Contaminación del agua.
La concentración de radiación en el agua publicada por la IAEA y TEPCO es de 20 millones de Becquerels por centímetro cúbico. Habiendo estimado el volumen de agua depositado en el mar (5 millones de litros por mes), podemos encontrar la dosis de radiación liberada al medio ambiente. También podemos calcular la dosis: supongamos para simplificar que la radiación es debida a rayos gamma de 1 Mev, ya que los neutrones, las partículas alfa y los betas, son frenados en el agua. El factor de calidad de los rayos gamma es 1.
Un Mev equivale a ~1.6 10-13 Joules, entonces tenemos 20 106 1.6 10-13 Joules/segundo cm3. Suponiendo que la radiación absorbida en el agua es igual a lo que absorbe un cuerpo sumergido en el agua tenemos:
H r»A E t,
donde H es la dosis, A es la actividad por unidad de volumen, E es la energía de la radiación, y t es el tiempo de exposición.
Esto da:
20 106 1.6 10-13 Joules segundo-1 cm-3 /(10-3kgs/cm-3)=3.2 mSievert/seg
Un operario que cayera al agua contaminada recibiría la dosis anual en un segundo. Si estuviera sumergido más de 15 minutos, seria fatal.
Lo peor puede ser peor
Lo peor que puede ocurrir es que una explosión de hidrógeno reviente la vasija del reactor, ya que de esta manera las partículas radioactivas podrían evaporarse directamente a la atmósfera. En este caso el alcance de la contaminación es imprevisible.
Ante este evento, el cálculo que se puede hacer es el siguiente: si un reactor que revienta tiene 1.3 toneladas de combustible, queda sin vasija y sin enfriamiento, probablemente un gran porcentaje se evaporara y liberara a la atmósfera. Supongamos aquí el 100 %. Conociendo la actividad del uranio, puede estimarse el volumen que la nube de uranio debe tener para que la dosis quede lo suficientemente diluida. Esto nos daría una idea del área afectada. La actividad del uranio, enriquecido al 3.5 % de isotopos enriquecidos, es 276238 Bq/gr. Para un reactor esto son 3.6 1011 becquerels. Suponiendo como antes que la energía del decaimiento es del orden del Mev. La densidad del aire es ~10-3 gr/cm-3; suponiendo que la nube radioactiva tiene una altura de ~100 metros; y que la nube tiene que estar diluida para producir una dosis menor a 0.2 mSv/año, obtengo que el área afectada es de ~100 km2. (La cuenta es:
3.591094`*^11 1.60217733 10-13 106 103 3600 24 365)/1016 mSv, donde 1016 cm3 es el volumen afectado).
Si todo el combustible, de todos los reactores y piletas se evaporara y se liberara a la atmósfera, debería multiplicar este numero por 6, o sea en total podrían ser >600 km2. El combustible en las piletas tiene mas masa que el combustible del reactor, por lo tanto este numero puede ser proporcionalmente mayor.
Estos resultados son consistentes con el accidente nuclear de Chernobyl, aunque probablemente este reactor tenía más combustible del que estime para Fukushima. En el mapa de las zonas confiscadas/cerradas en Chernobyl, el área confiscada entorno de la central tiene aproximadamente 600 km2, esta área tiene una contaminación mayor a 40 Ci/km2. Sin embargo el alcance total de la contaminación fue mayor a 20000 km2. La discrepancia entre mis números y la zona contaminada en Chernobyl se debe principalmente al viento. El viento tiene un aspecto positivo que es diluir la nube radioactiva, pero tiene un aspecto negativo que es crear un mosaico de zonas contaminadas, un tablero de ajedrez que alterna zonas de alta y baja contaminación. Esto hace que el área afectada se fractalize y afecte un área mucho mayor.
Porque se usa agua borada para enfriar el reactor?
El boro es un elemento químico que frena los neutrones de la fusión eficientemente.
La razón es que la sección eficaz de absorción de neutrones es de 3840 barns para el Boro, mientras que para el hidrógeno es de 0.332 barns. Solo el xenón seria mejor que el boro ya que tiene una sección eficaz de 2.650.000 barns (1 barn=10-24 cm2), aunque probablemente sea impractico inyectar enormes cantidades de xenón a alta presión en los reactores de Fukushima, en este momento.
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