El accidente nuclear de Tokaimura se produjo el 30 de septiembre de 1999, en la pequeña planta de reprocesamiento de uranio operada por la empresa JCO (ex Japan Nuclear Fuel Conversión Co.), filial de la empresa Sumitomo, ubicada en el pueblo de Tokaimura, 120 kilómetros al noreste de Tokio en la prefectura de Ibaraki, cerca de la ciudad de Nakamachi. Al momento del accidente habían 9 municipios con una población estimada de 310.000 habitantes en un radio de 10 km del edificio de pruebas de conversión (CTB) de la planta, lugar en que ocurrió el accidente. Cerca de 150 personas vivían a menos de 350 metros del CTB. Cabe destacar que varias otras instalaciones se ubicaban en Tokaimura, entre ellas un reactor comercial BWR de Japan Atomic Power Companiy (JAPCO), plantas de elaboración de combustible nuclear de Mitsubishi Nuclear Fuel y de Nuclear Fuel Industries (NFI), reactores de investigación del Atomic Energy Research Institute (JAERI) y una planta de reprocesamiento del JNC.
Las condiciones de la autorización otorgada en 1984 a las instalaciones de pruebas de conversión del CTB permitían la producción de un máximo de 3 toneladas anuales de uranio (UO2 o UNH) de grado IEU (no más de 20% de enriquecimiento) a partir de UF6, yellow cake o desechos. Por otro lado, las dos restantes unidades de la planta podían operar con volúmenes comerciales de LEU, de 220 y 495 toneladas anuales de material fisionable. Queda claro que la instalación del CTB se trataba claramente de una unidad experimental de bajo volumen, tal como lo indica el nombre usado en la planta, Conversion Test Building.
El procedimiento de preparación de combustible nuclear aprobado, involucra la disolución de óxido de uranio (U3O8) en polvo, en ácido nítrico en un tanque de disolución, a continuación se transfiere la solución de nitrato de uranilo pura a una columna de almacenamiento para la mezcla, seguido de la transferencia a un depósito de precipitación. Este tanque está rodeado por una camisa de refrigeración de agua (buen moderador) para eliminar el exceso de calor generado por la reacción química exotérmica. La prevención de la criticidad definida por la licencia, se basa en el control de la masa y la limitación de volumen, así también como en el diseño del proceso y se debía evitar masas mayores a 2,4 kilogramos de uranio al 18,8%. Una parte clave del diseño fue la columna de almacenaje cuya geometría permitía una criticidad segura y un control cuidadoso de la cantidad de material transferido al tanque de precipitación en cada lote procesado. Sin embargo, el procedimiento de trabajo de la compañía se modificó tres años antes, sin permiso de las autoridades reguladoras, para permitir que el óxido de uranio se disolviera en baldes de acero inoxidable en lugar del depósito de disolución. Además fue modificado nuevamente por los operadores para apurar las cosas, aplicando la solución directamente en el tanque de precipitación y acumulando el resultado de cada lote en él. La mezcla diseñada para
producirse en la columna de almacenamiento se lleva a cabo mediante agitación mecánica en el tanque de precipitación, evitando así los controles de criticidad. No había un control adecuado de la cantidad de material en el tanque de precipitación de noventa y seis litros, y su forma (450 mm de diámetro y 660 mm de altura) aumentó la probabilidad de criticidad dentro de ella.
La instalación de conversión de combustible de Tokaimura no disponía de monitoreo de emisión de neutrones, debido a que la ocurrencia de un accidente como el del 30 de septiembre, se consideraba como imposible en la base de diseño licenciada.
Desde la mañana del 29 de septiembre de 1999, justo el día anterior del accidente, tres trabajadores de la tripulación especial había comenzado la producción de la solución homogeneizada, la llamada “JOYO novena campaña” en el CTB. La solución manejada contenía 18,8% de uranio enriquecido y su coeficiente de concentración era aproximadamente 370 g U / L. Los trabajos se habían iniciado el 10 de septiembre, y ya había conseguido polvo purificado de U3O8 el 28 de septiembre. Como se mencionó en el capítulo 4, los procesos de fabricación de la solución se habían desarrollado sin suficiente consideración a criticidad de control de seguridad en esas etapas de producción. Los trabajadores sólo estaban cautelosos de evitar la sedimentación de la solución, sin ninguna consideración del problema de “masa supercrítica”. Había una limitación en masa, “una restricción por lotes”, que estrictamente restringía la masa a menos de 2,4 kg U para cada paso de los procesos de producción. En este procedimiento, el polvo de U3O8 equivalente al límite de masa para un lote, se disolvió en ácido nítrico en un cubo de acero inoxidable de 10 litros de capacidad. A continuación, la solución filtrada de UNH se vertió al depósito de precipitación de 95 litros a través de un embudo insertado en un agujero de la manilla. En cada paso, la homogeneización se lograba utilizando un mezclador impulsado externamente. Finalmente, solución bien homogénea de UNH, equivalente a 7 lotes en total, se esperaba poner en el gran depósito de precipitación.
Al final del día 29 de septiembre, los trabajadores habían terminado de 4 lotes (9,71 kg de uranio) y comenzaron a repetir el mismo proceso para los 3 lotes restantes (7,06 kg de U), comenzando alrededor de las 10:00 de la mañana del 30 de septiembre. Al trabajar con el séptimo lote, uno de los tres trabajadores trató de vertir la segunda mitad del séptimo lote al tanque de precipitación (que a esas alturas ya contenía más de 16 kg de uranio enriquecido) a través del embudo sostenido por otro trabajador. El tercer trabajador se encontraba en una habitación adyacente comenzando el trabajo administrativo asociado. Mientras vertían la solución, los trabajadores sintieron un golpe fuerte y oyeron un sonido extraño que nunca había experimentado antes, además, observaron un parpadeo de luz azul. Inmediatamente dejaron de verter y escaparon de la habitación. Simultáneamente un monitor de rayos gamma, instalado en el techo de la habitación activa una alarma para indicar una emisión muy alta. Los tres trabajadores escaparon a la habitación de descontaminación adyacente al CBT por sus propios medios, pero los dos más cercanos al tanque experimentaron dolor, nauseas y vómitos. Uno de ellos se desmayó a los pocos minutos. Se evacuó la planta y las proximidades en un radio de 350 metros.
Debido a la falta de disponibilidad de información sobre las tasas de dosis de neutrones en una etapa temprana, la excursión de criticidad continua no fue reconocida inmediatamente por el personal de cualquiera de las instalaciones nucleares cercanas al sitio del accidente. Después que la primera secuencia transitoria distinguible terminara, por varias fuentes de neutrones observadas, se comprendió que la excursión la criticidad no había terminado después de este primer choque. Varios episodios de gran fisión se produjeron dentro de unos 25 minutos. Poco a poco el poder (tasa de fisión) se acercó a un nivel constante y continuo para mantenerse en ese estado casi por 19 horas. Se asume de las muestras tomadas el tanque de precipitación, que el número total de de fisiones nucleares resultantes de la reacción crítica fue de 2,5×1018 y que la masa total de uranio 235 que decayó bajo fisión fue cercano a 1 mg. Casi la mitad del total de fisiones parecen haber ocurrido durante los primeros 25 minutos de criticidad. La energía total convertida durante el accidente se estima cercana a los 22,5 kWh.
Mientras el monitoreo de especialistas de otros organismos, tales como JAERI y del mismo JNC, señalaban que continuaba la criticidad, pero el reconocimiento de la naturaleza del accidente fue tardío debido a lo inesperado de este tipo de eventos en la planta de conversión y a la incapacidad de JCO de entregar información detallada de las estructuras y los procesos involucrados en el accidente. Cerca de las 16:30, el JNC comenzó un monitoreo de neutrones en las inmediaciones y al interior de la planta de JCO, observándose unos pocos mSV/h en varios puntos, lo que dio la confirmación definitiva de la ocurrencia de un evento de criticidad. El reporte definitivo a las autoridades se realizó cerca de las 18:30. El público general tuvo conocimiento de ello a las 20:00. Una vez entendida la naturaleza del evento, se discutió durante horas el mejor método para apagar la reacción en cadena y la forma en que las tareas serían realizadas. Un pequeño grupo de personas pertenecientes al NSC, STA, JAERI, JNC y JCO acordaron que el personal de JCO manejaría la situación en la planta, personal de JAERI, y JNC aportaría el servicio médico necesario y un grupo de STA estaria a cargo de las comunicaciones desde y hacia el interior de la planta de JCO. El personal de JCO fue llamado de vuelta desde sus hogares. Las labores se iniciaron el 1 de octubre a las 2:00 AM. Para terminar con la reacción nuclear se acordó drenar el agua de enfriamiento de la chaqueta del tanque de precipitación cortando la cañería que la suministraba, pero trabajar al interior de la pequeña instalación con blindajes probo ser poco efectivo y disminuía sobremanera el espacio para realizar los trabajos. Se limitó el tiempo de trabajo del personal cerca del tanque a un minuto y 21 personas en 10 grupos de trabajo, lo finalizaron a las 6:04 del 1 de octubre. Un posterior llenado del tanque con ácido bórico permitió mantener la solución en estado subcrítico.
Las causas indirectas fueron error humano, en todas las etapas: administración de la seguridad, capacitación del personal y falta de supervisión. La situación financiera de JCO la llevó a un énfasis sostenido en aumento de la eficiencia, llegando al despido del personal de supervisión de mayor capacitación (y mayor costo), los que pasaron de 40 a 24. La filosofía Kaizen aplicada a la gestión de la empresa, la llevó a un exceso de confianza en la manipulación de los elementos potencialmente radioactivos.
El accidentó tuvo finalmente como resultado 119 personas expuestas a dosis de radiación sobre 1 mSv, con tres trabajadores con dosis por sobre los máximos permitidos, dos de los cuales murieron al poco tiempo.
Si bien se trató del accidente nuclear más grave de Japón a la fecha (sin considerar Fukushima), clasificado “nivel 4” en la escala internacional de eventos nucleares, causó poca contaminación radioactiva en los alrededores y no tuvo consecuencias ni en cultivos ni en productos del mar. Esto se debió a que no hubo una explosión que dispersara material radioactivo, sino que se caracterizó por una alta emisión de neutrones y rayos gamma desde una reacción de fisión en cadena autosostenida, al lograrse accidentalmente la masa crítica suficiente.
El 11 de octubre de 2000, seis ejecutivos y empleados de JCO fueron arrestados bajo sospecha de negligencia con resultado de muerte. La prefectura de Ibaraki pasó más de un año estudiando el accidente y concluyó que JCO violaba sistemáticamente la regulación y carecía de medidas de seguridad adecuadas en la planta, lo que causó el accidente. Los seis detenidos se declararon culpables en el juicio posterior. Se les encontró culpables de desarrollar operaciones ilegales, negligencia en el cumplimiento de sus deberes de seguridad y de educación de sus empleados. El gerente de la planta, Kenzo Koshijima (56) recibió cinco años de prisión y fué multado con US$ 4.231, el 3 de marzo de 2003. Los cinco acusados restantes recibieron penas de hasta tres años de prisión. En 2004, JCO informó haber recibido más de 7.000 solicitudes de pago de compensaciones fuera de las cortes, por las que había pagado más de 136 millones de dólares.
Las instalaciones de Tokaimura fueron desmanteladas por JCO entre junio de 2005 y marzo de 2006.
Referencias:
Lessons from JCO nuclear criticality accident in Japan in 1999; 2008; IAEA – AESJ
NRC Review of Tokai-Mura Criticality Accident, Nuclear Regulatory Commission, EUA, 2000
Japan Atomic Industrial Forum, Inc. (JAIF), 2000
Wise Uranium project, en Internet, parte de World Information Service on Energy
Tokaimura Criticality Accident 1999; 2013; World Nuclear Association
An analysis of Tokaimura nuclear critically accidente: a systems approach; 2001; Tsuchiya et. Al.; Chiba Institute of Technology
Japan nuclear worker dies; 21/12/1999; BBC News
Tokaimura Nuclear Accident, http://www.world-nuclear.org/info/Safety-and-Security/Safetyof-Plants/Tokaimura
The day they blew the roof off corners that led to critical mass , 2/10/1999; The Guardian
Radiation Dose Chart en Internet; American Nuclear Society