Una revisión sobre las plantas de propulsión nuclear navales y los accidentes sufridos por submarinos de propulsión nuclear
UNA REVISIÓN SOBRE LAS PLANTAS DE PROPULSIÓN NUCLEAR NAVALES Y LOS ACCIDENTES SUFRIDOS POR SUBMARINOS DE PROPULSIÓN NUCLEAR
Los trabajos para desarrollar un reactor nuclear naval comenzaron poco después de terminar la SGM, siendo los EEUU la primera nación en construir un submarino nuclear operativo, el USS Nautilus, cuya entrada en servicio se produjo en 1955. Su reactor nuclear era del tipo PWR, es decir, refrigerado por líquido (agua) a presión. Si bien se ha experimentado con otros diseños alternativos, fundamentalmente usando metal líquido como refrigerante, actualmente sólo hay en servicio reactores refrigerados por agua a presión debido a sus ventajas respecto a otras tecnologías más exóticas.
En un submarino a propulsión nuclear el reactor genera calor a través de una reacción de fisión en cadena controlada del combustible nuclear. El calor generado por la reacción nuclear se transmite al agua a presión que circula por el llamado circuito primario, en contacto con las barras de combustible alojadas en el vaso del reactor. Este circuito se haya a una elevada presión (de 150 a 160 bares), mantenida gracias a un presurizador, para evitar que el agua pueda transformarse en vapor pese a alcanzar temperaturas cercanas a los 600ºC. Debido a que deben ser compactos y con una gran densidad energética, las plantas nucleares navales actualmente emplean combustible nuclear (U-235) altamente enriquecido, hasta más del 90% en el caso de los reactores de diseño norteamericano. A través de un intercambiador de calor el calor del circuito primario se transfiere al agua que circula por el llamado circuito secundario, que se transforma en vapor a alta presión. Este circuito trabaja a presiones menores, alrededor de 60 bares, y el agua/vapor alcanza una temperatura de unos 275ºC en la entrada a la turbina. Ambos circuitos están aislados el uno del otro de forma que el agua de circuito secundario no se contamine con los radionucleótidos contenidos por el agua de circuito primario. Este vapor mueve una o más turbinas que generan bien electricidad, bien energía mecánica a través de una caja de transmisión para mover el eje de la hélice. Una vez pasa por la turbina, el vapor es enfriado en un condensador y vuelve al estado líquido, siendo bombeado de nuevo hacia el generador del calor, habitualmente después de ser precalentado. El agua del circuito secundario es repuesta de forma regular, normalmente usando agua de mar tratada por una planta desalinizadora.
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| Esquema simplificado de una planta nuclear naval basada en un reactor tipo PWR (US Navy) |
El agua contenida en el circuito primario no sólo sirve para absorber el calor generado por la reacción nuclear, sino que es usada como agente moderador de la propia reacción nuclear al “enlentecer” los neutrones generados al colisionar con los átomos de hidrógeno del agua, permitiendo una operación muy estable debido a la relación entre la temperatura/Densidad del agua y la velocidad de la reacción en cadena, de forma que esta tiende a enlentecerse a medida que aumenta la temperatura del agua del circuito primario. Junto al empleo de las barras de control, este mecanismo forma parte del sistema de control del reactor. Generalmente, en caso de accidente las barras de control automáticamente son introducidas en el reactor disminuyendo drásticamente su potencia térmica.
Si bien los reactores refrigerados por agua a presión son muy seguros, cualquier problema con el circuito primario de refrigeración puede tener consecuencias serias.
El caso más famoso: el K-19
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| El K-19 navegando en superficie (US Navy) |
El K-19 era uno de los dos primeros SSBN Proyecto 658, clase HOTEL para la OTAN. Uno de los primeros submarinos de propulsión nuclear soviéticos, tuvo una accidentada vida desde el momento en el que se puso su quilla, con múltiples accidentes en incidentes, incluyendo a su planta nuclear compuesta por dos reactores VM, llegando a su apogeo de la mala suerte en julio de 1961. Durante una patrulla rutinaria, el reactor de popa sufrió una pérdida completa de refrigerante junto al fallo de sus bombas de recirculación. Pese a que los sistemas de parada de emergencia funcionaron e insertaron las barras de control para interrumpir la fisión nuclear, el calor generado por el reactor continuó en ascenso, llegando la temperatura dentro del reactor a los 800ºC con un riesgo real de fusión del núcleo y de la rotura de la estanqueidad del reactor. Eso habría supuesto el escape del combustible, irradiando a toda la tripulación y posiblemente causando la pérdida de la nave. Sin otro método alternativo para enfriar el reactor, su comandante el capitán Zateyev ordenó improvisar un sistema de refrigeración de emergencia alimentado al circuito primario a través de un conducto soldado. Ello supuso que el personal de máquinas trabajara durante un periodo prolongado de tiempo en un ambiente altamente radioactivo, causando la muerte de los siete miembros de la tripulación en el mes siguiente al accidente, junto a otros 15 que perecerían en los dos años siguientes por patologías asociadas a su exposición a la radioactividad liberada a bordo del buque. Esta provenía del vapor y agua liberados por el circuito primario, altamente radioactivos y que se diseminaron a través del sistema de ventilación del submarino. Tras diversos avatares, la nave fue evacuada y remolcada a su base, donde contaminó un radio alrededor de 700m y se pasó dos años siendo reparada. El informe final achacó el accidente a una soldadura mal hecha en las tuberías del circuito primario, un problema compartido por otros submarinos soviéticos equipados con plantas similares.
El incidente del HMS Tireless
Tercer submarino de la clase TRAFALGAR, el HMS TIRELESS estaba propulsado por un reactor nuclear Rolls-Royce PWR-1 Core 3 cuyo vapor alimentaba a dos turbinas GEC capaces de propulsarlo hasta velocidades de más de 30 nudos en inmersión. Entró en servicio en 1984 y pasó a la historia 16 años después.
En mayo de 2000 causó una serie crisis diplomática entre España y Gran Bretaña al verse obligado a entrar a puerto en Gibraltar tras sufrir una pérdida de refrigerante en su circuito primario. Tras asegurar el reactor, el Tireless se dirigió al puerto amigo más cercano, Gibraltar, por sus propios medios usando su sistema de propulsión diésel eléctrico de emergencia. La presencia de un submarino nuclear averiado en el puerto de Gibraltar causó una gran alarma en la zona además de un importante conflicto diplomático, amplificado por el hecho de que los daños sufridos eran superiores a los calculados y la nave estuvo en puerto siendo reparada hasta mayo de 2001, depures de juzgarse como demasiado arriesgado remolcarla hasta el RU en superficie. Esto es un hecho difícil de criticar dado el pobre desempeño de los submarinos modernos en superficie, al estar diseñados para operar en inmersión y además disponer de un coeficiente de flotabilidad bastante escaso.
El problema sufrido por el Tireless no fue un caso aislado, ya que la revisión de otras naves equipadas con reactores tipo PWR1 de Rolls-Royce mostró la presencia de fisuras por stress en sus tuberías del circuito primario de forma que entre 2000 y 2005 un total de seis SSN británicos de las clases TRAFALGAR y SWITSURE tuvieron que sufrir reparaciones en sus reactores nucleares para reemplazar los tramos de tubería afectados.
El caso del HMS Ambush
Segundo miembro de la clase Astute, entró en servicio en 2013 y forma parte de la clase llamada a reemplazar a los TRAFALGAR. Al igual que el Tireless 16 años antes, se vio obligado a entrar en el puerto de Gibraltar después de sufrir una colusión con un carguero mientras navegaba sumergido, causando daños en su vela y en su cubierta superior. En este caso su reactor PWR-2 Core H no ha sufrido daños ni se ha visto implicado en el accidente.
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| El HMS Ambush es remolcado dentro de Gibraltar (chronicle.gi) |
De acuerdo con la información disponible el Ambush participaba en una edición de Submarine Command Course (SMCC), el famoso Perisher en aguas internacionales al Este de Gibraltar. El Estrecho es una zona con un intenso tráfico marítimo y debido a sus condiciones oceánicas son aguas traicioneras para un submarino, con un intenso ruido de fondo que hace difícil detectar otras naves de forma pasiva, además de tener un fondo escaso para que un SSN maniobre con libertad. Eso sin duda es un aliciente para el curso, pero aumenta el riesgo de sufrir algún tipo de accidente en la crítica fase de salir a superficie. Al parecer el Ambush estaría realizando esa maniobra cuando chocó contra un buque de superficie que no había visto/oído. No es un tipo de incidente extraordinario, siendo sufrido de manera relativamente frecuente por submarinos de todas las naciones pese a las medidas de seguridad aplicadas para evitarlos.
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| El HMS Ambush en la Base Naval de Gibraltar con los daños cubiertos por lonas y andamios (Chronicle.gi) |
Un caso reciente con una elevada pérdida de vidas ocurrió en febrero de 2001 cuando el USS Greeneville de la clase LOS ANGELES colisiono con el buque escuela japonés Ehime Maru en aguas de Hawái mientras salía a la superficie, causando el hundimiento de este con la pérdida de nueve de sus tripulantes.
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| El USS Greeneville en dique seco mostrando los daños sufridos tras embestir al Ehime Maru (US Navy photo) |
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| Pecio del Ehine Maru inspeccionado por buceadores de la US Navy (US Navy) |
¿Fukushima en el Estrecho?
Ciertos medios de comunicación haciendo alarde del más desvergonzado sensacionalismo has utilizado los incidentes del Tireless y el Ambush para hacer flotar el fantasma de un accidente nuclear mayor en la Bahía de Algeciras. Es evidente que por la zona operan naves propulsadas por energía nuclear de diversas naciones (los EEUU, Rusia y Francia) y, por tanto, existe el riesgo de que alguno de ellos sufra un accidente. Pero parecen olvidar que durante muchos años la Base Naval de Rota alojó a un destacamento de SSBN norteamericanos y sigue acogiendo buques de propulsión nuclear de los EEUU u otras naciones como Francia sin que nadie se rasgue las vestiduras.
¿Un accidente mayor en un submarino nuclear podría crear un escenario similar la de Chernóbil o Fukushima en Algeciras? Lo vemos muy poco probable. Como discutimos al principio de este artículo, hay grandes diferencias entre las grandes plantas de generación de electricidad terrestres y las compactas plantas navales, incluyendo la cantidad de material fisible implicada. En el caso ucraniano, el reactor de Chernóbil sufrió un incendio en sus barras de grafito y una explosión que lanzó grandes cantidades de radionucleótidos a la atmósfera y terreno circundante, causando una extensa contaminación que llegó hasta Europa occidental y mantiene un área de exclusión de miles de km2 alrededor de la planta. En el caso de Fukushima hablamos de reactores tipo BWR de gran tamaño que han sufrido daños en sus núcleos y han generado miles de metros cúbicos de agua contaminada además de esparcir gases radiactivos en la región circundante.
La experiencia con los accidentes navales ocurridos hasta ahora nos hace pensar que, a excepción de un caso mayor de sabotaje o atentado terrorista de muy difícil consecución, lo más probable es que hablemos de la pérdida de la nave con una posible contaminación local alrededor del pecio o un incidente de entidad mucho menor con el del K-19, donde la zona irradiada se limitaba a menos de 1km de radio alrededor de la nave.
En el caso de una explosión mayor que rompiera la vasija del reactor y esparciera su contenido podríamos encontrarnos ante un escenario de un accidente nuclear de gran magnitud, pero no vemos cómo podría llegarse a un escenario como ese en la situación actual. Para poder volar el reactor haría falta una gran cantidad de explosivo, bien colocado con fines terroristas o bien como resultado de una acción de guerra.
Un accidente por pérdida de refrigerante podría provocar contaminación radioactiva local por líquidos y gases, pero nada de la envergadura de los accidentes ucraniano y japonés.
Un el hundimiento de una nave nuclear, ¿Qué consecuencias podría traer? Revisamos en el siguiente listado los submarinos de propulsión nuclear hundidos en los últimos 50 años:
USS Thresher (SSN-593): perdido en abril de 1963 durante pruebas de sus sistemas de propulsión a gran profundidad. Posiblemente sufrió un problema eléctrico que causó la parada de emergencia de su reactor, perdiéndose al superar su cota máxima e implosionar. Sus restos están localizados y son controlados de manera regular por la USN, no habiéndose hallado niéveles anómalos de radiación.
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| Restos del domo del sónar del USS Thresher fotografiados desde el batiscafo Trieste II (US Navy) |
USS Scorpion (SSN-589) desaparecido en mayo de 1968 a unas 400 mn al sureste de las Islas Azores por causas desconocidas, su casco implosionó igualmente al sobrepasar su cota máxima. El reactor se haya enterrado en el sedimento del fondo marino y las visitas y las tomas de muestras periódicas no han hallado niveles anómalos de radioactividad. El Scorpion en el momento de su desaparición estaba armado con al menos dos torpedos Mk45 con cabezas nucleares. Si bien el reactor es un elemento de gran resistencia estructural, se cree que a estas alturas tanto los torpedos como sus cabezas nucleares hayan sufrido fuertes daños por la corrosión marina, siendo posible que el plutonio contenido esté expuesto al agua circundante dentro de los restos de la proa. Dada la densidad del plutonio se cree que este pueda hallarse enterrado igualmente en los sedimentos del fondo.
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| Imagen de la proa del USS Scorpion tomada desde el batiscafo Trieste II. en la cámara de torpedos hay al menos dos Mk45 con cabeza nuclear |
K-8: Clase 627/November. Hundido en el Mar Cantábrico, a unas 260 millas de la costa española en abril de 1970 tras sufrir un incendio a bordo. Además de dos reactores nucleares VM-A, estaba armado con cuatro torpedos de cabeza de nuclear.
K-27: Clase 645/November. Un único prototipo diseñado para usar dos reactores nucleares refrigerados por metal líquido. Tras varios incidentes asociados a sus reactores nucleares, fue dado de baja un posteriormente hundido en 1982 en el mar de Kara a sólo 33m de profundidad tras sellar su compartimento de reactores. Su casco es revisado de manera regular por Rusia y Noruega, sin mostrar rastros de contaminación por radionucleótidos aunque el riesgo de un escape radiactivo futuro es mayor que en otros casos debido a la escasa profundidad a la que se haya, contraviniendo las recomendaciones de la IAEA que indica una profundidad mínima de 3000m para el hundimiento de buques inservibles.
K-219: Clase 667A/Yankee. Hundido en octubre de 1986 a 510 millas al Este de Bermudas después de sufrir un incendio en uno de sus misiles balísticos, al entrar en contacto su combustible con agua de mar debido a un fallo del sellado de la tapa. Hundido en aguas profundas, además de dos reactores nucleares lleva a bordo 16 misiles R-27/SS-N-6 con alrededor de 34 cabezas nucleares.
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| El K-219 fotografiado desde una eronave norteamericana, mostrando los daños en su compartimento de misiles (US Navy) |
K-278 Komsomolets: Clase Mike. Hundido en el Mar de Barents en abril de 1989 tras sufrir un incendio a bordo. Dos reactores nucleares a bordo. El casco, construido en titanio, se encuentra en un excelente estado de conservación y tampoco se han hallado niveles anormales de radiación.
K-159: Clase November, dado de baja en 1989 y abandonado en su base en muy malas condiciones de conservación. Se perdió mientras era remolcado al astillero para su desguace en el Mar de Barents en agosto de 2003 en 300m de fondo, con sus dos reactores y su combustible a bordo. Se calcula que el material fisible a bordo rondaría los 800kg.
Aparte de las naves perdidas, la Unión Soviética se deshizo de varios reactores nucleares inservibles (incluyendo los del K-19) por el expeditivo método de hundirlos en el mar de Kara. Igualmente, el SSB de la clase Golf K-129, perdido por causas desconocidas en marzo de 1968 en el océano Pacífico al Oeste de Hawái, llevaba a bordo tres misiles SS-N-5 Serb armado cada uno con una cabeza nuclear de 1MT, pudiendo ser la causa de su hundimiento la puesta en marcha de uno de los misiles en el interior de su tubo. La CIA trató de recuperarlo a través del Proyecto Azorian, aunque oficialmente sólo se recuperaría la proa de la nave, volviendo a hundirse el resto de su casco incluyendo sus cabezas nucleares.
Conclusiones
No hay ningún diseño perfecto ni ningún humano perfecto. Siempre que haya plantas nucleares a bordo de naves de superficie o submarinas existe la posibilidad de que se produzca un accidente, cosa que ha ocurrido en diversas ocasiones a lo largo de la historia. Pero es poco probable que un accidente asociado a una planta nuclear pueda llegar a la entidad de accidentes como el de Chernóbil o Fukushima, los accidentes nucleares más graves de la historia.
Autor: Gorka L Martínez Mezo es Médico Especialista en Anestesiología y Reanimación Pediátrica. Historiador militar aficionado, es miembro fundador de Foro Naval con varias publicaciones y conferencias sobre Historia Naval y Aeronáutica. Profesor de prácticas en los departamentos de Pediatría y Anestesiología de la Universidad de Malaga, Ejerce y reside en La capital de la Costa del Sol junto a su mujer Rocío y su hija Valeria
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