No proliferación: un intercambio nuclear

No proliferación: un intercambio nuclear

Más de 100 reactores experimentales de la época de la guerra fría funcionan con uranio lo suficientemente puro para utilizarlo como arma nuclear. Sin embargo, el cambio a otros combustibles más seguros no es fácil.
Geoff Brumfiel

[ El fin de la guerra fría dejó los combustibles de uranio abandonados en diferentes reactores experimentales, incluido el reactor María en Polonia. ]

Estamos a comienzos de otoño, hace un día caluroso y los rayos de sol se cuelan entre los abetos y los tilos sobre una desgastada carretera. Por delante se alza un edificio de ladrillo en estado ruinoso rodeado por una verja. Parece un lugar tranquilo, pero en la verja hay una señal que dice: Teren Nadzorowany (zona bajo supervisión), en cuya parte superior se adivina un trébol rojo, el símbolo utilizado internacionalmente para indicar que existe riesgo de radiación. La señal es la única pista visible de lo que una vez albergó el edificio: suficiente combustible en reactores de uranio altamente enriquecido para construir más de 18 bombas nucleares.

Un grupo de periodistas y de funcionarios estadounidenses entra en fila en el edificio y examina las piscinas de agua ultrapura en las que una vez se almacenaba el combustible. El agua está calmada y clara, y no queda ni rastro del combustible. Aquí, en el Instituto Polaco de Energía Atómica en Otwock-Świerk, 30 kilómetros al sudeste de Varsovia, ya hace un año que se está vaciando el combustible. Hoy es el último día: el último cargamento se ha sacado de las piscinas y se ha almacenado en siete contenedores azules, que ahora están en los camiones situados en la puerta de entrada. En poco tiempo, los contenedores viajarán, entre medidas de alta seguridad, a una planta de reprocesamiento en Rusia, al este de los Urales, donde el uranio del combustible se convertirá a una forma más segura para usarlo en reactores de potencia.

El viaje será una especie de vuelta a casa, ya que el combustible llegó a Polonia desde Rusia hace más de 30 años. Sin embargo, tras los atentados del 11 de septiembre de 2001, los funcionarios de la Administración Nacional de Seguridad Nacional de Estados Unidos (NNSA, por sus siglas en inglés) temían que un combustible tan enriquecido fuera un blanco muy tentador para los terroristas que buscaran construir un arma nuclear. Así pues, hace un año, tras una larga negociación con el gobierno polaco, comenzaron a extraer el uranio y a transformar el reactor para que utilizara un combustible más seguro. Durante el último día del proceso, Nature tuvo el privilegio de ser testigo de la operación llevada a cabo por Estados Unidos.

No obstante, el reactor del instituto polaco no es ni mucho menos único, ya que existen alrededor de 130 reactores experimentales en laboratorios públicos y universidades que funcionan con combustible capaz de generar una bomba atómica (véase el mapa). El presidente estadounidense Barack Obama no mencionó explícitamente estos reactores en abril de 2009, cuando anunció una aceleración sustancial de las iniciativas contra la proliferación y se comprometió a garantizar la seguridad de todas las instalaciones nucleares vulnerables en sólo cuatro años. Sin embargo, muchos de estos reactores son “vulnerables”.

Los encargados del funcionamiento de los reactores experimentales no siempre están dispuestos a cooperar con la iniciativa estadounidense. Aunque existen combustibles alternativos más seguros, transformar los reactores para que puedan utilizarlos es difícil, caro y además requiere mucho tiempo. Grzegorz Krzysztoszek, director de la planta polaca, comenta: “No nos hace mucha gracia transformar nuestro reactor”. Sin embargo, para convencer a los responsables de los centros, la NNSA se ofrece a extraer el uranio usado anteriormente, así como a ayudar en el proceso de transformación y pagar el nuevo combustible (en el caso de la planta polaca, les han ofrecido unos 55 millones de euros). La agencia estadounidense Iniciativa de Reducción de la Amenaza Global ya ha ayudado a transformar o cerrar 72 reactores experimentales vulnerables en todo el mundo. Para cumplir con los ajustados plazos impuestos por Obama, la NNSA espera destinar unos 2.400 millones de euros en los próximos cuatro años para garantizar la seguridad de los reactores de uranio o transformarlos si es necesario, así como eliminar el uranio de diez países. El máximo responsable de la operación, Andrew Bieniawski, opina que se trata de un “plan ambicioso en términos de tiempo, pero considero que lo podemos conseguir”.

Abandonado
El reactor experimental polaco se construyó durante la guerra fría y es sólo uno de muchos reactores que Estados Unidos y la antigua URSS ayudaron a construir durante aquel período. El gigante polaco María, de 30 megavatios, recibió su nombre en honor a la científica Marie Curie y era uno de los dos grandes reactores experimentales que los soviéticos ayudaron a construir en el instituto a partir de la década de los cincuenta. Una parte importante del trato fue que los soviéticos se encargarían también del suministro de combustible de uranio altamente enriquecido.

Sin embargo, tras la caída de la Unión Soviética en 1991 llegaron tiempos difíciles. Los planes para construir un reactor comercial polaco en el norte del país se esfumaron y el más antiguo de los reactores del instituto se cerró en 1995. Así pues, sólo quedaba María, que desde entonces se ha convertido en una especie de reliquia. En la actualidad, la física nuclear más avanzada se lleva a cabo en los aceleradores de partículas, no en los reactores experimentales.

Aun así, María sigue resistiendo y es ya el único vestigio de la era nuclear en Polonia. Aunque ya no en un reactor puntero, Krzysztoszek afirma que ha encontrado su nicho en una investigación más utilitaria, principalmente, el uso de los neutrones del núcleo para aplicaciones con imágenes y la producción de isótopos médicos. Alrededor del 60% del presupuesto anual de María, de unos 4 millones de euros, procede del sector privado, incluida una empresa estadounidense que espera producir molibdeno-99, un isótopo de vida corta que se utiliza en la adquisición de imágenes médicas. El apagón de los reactores en Canadá y Holanda ha creado una escasez extrema de este isótopo en todo el mundo (véase Nature 460, 312-313; 2009) y el instituto polaco espera beneficiarse de ello.

A escala nacional, el reactor también forma parte de los planes del país para conseguir la independencia energética a través de una nueva era nuclear. Tal y como explica Krzysztoszek, el gobierno polaco quiere dejar de utilizar carbón o gas suministrado por Rusia. Antes de 2021-22, espera tener dos plantar nucleares en funcionamiento. No obstante, para ello se necesita que los científicos e ingenieros polacos adquieran formación en física nuclear y este reactor es la única planta disponible a nivel nacional.

Lo mismo ocurre en muchas de las otras centrales experimentales de todo el mundo: todavía son útiles. “No mantenemos el reactor en funcionamiento porque sí. Lo utilizamos para hacer cosas”, explica David Moncton, director del reactor experimental del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, uno de los pocos en Estados Unidos que utiliza combustible capaz de generar una bomba atómica. El reactor del MIT se utiliza para probar nuevos combustibles y componentes, pero también para otras funciones menos evidentes: por ejemplo, el dopaje de los semiconductores de silicio mediante la introducción de fósforo en lugar de parte del silicio. Las obleas semiconductoras se usan en los componentes electrónicos de alto rendimiento que utilizan los vehículos híbridos.

Sean los reactores útiles o no, la seguridad en el uso de los combustibles sigue siendo una pesadilla. Existe el temor de que un grupo terrorista se pueda hacer con un extracto suficientemente grande de los isótopos de uranio-235 que participan en la fisión para construir una bomba atómica. Cuando los átomos de uranio-235 se rompen, se libera tanto energía como neutrones. Los neutrones chocan con los núcleos de uranio-235 y hacen que éstos se rompan, dando lugar a una reacción en cadena que, si no se controla, produce una explosión. Para evitar que cualquiera tenga acceso a un arma nuclear, el combustible de los reactores de potencia comerciales se diluye con grandes cantidades de uranio-238, un isótopo más común que no se rompe. Es imposible separar los dos isótopos sin un equipo altamente especializado, porque ambos son químicamente idénticos.

[ Grzegorz Krzysztoszek se ocupa de supervisar la transformación del reactor. ]

Sin embargo, la mayoría de los reactores experimentales utilizan hasta un 93% de uranio-235 puro mezclado con elementos como el aluminio. Esto permite que los reactores funcionen durante más tiempo y produce más neutrones con menos combustible. Pero el uranio se puede separar fácilmente de los demás elementos en el combustible, por lo que extraer suficiente uranio para fabricar una bomba nuclear es relativamente sencillo y está al alcance de los grupos terroristas sofisticados.

Vulnerables a los ataques
Además del problema de la seguridad del combustible, los reactores experimentales se encuentran a menudo en laboratorios públicos o en el sótano de los edificios en las universidades. Según afirma Matthew Bunn, experto en terrorismo nuclear de la Universidad de Harvard, en Cambridge, Massachusetts (EE. UU.), “muchos de estos lugares disponen de unas medidas de seguridad mínimas”. La amenaza no es meramente teórica: en 2007, dos grupos de hombres armados asaltaron el reactor nuclear Pelindaba cerca de Pretoria, en Sudáfrica. Mientras un grupo se enfrentaba a las fuerzas de seguridad de las instalaciones, que huyeron, los demás asaltantes cruzaron una verja electrificada y llegaron hasta un centro de control de emergencias situado en el interior de la planta. Allí dispararon a un trabajador en el pecho antes de darse a la fuga. No se les pudo atrapar. Aunque no se detectó que faltara uranio-235 (de hecho, se desconoce qué es lo que buscaban los asaltantes), los incidentes pusieron de relieve la vulnerabilidad de las plantas nucleares civiles.

La seguridad era una de las cuestiones clave para la NNSA en sus negociaciones con el instituto polaco, donde, tras la caída de la Unión Soviética, quedaron abandonados 454,9 kilogramos de uranio altamente enriquecido, tanto nuevo como usado. Y hoy en día la seguridad sigue siendo uno de los asuntos más importantes para los grupos estadounidense y polaco.

Antes de media tarde, los coches de policía se reúnen en una de las puertas más cercanas al edificio donde está el reactor. Se forman pequeños grupos de agentes, ataviados con camiseras negras, alrededor de un terreno adyacente en el que están aparcados los siete camiones que transportan los contenedores azules en los que se almacena el combustible usado que quedaba en la planta. De repente, se oye el estruendo de un helicóptero militar sobrevolando la zona: la escolta aérea ha llegado y el convoy se pone rápidamente en marcha. Uno por uno, los camiones van saliendo en fila hacia la estación de tren, su primera parada en el largo viaje hasta Rusia.

Tras su salida, el único uranio altamente enriquecido que queda en la planta está dentro del propio reactor. Como ocurre con otros reactores incluidos en el programa de la NNSA, el combustible será sustituido sistemáticamente por otro más seguro.

Sin embargo, esta tarea no es tan sencilla como parece. Los investigadores, tanto en Estados Unidos como en otras partes del mundo, tuvieron que realizar un arduo trabajo para desarrollar mezclas seguras, con cerca de un 20% de uranio-235, que funcionaran en el núcleo de los reactores nucleares pero no se pudieran utilizar para fabricar una bomba. Dado que los reactores están diseñados para funcionar con uranio altamente enriquecido, sólo lo hacen cuando existe una densidad muy alta de átomos de uranio-235, lo que puede hacer que el combustible sea menos estable. Por tanto, para evitar que se rompiera en un entorno tan intenso como el que se da en el núcleo del reactor, los investigadores tuvieron que dar con mezclas exóticas de uranio y otros elementos como el silicio y el molibdeno.

Las pruebas fueron un éxito y el combustible ya se puede utilizar en muchos de los reactores experimentales, incluido el María. Sin embargo, la mayoría de las instituciones con reactores de este tipo no dispone de los millones de dólares necesarios para comprar el nuevo combustible ni para transformar el núcleo de éstos con el fin de que funcionen con él. “Supone una cantidad de trabajo inmensa”, explica Michael Corradini, ingeniero mecánico y nuclear en la Universidad de Wisconsin-Madison, que el año pasado pasó a utilizar el combustible más seguro.

En el María, hasta los problemas aparentemente más nimios pueden suponer un desafío. Por ejemplo, tal como explica Krzysztoszek, el agua de refrigeración que ayuda a regular la reacción de fisión no circula igual de bien a través de la nueva mezcla, por lo que es necesario renovar las bombas. Además, será necesario transformar el núcleo gradualmente en una operación muy laboriosa que llevará casi dos años.

Destino final
Antes del anochecer, el convoy ha llegado ya a una estación de tren situada a las afueras de Varsovia. Los contenedores se apilan alrededor del tren, como parte de las medidas para evitar que durante el proceso de carga la mercancía quede a la vista. El helicóptero de vigilancia despega mientras los contenedores se introducen en los vagones de mercancías. Cuando cae la noche, el tren parte hacia el puerto báltico de Gdynia, unos 400 kilómetros hacia el norte.

Al fin y al cabo, la promesa de hacerse cargo del combustible usado ayudó a convencer a los polacos para utilizar combustible mixto en el reactor María. Como la mayoría de los países, Polonia no dispone de ningún lugar en el que almacenar a largo plazo el material nuclear usado y la oferta de Estados Unidos de llevarlo de vuelta a Rusia era demasiado tentadora como para rechazarla. Se espera que, gracias a la ampliación del programa de repatriación estadounidense y al desarrollo de nuevos combustibles para los reactores experimentales, muchos países dejen de utilizar uranio. En los próximos cuatro años, la NNSA confía en realizar la misma transformación en alrededor de diez países del mundo y llevar a cabo la mayoría de sus trabajos en todo el mundo antes de 2020.

En este momento, los equipos estadounidenses trabajan al máximo de sus posibilidades para acelerar la repatriación del combustible. El combustible suministrado por Estados Unidos volverá a dicho país mientras que el material soviético se llevará a Rusia. Entretanto, los científicos que trabajan en los laboratorios del Departamento Estadounidense de la Energía están ya cerca de conseguir la aprobación de un combustible de una densidad aún mayor que funcionará en reactores que no aceptan las mezclas disponibles en la actualidad.

Según Bunn, el mayor problema es que en la propia Rusia siguen funcionando unos 60 reactores con material suficiente para fabricar una bomba atómica. “Se han mostrado muy reacios al cambio”, explica. La NNSA, sin embargo, confía en convencer a los rusos y afirma que ya hay unos seis reactores en el país que están barajando una posible transformación.

La mañana siguiente, Bieniawski y el resto del equipo estadounidense se encuentran en la cubierta de un transbordador que se ha diseñado especialmente para trasladar el combustible. Bieniawski supervisa cómo los contenedores se colocan lentamente en el espacio reservado. “Ésta será la última vez que lo veamos físicamente”, explica. Él y su equipo ya están preparando el siguiente viaje a una nueva planta, que contiene más combustible del necesario para fabricar un arma nuclear. Cuando se le pregunta dónde está, contesta con evasivas: “De eso podemos hablar en otro momento”.