Envenenamiento por Xenón

Una importante contribución a la secuencia de acontecimientos que condujeron a la catástrofe nuclear de Chernóbil, fue el fallo en anticipar el efecto de "envenenamiento por xenón" en la velocidad de la reacción de fisión nuclear en el reactor nuclear de Chernóbil.

La absorción de neutrones es la actividad principal que controla la velocidad de la fisión nuclear en un reactor. El ²³⁵U absorbe neutrones térmicos con el fin de fisionar, y produce otros neutrones en el proceso, para desencadenar otras fisiones en la reacción en cadena. Para controlar la reacción en cadena, los absorbentes de neutrones de las barras de control limitan la velocidad de la reacción, y el moderador (grafito en el caso de Chernóbil), ralentiza los neutrones rápidos que permiten el sostenimiento de la reacción. Es un acto de equilibrio delicado, que requiere un conocimiento detallado y un cuidadoso control.

Una de las secuencias extraordinarios en la operación de una reacción de fisión, es la producción del yodo-135 como un producto de fisión, y su posterior descomposición en xenon-135. El yodo-135 es un producto de fisión bastante común, ascendiendo según se tiene constancia, a un máximo del 6% de los productos de fisión. Tiene una probabilidad más pequeña para la absorción de un neutrón, por lo que no constituye por sí mismo, un factor significativo en el control de la velocidad de la reacción. Pero tiene una semi-vida de alrededor de 6,7 horas, y decae en xenón-135 (semi-vida de 9,2 horas). El xenón-135 tiene una sección transversal muy grande para la absorción de neutrones, alrededor de 3 millones de barns, ¡bajo las condiciones del reactor!. Esto se compara con 400-600 barns del evento de fisión del uranio.

En el funcionamiento normal de un reactor nuclear, la presencia del xenón-135 se relaciona con el equilibrio de la velocidad de la reacción. Se produce yodo-135, se desintegra en xenón-135 que absorbe neutrones, y es por consiguiente "quemado" en el equilibrio establecido por las condiciones de funcionamiento. Hay una concentración de equilibrio de ambos, el yodo-135 y el xenón-135. Sin embargo, cuando el nivel de potencia se redujo drásticamente en el reactor de Chernóbil, la concentración de xenón-135 comenzó a aumentar debido a que el padre, el yodo-135, estaba cerca de la concentración de equilibrio para la producción de plena potencia, y no estaba presente el flujo de neutrones necesario, para "quemarlo". Con el tiempo, llegaría a su pico y disminuiría, pero con una semi-vida de 9,2 horas, ¡esa disminución podría llegar demasiado tarde!

Cuando los aperadores que realizaban las pruebas en el reactor de Chernóbil, trataron de aumentar la potencia en algún momento, esta no respondió. Al parecer, no entendieron que el fallo en aumentarla, era debido a la absorción de los neutrones por el xenón, por lo que eliminaron completamente las barras de control para forzar el aumento. Luego, el aumento de potencia quemó el xenón, y también produjo huecos (vacíos) en el agua de refrigeración, con lo que ambas acciones incrementaron rápidamente la velocidad de reacción, llevándola fuera de control.

El "envenenamiento por xenón" de la velocidad de reacción se conocía desde hacía muchos años, después de haber sido tratado en los reactores originales de producción de plutonio en Hanford, Washington. De hecho, fué tratado en el proyecto Manhattan original, donde se presentaba como un dilema -los investigadores esperaban que con una determinada configuración, se podía mantener una reacción en cadena y no pudieron hacerlo-. Encontraron que tenían que aumentar la concentración de combustible para superar el envenenamiento por xenón. Así que el fenómeno se había tratado desde los primeros días de nuestra experiencia con la fisión nuclear, y debería haber sido conocido por cualquier persona que tuviera el control de un reactor nuclear.