere un conocimiento detallado y un control cuidadoso.
Una de las secuencias extraordinarias en el funcionamiento de una reacción de fisión es la de la producción de yodo-135 como producto de fisión y su posterior descomposición en xenón-135. El yodo-135 es un producto de fisión bastante común, que supuestamente representa hasta el 6% de los productos de fisión. Tiene una probabilidad bastante pequeña de absorber un neutrón, por lo que no es en sí mismo un factor significativo en el control de la velocidad de reacción. Pero tiene una vida media de aproximadamente 6,7 horas y se descompone en xenón-135 (vida media de 9,2 horas). El xenon-135 tiene una sección transversal muy grande para la absorción de neutrones, ¡aproximadamente 3 millones de graneros en condiciones de reactor! Esto se compara con 400-600 graneros para el evento de fisión de uranio.
En el funcionamiento normal de un reactor nuclear, la presencia del xenón-135 se trata en el equilibrio de la velocidad de reacción. El yodo-135 se produce, se descompone en xenón-135 que absorbe los neutrones y por lo tanto se “quema” en el equilibrio establecido de las condiciones de funcionamiento. Hay una concentración de equilibrio tanto de yodo-135 como de xenón-135. Pero cuando el nivel de potencia se redujo drásticamente en el reactor de Chernobyl, la concentración de xenón-135 comenzó a aumentar porque el yodo original-135 estaba cerca de la concentración de equilibrio de máxima potencia para producirlo y el flujo de neutrones necesario para “quemarlo” no fue presente. Eventualmente llegaría a su punto máximo y disminuiría, pero con una vida media de 9.2 horas, ¡esa disminución llegaría demasiado tarde!
Cuando las personas que realizan las pruebas en el reactor de Chernobyl intentaron aumentar la potencia en algún momento de sus pruebas, no respondieron. Aparentemente, no entendieron que la falta de aumento se debió a la absorción de neutrones por el xenón, por lo que eliminaron por completo las barras de control para forzar el aumento. El aumento de la potencia luego quemó el xenón y también causó vacíos en el agua de enfriamiento, lo que aumentó rápidamente la velocidad de reacción y lo descontroló.
El “envenenamiento por xenón” de la velocidad de reacción se conocía desde hace muchos años, ya que se había tratado en los reactores de producción de plutonio originales en Hanford, Washington. De hecho, se trató en el Proyecto Manhattan original, donde se presentó como un dilema: los investigadores esperaban que una configuración dada mantuviera una reacción en cadena y no lo logró. Descubrieron que tenían que aumentar la concentración de combustible para superar la intoxicación por xenón. Así que el fenómeno había sido tratado desde los primeros días de nuestra experiencia con la fisión nuclear, y debería haberlo conocido cualquiera que tuviera el control de un reactor nuclear.