Bitácora de Física y Química

Zircaloy es un acrónimo de zirconio y allow (aleación en inglés), y es el nombre del material empleado para construir las vainas que contienen el material fisible empleado en las centrales nucleares.

El zircaloy es una aleación que contiene un 95 % de zirconio y un 5 % de otros metales, tales como niobio, hierro, cromo, niquel, estaño… etc. La aleación resultante es dúctil, dura y presenta una gran resistencia a la corrosión. Además, el zirconio tiene una propiedad sumamente interesante para su uso en reactores nucleares: presenta una tendencia muy baja a absorber neutrones.

Los neutrones son “las balas” que hacen que el material fisible (normalmente ²³⁵U) se rompa en dos núcleos más pequeños (fisión) a la vez que se desprende una gran cantidad de energía, debido a que una pequeña parte de la masa se convierte en energía (E = mc²). Los neutrones, por tanto, son muy necesarios para provocar la reacción que suministra energía y no es conveniente que sean absorbidos por otros materiales.

No obstante, no todo son ventajas. La química del zirconio presenta un  lunar para su uso en reactores nucleares. De todas maneras, hasta hoy, esto tenía poca importancia, y es que lo que está pasando en Fukushima es el clásico accidente que “los expertos” afirman que nunca puede pasar.

Volvamos a la química. Si la temperatura del zirconio (Zr) es suficientemente alta puede reaccionar con el agua. La reacción es similar a la que casi todos los estudiantes tuvieron ocasión de contemplar alguna vez en clase de química cuando el sodio reacciona violentamente con el agua:

 Zr _(s) + 2 H₂O _(l) —> ZnO_2 (ac) + 2 H_2(g)

Este proceso ha sido posible en Fukushima al fallar la refrigeración del combustible con el consiguiente aumento de la tempetatura de las vainas de zircaloy.

El desprendimiento de hidrógeno es un grave inconveniente ya que este gas, en contacto con el oxígeno del aire, forma una mezcla explosiva. Son estas explosiones las que han desmantelado los edificios de los reactores de Fukushima.

Pero el problema del desprendimiento de hidrógeno no termina ahí ya que una pequeña parte difunde al interior del zircaloy y reacciona con el zirconio formando hidruros. Estos hidruros son menos densos que la aleación (lo que implica la formación de “burbujas” en su interior) y presentan menor dureza, lo que hace que las vainas que contienen el material fisible se deterioren y se vuelvan frágiles (”hidrogen embrittlement”).

El panorama, como puede verse, es más que complicado.