Un reactor diminuto asume una carga de formación cada vez mayor
El reactor de enseñanza de la Universidad Kindai, en Higashiosaka, prefectura de Osaka, produce como máximo 1 vatio de calor, menos que la llama de una vela. Mantenerlo disponible cuesta unos 200 millones de yenes al año, según la universidad, mientras que las tarifas por uso de empresas y las subvenciones públicas para formación aportan solo unos 6 millones de yenes. Ahora, un cambio obligatorio del combustible de uranio amenaza con añadir una factura mucho mayor.
Contenido
- Un reactor diminuto asume una carga de formación cada vez mayor
- Qué aprenden los estudiantes con 0,01 vatios
- Cómo funciona el reactor de enseñanza
- Más de seis décadas de uso compartido
- Una instalación muy solicitada y con pocos ingresos directos
- Por qué debe cambiar el uranio
- Un compromiso de seguridad con una factura elevada
- Menos estudiantes, menos lugares de formación
- También se necesitan profesionales para desmantelar reactores
- Puntos clave
Es el único reactor universitario de Japón que está actualmente en funcionamiento; la otra instalación que queda, en la Universidad de Kioto, está suspendida temporalmente. Más de 250 estudiantes se formaron en Kindai durante el año fiscal 2024. Las empresas también lo utilizan para investigar tratamientos contra el cáncer y realizar experimentos relacionados con el desmantelamiento de instalaciones nucleares.
Japón y Estados Unidos se comprometieron en septiembre de 2022 a sustituir su uranio altamente enriquecido por uranio poco enriquecido y devolver a Estados Unidos el combustible existente. Se prevé que la conversión cueste decenas de miles de millones de yenes y que Kindai asuma parte de ese gasto.
La presión llega mientras Japón se orienta hacia un mayor uso de la energía nuclear, después de años intentando reducir su dependencia tras el desastre de Fukushima Daiichi. El país también necesita personal capaz de desmantelar de forma segura los reactores más antiguos. Sin embargo, las cifras del Ministerio de Educación muestran que el ingreso en departamentos y programas universitarios relacionados con la energía nuclear cayó de 579 estudiantes en el año fiscal 1994 a 177 en el año fiscal 2024.
Qué aprenden los estudiantes con 0,01 vatios
Unos 20 estudiantes de la Universidad Tecnológica de Fukui participaron en agosto en una sesión de formación en el Instituto de Investigación de Energía Atómica de Kindai. Frente a un panel de control, trabajaron para llevar una reacción nuclear en cadena a un estado estable.
Cuando la lectura alcanzó los 0,01 vatios, un estudiante que participaba en el ejercicio anunció el resultado:
0,01 vatios. Hemos alcanzado la criticidad.
La criticidad significa que cada generación de fisiones nucleares proporciona suficientes neutrones para sostener la generación siguiente. En un reactor controlado, los operadores pueden mantener esa reacción a un nivel estable. En este caso, los estudiantes la alcanzaron con apenas una centésima parte de la potencia térmica máxima del reactor.
El ejercicio permite a los estudiantes relacionar los cálculos con los instrumentos, las maniobras de control y una reacción en cadena real. Un reactor con una potencia térmica tan baja puede enseñar los principios del funcionamiento de un reactor sin generar electricidad.
Genichiro Wakabayashi, profesor del instituto de Kindai, describió el objetivo de esa formación:
Quiero que los estudiantes aprendan qué es la energía nuclear y cómo puede utilizarse de forma segura.
La guía de las instalaciones del reactor de Kindai señala que la consola de control, situada en una sala contigua a la del reactor, se diseñó para que las operaciones de puesta en marcha, parada y ajuste de potencia fueran adecuadas para la formación de estudiantes.
Cómo funciona el reactor de enseñanza
El reactor UTR-KINKI mide unos 2 metros de altura y unos 4 metros de diámetro. A menudo se lo denomina reactor de potencia cero porque su potencia es extremadamente baja. Utiliza agua para ralentizar los neutrones y grafito alrededor del núcleo para reflejar algunos de ellos hacia el combustible.
Los neutrones más lentos ayudan a mantener la fisión en el combustible de uranio. El grafito contribuye a que haya neutrones disponibles para la reacción, mientras que las barras de control permiten a los operadores ajustarla. Kindai incluye entre los instrumentos utilizados para controlar la potencia del reactor cinco detectores de neutrones y cuatro barras de control.
El núcleo contiene 12 elementos combustibles planos fabricados con una aleación de uranio y aluminio, divididos en dos grupos de seis. Esta disposición compacta permite realizar experimentos y actividades de formación, en lugar de producir el gran volumen de calor que requiere una central nuclear comercial.
Kindai señala que el reactor tiene una actividad gamma residual muy baja. Su blindaje permite acceder a la sala del reactor durante su funcionamiento, y allí se vigilan los niveles de radiación. Por eso, además de física de reactores, los estudiantes aprenden protección radiológica: incluso con una potencia muy baja, el trabajo incluye blindaje, monitoreo y acceso controlado.
Más de seis décadas de uso compartido
La historia del instituto de Kindai identifica al UTR-KINKI como el primer reactor privado y universitario de Japón. Su desarrollo se extendió desde la creación del instituto en 1960 hasta la incorporación posterior de instalaciones que ampliaron sus usos para la investigación.
- Abril de 1960: Kindai estableció el Instituto de Investigación de Energía Atómica para la investigación y la educación.
- Agosto de 1960: Se aprobó la instalación del reactor.
- 11 de noviembre de 1961: El reactor alcanzó la criticidad por primera vez, con una potencia térmica de 0,1 vatios.
- Octubre de 1974: La potencia térmica máxima aumentó a 1 vatio.
- Enero de 1984: Se añadieron instalaciones para irradiar animales pequeños, realizar radiografías con neutrones y ampliar la irradiación vertical.
- 27 de septiembre de 2022: Japón y Estados Unidos anunciaron su compromiso de convertir el combustible del reactor.
La radiografía con neutrones utiliza neutrones para examinar el interior de los objetos, de forma similar a como una imagen de rayos X revela estructuras internas mediante otra forma de radiación. Las instalaciones de irradiación permiten a los investigadores exponer muestras a la radiación en condiciones controladas.
Entre quienes utilizan el reactor de Kindai para actividades educativas y de formación hay estudiantes de las universidades de Osaka, Kobe, Nagoya y Kyushu. El instituto también organiza talleres y seminarios para docentes y miembros del público. Por tanto, su función va más allá de los estudiantes matriculados en la propia universidad.
Una instalación muy solicitada y con pocos ingresos directos
Kindai opera el reactor unos 130 días al año, sin contar las inspecciones y otras tareas de mantenimiento. Además de las clases universitarias, empresas realizan proyectos que abarcan desde investigaciones relacionadas con tratamientos contra el cáncer hasta simulaciones de trabajos de desmantelamiento nuclear.
Wakabayashi describió la presión sobre el calendario:
(Está tan ocupado que) casi no hay días libres.
La universidad calcula que los costos anuales de mantenimiento y seguridad ascienden a unos 200 millones de yenes. Las tarifas de uso de las empresas y las subvenciones públicas para la formación práctica aportan en conjunto unos 6 millones de yenes. Esos ingresos cubren aproximadamente el 3 por ciento de los costos anuales indicados, por lo que Kindai debe asumir los cerca de 194 millones de yenes restantes con otras fuentes.
La comparación explica por qué un calendario de formación completo puede coexistir con dificultades financieras. El reactor presta servicio a estudiantes de varias universidades y respalda investigaciones externas, mientras que Kindai asume la mayor parte de los gastos recurrentes. El proyecto de conversión, mucho más costoso, se sumaría a esa obligación permanente.
Por qué debe cambiar el uranio
Estados Unidos suministró originalmente el uranio altamente enriquecido utilizado en Kindai y pidió que se devolviera por la preocupación de que pudiera usarse para fabricar armas nucleares. El enriquecimiento consiste en aumentar la proporción de uranio-235, la forma de uranio que puede sostener con facilidad una reacción en cadena de fisión. El combustible poco enriquecido contiene una proporción menor que el combustible altamente enriquecido.
La Administración Nacional de Seguridad Nuclear de Estados Unidos (NNSA) y el Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología de Japón expusieron el compromiso en su anuncio de septiembre de 2022. Acordaron convertir el UTR-KINKI para que utilice combustible poco enriquecido y devolver a Estados Unidos todo su uranio altamente enriquecido.
La NNSA afirmó que Kindai se había convertido en el último reactor de investigación de Japón que utilizaba uranio altamente enriquecido, después de que ese material fuera retirado del conjunto crítico de la Universidad de Kioto. El acuerdo incluye a Kindai en un esfuerzo más amplio para reducir la cantidad de material nuclear que podría utilizarse en armas.
Tras la conversión, el combustible existente se transportará de forma segura a Estados Unidos para reducir su enriquecimiento mediante mezcla con uranio poco enriquecido, darle otro destino o ambas cosas. Reducir el enriquecimiento mediante mezcla consiste en combinar material altamente enriquecido con uranio que contiene menos uranio-235 para rebajar su concentración.
Jill Hruby, entonces administradora de la NNSA, describió la cooperación bilateral durante la ceremonia de firma:
Agradecemos nuestra estrecha relación bilateral con Japón y esperamos anunciar en los próximos años la conclusión de este compromiso más reciente.
Un compromiso de seguridad con una factura elevada
Se estima que la conversión costará decenas de miles de millones de yenes. Se prevé que Kindai pague una parte, lo que supondrá un segundo desafío financiero, además del déficit operativo anual. El cambio de combustible exige que el reactor siga siendo adecuado para sus tareas de enseñanza e investigación con el nuevo material.
No se ha anunciado una fecha definitiva para completar la conversión ni el reparto final de los costos. La declaración de Hruby de 2022 se refirió a su conclusión en los próximos años, sin que el anuncio fijara un plazo público concreto para la universidad.
Al anunciar el acuerdo con Kindai, la NNSA describió un programa mucho más amplio. A principios de 2022, el presidente de Estados Unidos, Joe Biden, y el primer ministro japonés, Fumio Kishida, habían anunciado la retirada de más de 30 kilogramos de uranio altamente enriquecido de tres reactores de investigación japoneses.
En ese momento, la Oficina de Gestión y Minimización de Materiales de la NNSA afirmó haber convertido 108 reactores de investigación e instalaciones de producción de isótopos médicos en todo el mundo, o haber verificado su cierre. También informó de la retirada o confirmación del destino final de casi 7.275 kilogramos de material nuclear utilizable en armas.
El desafío de Kindai se encuentra en el punto de encuentro entre esos objetivos de seguridad y la financiación de la educación. Los dos gobiernos se han comprometido a retirar el combustible existente, mientras que la continuidad de la formación práctica depende de que la universidad pueda costear el nuevo sistema.
Menos estudiantes, menos lugares de formación
Japón llegó a tener seis reactores educativos instalados en universidades. Solo quedan dos y, mientras la Universidad de Kioto mantiene suspendidas temporalmente sus actividades, Kindai es la única institución universitaria con una instalación en funcionamiento. Se prevé que la formación práctica en Kioto se reanude no antes del siguiente año fiscal, aunque no se ha especificado una fecha concreta.
Las cifras del Ministerio de Educación indican que en el año fiscal 2024 ingresaron 177 estudiantes en departamentos y programas relacionados con la energía nuclear, frente a 579 en el año fiscal 1994. Se trata de una caída de 402 estudiantes, o de alrededor del 69 por ciento. La cifra más reciente equivale aproximadamente al 31 por ciento de la anterior.
Las estadísticas estudiantiles de 2015 del ministerio, basadas en sus Estadísticas Básicas Escolares, muestran que la caída comenzó antes del desastre de Fukushima. El documento sitúa el máximo de nuevos ingresos en el año fiscal 1992, seguido de un descenso, una recuperación iniciada en el año fiscal 2007 y otra caída después del terremoto y el desastre de 2011.
El mismo documento sitúa el máximo de la matrícula total en el año fiscal 1994. Los nuevos ingresos cuentan a los estudiantes que comienzan sus estudios en un año determinado; la matrícula total incluye también a quienes ya están cursando sus estudios. Ambos indicadores ayudan a explicar distintas partes de la reducción de la cantera de profesionales en formación.
Wakabayashi advirtió que el acceso a un reactor real podría influir en dónde estudien los futuros especialistas:
Si desaparecen los reactores educativos, los jóvenes podrían acabar yéndose a estudiar al extranjero.
También se necesitan profesionales para desmantelar reactores
El giro de Japón hacia un mayor uso de la energía nuclear genera la necesidad de contar con personas que conozcan el funcionamiento de los reactores y la seguridad radiológica. Las instalaciones más antiguas también necesitan especialistas que puedan planificar y llevar a cabo su desmantelamiento, el proceso de retirar una planta de forma segura y gestionar sus estructuras y materiales radiactivos.
Shunji Matsuoka, profesor de la Universidad de Waseda especializado en economía y política ambiental, afirmó que la experiencia práctica con reactores educativos es importante tanto para operar centrales comerciales como para desmantelarlas.
Matsuoka también pidió a las universidades que vinculen la formación técnica con la rendición de cuentas ante la sociedad. Dijo que deben:
mostrar transparencia en la manera de operar los reactores, ampliar la comprensión de su valor para la sociedad y formar especialistas nucleares abiertos a la sociedad y comprometidos con ella.
Kindai ya reúne varios elementos de esa tarea: estudiantes que aprenden a manejar los controles del reactor, empresas que ponen a prueba ideas relacionadas con el desmantelamiento de instalaciones y programas de educación pública. El problema de financiación afecta a la continuidad de esas actividades, además del compromiso internacional de sustituir el combustible.
La decisión central es cómo financiar una instalación cuyos usuarios van más allá de la institución que la mantiene. Wakabayashi pide un mayor apoyo del Gobierno. Los ingresos anuales solo cubren alrededor del 3 por ciento de los costos de mantenimiento y seguridad, y se acerca un importante gasto de conversión. Por eso, la petición afecta tanto al funcionamiento cotidiano como a la capacidad del reactor de seguir impartiendo formación con otro combustible.
Puntos clave
- El reactor de Kindai, en Higashiosaka, es el único reactor universitario de Japón que está actualmente en funcionamiento y formó a más de 250 estudiantes en el año fiscal 2024.
- El mantenimiento y la seguridad cuestan unos 200 millones de yenes al año, frente a unos 6 millones de yenes en tarifas de empresas y subvenciones públicas para formación.
- Japón y Estados Unidos se comprometieron en septiembre de 2022 a sustituir el uranio altamente enriquecido y devolver a Estados Unidos el combustible existente.
- Se estima que la conversión costará decenas de miles de millones de yenes y se prevé que Kindai asuma parte del gasto.
- El ingreso en departamentos y programas universitarios relacionados con la energía nuclear cayó de 579 estudiantes en el año fiscal 1994 a 177 en el año fiscal 2024.
- La instalación ofrece formación sobre el funcionamiento de reactores y respalda investigaciones y trabajos relacionados con el desmantelamiento.
