El incendio de Windscale fue un incendio ocurrido el 10 de octubre de 1957 en las instalaciones de Windscale, en el condado de Cumbria (extremo norte de Inglaterra). Fue el peor accidente nuclear en la historia de Reino Unido, de una magnitud de nivel 5 de un máximo de 7 en la Escala Internacional de Accidentes Nucleares.
Los dos reactores habían sido construidos de forma apresurada como parte del proyecto de la bomba atómica británica.Gowing, M, Independence and Deterrence, Vol 2, p 386 ff. El reactor número 1 de Windscale se declaró en estado de funcionamiento en octubre de 1950, seguido por el reactor número 2 en junio de 1951.Editorial, J. Radiol. Prot. 27 (2007) 211–215 El accidente ocurrió cuando el núcleo de la unidad 1 del reactor nuclear en Windscale, Cumberland (ahora Sellafield, Cumbria) se incendió, liberando sustanciales cantidades de contaminación radiactiva en la zona que lo rodeaba. Especialmente preocupante en ese momento resultaba el isótopo radiactivo yodo-131, que puede causar cáncer de tiroides. Con posterioridad, se estimó que el incidente causó 240 muertes adicionales debido al cáncer. No fue evacuado nadie en la zona, pero se temía que la leche pudiera estar peligrosamente contaminada. La leche producida en la zona de aproximadamente 500 km² alrededor del accidente fue diluida y destruida durante aproximadamente un mes. Un estudio del año 2010 sobre trabajadores que participaron directamente en las tareas de limpieza no encontró efectos a largo plazo sobre su salud provocados por su participación en dichas tareas.McGeoghegan, D.; Whaley, S.; Binks, K.; Gillies, M.; Thompson, K.; McElvenny, D. M. (2010). "Mortality and cancer registration experience of the Sellafield workers known to have been involved in the 1957 Windscale accident: 50 year follow-up". Journal of Radiological Protection 30 (3): 407–431.McGeoghegan, D.; Binks, K. (2000). "Mortality and cancer registration experience of the Sellafield employees known to have been involved in the 1957 Windscale accident". Journal of Radiological Protection 20 (3): 261–274.
Los reactores de Windscale
thumb|right|El diseño del reactor número 1 de Windscale. Leyenda: Filter: Filtro, Channel: Canal, Fuel rods: varillas de combustible, Graphite core: Núcleo de grafito, Air flow: Flujo de aire.
thumb|right|Diagrama esquemático del reactor de Windscale. Leyenda: Filters: Filtros, Biological Cover: Cubierta biológica, Graphite Core: Núcleo de grafito, Coolant Air Intake: Ingreso de aire de refrigeración, Fuel Output: Salida del combustible. Después de la Segunda Guerra Mundial, el Gobierno británico no quería quedarse atrás como potencia mundial en la emergente carrera armamentística, por lo que se embarcó en un programa para construir su propia bomba atómica tan rápidamente como fuera posible.
Los reactores fueron construidos en poco tiempo cerca de la pequeña aldea de Seascale, Cumberland, y fueron conocidos como la Pila 1 y la Pila 2 de Windscale. Se habían encerrado en grandes edificios de hormigón a pocos centenares de metros uno del otro. Los reactores eran del tipo moderado por grafito y refrigerados por aire. Debido a que la fisión nuclear produce grandes cantidades de calor, era necesario enfriar los núcleos de los reactores soplando aire a través de unos canales en el grafito. El aire frío era introducido por una batería de grandes ventiladores, y el aire caliente posteriormente era extraído por la parte trasera del núcleo hasta una chimenea. Se agregaron filtros en las etapas finales de la construcción en la parte más alta del cañón de las chimeneas, a solicitud de John Cockcroft y estos eran almacenados en galerías en la parte más alta de los cañones de descarga de las chimeneas. Se consideraban innecesarios, un desperdicio de tiempo y dinero y representaron un problema de ingeniería, al ser agregados tardíamente en el proceso de construcción en grandes bodegas de hormigón en la parte superior de unas chimeneas de 120 metros de alto. Debido a esto, fueron conocidos como la Locura de Cockcroft por los trabajadores e ingenieros. Como resultaron finalmente las cosas, la Locura de Cockcroft probablemente previno que un desastre se convirtiera en una catástrofe.
Diseño del núcleo Los reactores fueron construidos a partir de un núcleo de grafito sólido, con canales horizontales a través de los cuales se podían pasar cartuchos de uranio y de isótopos, para poder exponer a los cartuchos de isótopos a la radiación neutrónica producida por el uranio y fabricar de esa forma plutonio y radioisótopos, respectivamente. El combustible y los isótopos eran colocados en el interior de los canales en la parte frontal del reactor, la cara de carga, y el combustible nuclear gastado era empujado a través del núcleo y sacado por la parte trasera, la cara de descarga, hacia un conducto de agua para un enfriamiento inicial previo a su recuperación y procesamiento para extraer el plutonio.
Combustible Se usaba metal de uranio no enriquecido en cartuchos de aluminio con aletas para mejorar su refrigeración para la producción de plutonio. Como el propósito de este plutonio era ser usado en armas, el grado de combustión del combustible habría sido mantenido bajo para reducir la producción de isótopos más pesados del plutonio (240Pu, 241Pu, etc.).
Cartuchos de isótopos Las siguientes sustancias eran colocadas al interior de cartuchos metálicos y eran sometidas a la irradiación de neutrones para crear radioisótopos. Tanto el material blanco y algunos de los isótopos producidos se indican más abajo. De estos, la liberación de polonio 210 produjo la contribución más significativa a la dosis de contaminación radiactiva sufrida por la población general.
Litio-magnesio aleación: tritio Nitruro de aluminio: carbono-14 Cloruro de potasio: cloro-36 Cobalto: cobalto-60 Tulio: tulio 170 Talio: talio 204 Óxido de bismuto: polonio 210 Torio: uranio-233
Energía de Wigner
En la época en que los reactores se estaban construyendo, los británicos, a diferencia de los estadounidenses y los soviéticos, tenían poca experiencia con el comportamiento del grafito cuando este era expuesto a neutrones. El físico estadounidense de ascendencia húngara Eugene Wigner había descubierto que el grafito, cuando era bombardeado por neutrones, sufría de dislocaciones en su estructura cristalina que causaban la acumulación de energía potencial. Esta energía, si se permitía su acumulación, podía escapar espontáneamente en un poderoso golpe de calor. Una vez comisionado y en operaciones, la Pila 2 de Windscale, experimentó un misterioso aumento en la temperatura del núcleo, lo que fue atribuido a un súbita liberación de energía de Wigner. Esto preocupó a los científicos británicos, así que se buscó una forma segura de liberar la energía almacenada. La única solución viable fue un proceso de recocido, en el que el núcleo de grafito era calentado a una temperatura de 250 °C por medio del combustible nuclear para permitir que los átomos de carbono desplazados regresaran a su lugar en la estructura cristalina, liberando gradualmente su energía almacenada como calor, y causando una entrega uniforme dispersada a través de todo el núcleo. El recocido tuvo éxito en prevenir la acumulación de energía de Wigner, pero el equipo de monitorización, el reactor en sí mismo y todo el resto de las instalaciones tales como el sistema de refrigeración nunca fueron diseñados para esto. Cada ciclo de recocido era ligeramente diferente y progresivamente más difícil a medida que el tiempo pasaba; muchos de los últimos ciclos tuvieron que ser repetidos, y cada vez se requerían temperaturas más y más altas para poder iniciar el proceso de recocido. También se pudo determinar que permanecían algunos paquetes de energía de Wigner que no pudieron ser liberados en las ocasiones previas.
Durante el accidente, el combustible de uranio se incendió, no el moderador de grafito como se había pensado mayoritariamente. Una inspección hecha en 2005 mostró que el grafito dañado estaba localizado alrededor de los elementos de combustible. Las fases de recocido no fueron parte del plan original, así que se colocaron termopares en diferente posiciones en el reactor para monitorizar las operaciones normales, pero no para controlar el proceso de recocido. Esto permitió que se formaran puntos de calor desconocidos. El combustible de uranio metálico del reactor podía incendiarse fácilmente en presencia de oxígeno, a diferencia del dióxido de uranio usado en los reactores modernos. El vaciado directo del aire de refrigeración hacia la atmósfera significaba que cualquier escape de material radiactivo desde el núcleo que pudiera pasar a través de los filtros sería liberado hacia el ambiente externo.
El accidente Cambio de propósito Con el propósito de acordar un tratado de armas nucleares con Estados Unidos, los británicos tenían que demostrar que eran tecnológicamente sus iguales. Las instalaciones de Windscale fueron construidas para producir plutonio para la primera bomba atómica británica. Después de la exitosa explosión de la bomba atómica, Estados Unidos diseñó y probó una bomba termonuclear que requería tritio. Los británicos no tenían ninguna instalación para producir tritio y decidieron usar los reactores de Windscale. El tritio puede ser producido en reactores nucleares usando la activación por neutrones del litio-6. Se necesitaban temperaturas más altas para este proceso que las necesarias para producir plutonio y se decidió reducir el tamaño de las aletas de refrigeración (quedando un total aproximado de 500.000 aletas individuales) de los cartuchos de aluminio del combustible. Finalmente se pudo producir tritio al forzar el diseño de primera generación de las instalaciones de Windscale más allá de sus límites y con reducido margen de seguridad en la operación. Después de producir con éxito un primer lote de tritio en la Pila 1, se asumió que el problema del calor era despreciable y se comenzó la producción a plena escala, pero al elevar la temperatura del reactor más allá de las especificaciones de diseño, los científicos alteraron la distribución normal del calor en el núcleo, causando que se desarrollaran puntos de calor en la Pila 1. Estos picos de calor no fueron apreciados por los científicos ya que los termopares usados para medir las temperaturas del núcleo estaban localizados según el diseño de distribución de calor original y no estaban midiendo las partes más calientes del reactor, llevando a lecturas falsamente optimistas.
Ignición