En las ruinas de Fukushima: cómo un pequeño robot intenta salvar a la gran Japón

Trece años después del devastador terremoto y tsunami que sacudieron el norte de Japón, los ingenieros están cerca de resolver uno de los desafíos más difíciles en la historia de la energía nuclear. El desastre causó un corte de energía en la planta nuclear de Fukushima-1, lo que ocasionó la fusión del núcleo de los reactores y la liberación masiva de materiales radiactivos. Ahora, más de una década después, la compañía Tokyo Electric Power Co. (TEPCO), operadora de la planta, ha desarrollado un dispositivo robótico único para extraer las primeras muestras de combustible nuclear fundido.

A pesar de que Japón es líder en robótica industrial, en el momento del accidente, TEPCO no contaba con robots para responder de inmediato. Desde entonces, la compañía ha implementado activamente sistemas robóticos para medir los niveles de radiación, despejar escombros y examinar tanto las partes externas como internas de la planta.

La completa eliminación de las secuelas del accidente en la planta nuclear de Fukushima-1 llevará décadas. Uno de los desafíos más peligrosos y complejos es la extracción y almacenamiento seguro de unas 880 toneladas de combustible altamente radiactivo fundido de los tres edificios de reactores que operaban cuando el tsunami golpeó. La extracción de incluso una pequeña muestra, del tamaño de una cucharadita, ha sido tan difícil que los trabajos se han retrasado años.

Según estimaciones de TEPCO, mezclas de uranio, circonio y otros metales se han acumulado en el fondo de las envolturas de los reactores. Sin embargo, su composición exacta sigue siendo un misterio para los científicos. La compañía lo denomina "escombros de combustible": combustible sobrecalentado que se derritió junto con los elementos de generación de calor y las estructuras internas del reactor, y luego se enfrió y solidificó.

Inicialmente, se planeaba comenzar la extracción de muestras en 2021, pero los desarrolladores del equipo enfrentaron una serie de dificultades técnicas y obstáculos. La pandemia de coronavirus también afectó los planes.

No obstante, la situación podría cambiar en un futuro próximo. Los ingenieros han desplegado un dispositivo telescópico especialmente diseñado para trabajar con 237 toneladas de escombros de combustible en la unidad de energía número 2. Este reactor fue el menos afectado por el desastre y no sufrió una explosión de hidrógeno, lo que lo convierte en un campo de pruebas más seguro para llevar a cabo esta delicada operación.

Tatsuya Matoba, representante de TEPCO, explica: "Nuestro plan es extraer una pequeña cantidad de escombros de combustible de la unidad número 2, analizar cuidadosamente sus propiedades y el proceso de formación, y luego, con los datos obtenidos, pasar a la extracción a gran escala. Estamos convencidos de que obtener la mayor cantidad de información posible de los escombros extraídos será clave para el éxito de las futuras labores de desmantelamiento de la planta".

La dañada envoltura protectora del reactor es una masiva estructura de acero de 33 metros de altura con forma de bombilla invertida. En su fondo se encuentra una válvula de aislamiento de dos metros, diseñada para prevenir la liberación de materiales radiactivos. A través de esta válvula, el robot debe penetrar en su interior. Los escombros se encuentran parcialmente bajo el agua, lo que también complica la tarea.

El 31 de julio, la Autoridad Reguladora Nuclear de Japón dio luz verde para el uso de un manipulador robótico para extraer 3 gramos de escombros de combustible. La clave era garantizar la hermeticidad absoluta del proceso, excluyendo cualquier posibilidad de contaminación adicional. El dispositivo es el fruto de una colaboración entre Mitsubishi Heavy Industries, el Instituto Internacional de Investigación para el Desmantelamiento de Instalaciones Nucleares y la compañía británica Veolia Nuclear Solutions.

El manipulador es una maravilla de la ingeniería: una estructura de 22 metros de largo y 4,6 toneladas de peso, fabricada principalmente de acero inoxidable y aluminio. Es capaz de moverse con 18 grados de libertad y se asemeja en general a los brazos robóticos utilizados en la Estación Espacial Internacional. Cuando no está en uso, el dispositivo se guarda en un contenedor hermético especial, que garantiza su conservación y protección contra la radiación.

El robot consta de cuatro componentes principales: un carrito que empuja el dispositivo a través de aberturas estrechas; un sistema de eslabones articulados que pueden plegarse como una pila de papel de impresora matricial; un brazo con tres secciones telescópicas; y el llamado "bastón", un componente tubular extensible equipado con cámaras y una pinza en su extremo. Tanto el brazo como el "bastón" pueden inclinarse hacia abajo, lo que permite apuntar con mayor precisión.

Después de pasar por la válvula de aislamiento de la envoltura protectora del reactor, el robot se inclina suavemente hacia abajo y comienza a moverse por un riel especialmente instalado de 7,2 metros hasta la base del reactor. Luego, pasa cuidadosamente a través de las aberturas existentes en la estructura de soporte del reactor y la plataforma debajo de él.

En la etapa final, el extremo del manipulador, similar a una garra en una máquina de juguetes, desciende lentamente por un cable hacia el campo de escombros en el fondo. La pinza en el extremo del componente está equipada con dos pequeños alicates con una superficie total de solo 5 milímetros cuadrados. La muestra se coloca cuidadosamente en un contenedor especial y, si todo va según lo planeado, se extrae a través de las mismas aberturas. Luego, se traslada a una caja de guantes, una cámara hermética con presión negativa situada en el edificio del reactor, donde se pueden realizar los primeros análisis sin riesgo de liberar partículas radiactivas en el ambiente. Después, la muestra será enviada al laboratorio de la Agencia Japonesa de Energía Atómica en la prefectura vecina de Ibaraki para un análisis detallado.

El mes pasado, los ingenieros lograron un importante avance intermedio: la garra alcanzó el campo de escombros y recogió un trozo de material. Sin embargo, aún se desconoce si se trataba realmente de combustible fundido o simplemente de un fragmento de escombros de construcción. Pero la alegría fue breve, ya que unos días después, dos de las cuatro cámaras del dispositivo fallaron inesperadamente, y el robot tuvo que ser retirado de nuevo a su contenedor de protección. Los ingenieros revisaron minuciosamente el cableado desde el panel de control en el edificio del reactor y realizaron una serie de pruebas oscilográficas. TEPCO sugirió que la radiación que atraviesa los elementos semiconductores de las cámaras provocó la acumulación de carga eléctrica. Según los científicos, esta carga debería disiparse si se mantienen las cámaras encendidas en un entorno con una dosis relativamente baja de radiación.

Para concluir, Matoba subraya: "La extracción de escombros de combustible en la planta nuclear de Fukushima-1 no es solo un desafío técnico, sino un verdadero reto a la inteligencia e inventiva humana. Es una parte crucial del proceso de desmantelamiento de la planta, del cual depende el futuro de toda una región. Nuestro objetivo es completar el proceso en 30-40 años, y somos conscientes de que para lograrlo debemos avanzar de manera constante y metódica, resolviendo cada tarea actual con el máximo cuidado y atención a los detalles".