Fukushima – anatomia katastrofy
Na początek
Aby zrozumieć to, co dzieje się w Fukushimie, najpierw należy zrozumieć jak działa elektrownia. Większość elektrowni działa bowiem tak samo – to po prostu olbrzymie czajniki, w których gotuje się wodę. Para wodna powstała w tym procesie napędza turbiny, które wytwarzają prąd. Para, jak w XIX wieku – żadna kosmiczna technologia!
Różnica pomiędzy czajnikiem podgrzewanym energią rozpadu atomów od czajnika podgrzewanego np gazem ziemnym, ropą, czy węglem jest jednak spora. Czajnik podgrzewany konwencjonalnymi metodami można w dowolnym momencie wyłączyć. Po wyłączeniu, woda w nim przestanie się gotować, a sam czajnik stygnie. W elektrowni atomowej jest jednak inaczej. Tutaj po wyłączeniu energia elektryczna co prawda przestanie być wytwarzana, ale reakcja rozpadu atomów nadal będzie następować. Wyłączenie reaktora oznacza bowiem wygaszenie tylko reakcji wymuszonej. Naturalny rozpad atomów, promieniowanie, a przede wszystkim produkcja energii cieplnej w reaktorze wciąż ma miejsce (choć na mniejsza skalę). Co to oznacza? Tyle, że po wyłączeniu energii tracimy zasilanie wszystkich układów chłodzących i zabezpieczających reaktor. Ale sam reaktor wciąż się grzeje.
Podobnie jest z samymi „grzałkami” w czajnikach. W zwykłym czajniku, po jego wyłączeniu, grzałka (ewentualnie palnik) stygnie i nie stanowi zagrożenia. W elektrowni atomowej zużyte paliwo jądrowe po wyjęciu z reaktora wciąż wymaga ciągłego chłodzenia – nawet przez okres kolejnych kilku lat.
Oczywiście elektrownie atomowe są na to przygotowane. Po pierwsze, są podłączone do krajowej sieci energetycznej, do której mogą nie tylko oddawać prąd, ale i go pobierać. Po drugie, elektrownie wyposaża się w urządzenia zabezpieczające dopływ energii – zwykle są to zwykłe generatory z silnikami diesla, które uruchamia się w razie awarii, by zapewniły działanie układów chłodzenia tak reaktorów jak i zużytego paliwa. Ponieważ uruchamianie awaryjnych generatorów trwa (to duże silniki, nie wystarczy przekręcenie kluczyka w stacyjce), dodatkowo stosuje się akumulatory, które zabezpieczają dopływ prądu zanim nastąpi rozruch generatorów.
Początek problemów – 11 marca
To wszystko zrobiono też w Fukushimie. Po awaryjnym wyłączeniu reaktorów spowodowanym wstrząsami, zasilanie automatycznie przełączyło się na akumulatorowe. Zaraz potem uruchomiono generatory diesla. Niestety trzęsienie ziemi zniszczyło linie energetyczne mogące zasilać urządzenia w elektrowni z zewnątrz. Generatory diesla zostały zniszczone kwadrans później – przez tsunami. A akumulatory z czasem po prostu się rozładowały. Super zabezpieczenia i systemy najlepszej i rzekomo najbezpieczniejszej na świecie technologii stały się bezużytecznym złomem.
W elektrowni Fukushima takich reaktorów poza kontrolą było sześć. Zwykły fart sprawił, że trzy z nich (reaktory 4, 5 i 6) były akurat wyłączone i opróżnione z paliwa. Dzięki temu nie miało co się w nich grzać. Jednak pozostałe trzy atomowe czajniki pozostały bez jakiejkolwiek kontroli i
chłodzenia.
Reaktory to jednak nie jedyny problem. W każdej elektrowni, oprócz reaktorów znajdują się jeszcze specjalne baseny na zużyte paliwo jądrowe. W nich chłodzi się zużyte pręty paliwowe. Bo, warto dodać, że ono również wymaga chłodzenia – nawet przez kilka lat po wyjęciu ich z reaktorów.
Początek katastrofy – 12 marca
O 4:45 czasu lokalnego atomowy czajnik numer trzy zamienił już w parę tyle wody, że pręty paliwowe zaczęły wystawać ponad taflę wody, która miała go chłodzić. To bardzo niebezpieczny stan – z kilku powodów. Po pierwsze pręty nie zanurzone w wodzie nie są skutecznie chłodzone, a więc coraz bardziej się grzeją. Po drugie, duża ilość pary wodnej wytworzonej z wody powoduje wzrost ciśnienia w reaktorze. Po trzecie rosnąca temperatura w reaktorze powoduje z czasem rozbicie cząsteczek pary wodnej na wodór i tlen – co tworzy wymarzone wręcz warunki do powstania wybuchu.
W takiej sytuacji, bez zasilania, pracownicy elektrowni mogli zrobić tylko jedno – wypuścić tą radioaktywną parę z atomowego czajnika wprost do atmosfery. Pierwszy taki wyrzut pary nastąpił z reaktora numer 1 o godzinie 10:09. Później podobne czynności wykonano w reaktorach numer 2 i 3. Ani Tokio Electric Power Company (TEPCO), ani japońska agencja atomistyki (NISA) nie podały jak duże ilości radioaktywnej pary zostały wypuszczone oraz jak duże skażenie to spowodowało.
Warto jednak nadmienić, że już w tym momencie mówiliśmy o katastrofie nuklearnej porównywalnej z tą w Three Miles Island, gdzie również nastąpiła emisja radioaktywności poza budynek elektrowni. Różnica jest taka, że w przypadku Fukushimy radioaktywna woda nie została wylana do rzeki,
a wypuszczona do atmosfery jako para.
Mimo to NISA zaklasyfikowała wypadek jako 4 w siedmiostopniowej skali INES – mimo, że katastrofa w Three Miles Island zaklasyfikowana została na 5. Co ciekawe, NISA ogłosiła czwarty stopień zagrożenia dopiero 13 marca – ponad dobę od momentu odsłonięcia prętów paliwowych w reaktorze numer trzy i ponad 13 godzin od czasów pierwszego wybuchu wodoru i ewakuacji.
Kanonada wybuchów wodoru – 12-14 marca
Wypuszczanie pary z reaktorów jest niebezpiecznym procesem. W wysokiej temperaturze para wodna ulega rozszczepieniu na wodór i tlen tworząc wybuchową mieszankę. Wypuszczenie jej do atmosfery bogatej w tlen grozi wybuchem. Pierwszy taki wybuch ma miejsce 12 marca o 15:36 i niszczy budynek reaktora numer 1. TEPCO podaje, że ranne zostają cztery osoby. Kolejny wybuch wodoru w budynku reaktora numer 1 następuje 10 godzin później.
O 21:40 ewakuowani zostają ludzie w promieniu 20 kilometrów od elektrowni. Równolegle znowu następuje wypuszczenie radioaktywnej pary z reaktora. Ponownie brak jest informacji o wielkości skażenia i ilości wypuszczonych materiałów radioaktywnych.
14 marca wybucha wodór nagromadzony w okolicy budynku reaktora 3. Podobnie jak w przypadku budynku reaktora numer 1, budynek reaktora zostaje zniszczony. TEPCO podaje, że jeden pracownik został ranny, a los kolejnych siedmiu jest nieznany.
O godzinie 11:44, prawie trzy doby od początku problemów w elektrowni i po wielokrotnym wypuszczeniu z reaktorów radioaktywnej pary, pojawiają się pierwsze informacje o promieniowaniu. Na granicy terenu elektrowni wynosi ono 20 mikrosiviertów na godzinę, co mieści się w normach. Brak jednak informacji o sposobie dokonania pomiarów, a także o tym czy odbywało się ono w czasie, gdy wypuszczano radioaktywna parę, czy też (dla zaniżenia wyniku) w czasie pomiaru nie była ona wypuszczana. Brak także informacji o miejscu, w którym na granicy terenu elektrowni zostały dokonane pomiary. Jest to kluczowe dla uzyskania miarodajnych wyników, gdyż zależnie od miejsca promieniowanie to jest różne (ma na to wpływ chociażby kierunek wiatru).
Radioaktywne paliwo odsłonięte
O godzinie 21:00 czasu miejscowego TEPCO podaje informacje, że paliwo w reaktorze numer dwa również nie jest już zanurzone w wodzie. To oznacza, że we wszystkich trzech reaktorach paliwo uległo przynajmniej częściowemu stopieniu. Te trzy reaktory elektrowni Fukushima I prawdopodobnie już nigdy nie będą mogły być używane – pozostaną, podobnie jak reaktor w Czarnobylu, zamknięte i niedostępne na wieki.
Los reaktorów przypieczętowuje też pompowanie do nich wody morskiej. Słona woda, w odróżnieniu od słodkiej silnie reaguje z wieloma substancjami (dlatego używa się jej np do usuwania śniegu i lodu z ulic), powoduje korodowanie metalowych elementów i wiele innych zniszczeń. Niestety jej pompowanie do reaktorów jest konieczne – atomowe czajniki po wyłączeniu wciąż się grzeją.
Problem jest również z basenami na zużyte paliwo. W reaktorze numer cztery temperatura zużytego paliwa w basenie przy reaktorze numer 4 (wyłączonym) wynosi 84 stopnie Celsjusza. Jest to o tyle niebezpieczne, że o ile reaktory posiadają potężne betonowe osłony, o tyle zużyte pręty paliwowe nie są już tak dobrze chronione. Główną ochroną przed ich radioaktywnością jest właśnie woda w basenie.
Kolejne eksplozje, drastyczny wzrost promieniowania
15 marca sprawy przybierają jeszcze bardziej niekorzystny obrót. Najpierw o 6 rano wybucha pożar w budynku reaktora numer cztery. Piętnaście minut później następuje eksplozja (prawdopodobnie wodoru) w budynku reaktora numer dwa. Niestety, eksplozja niszczy nie tylko budynek reaktora. Prawdopodobnie uszkodzona zostaje także potężna betonowa obudowa reaktora – jedyna bariera jaka chroni otoczenie reaktora przed promieniowaniem z jego środka.
W wyniku tych wydarzeń skokowo wzrasta poziom promieniowania. Rośnie on do poziomu 8217 µSv/ godzinę, po czym spada do 2400 µSv/godzinę. Dla porównania promieniowanie tła (z którym stykamy się na co dzień) wynosi 0,23 μSv/godz., a mammogram 3000 μSv/godz. Niestety – znowu brak jednak informacji o tym gdzie, kiedy i w jakich warunkach pogodowych dokonano pomiarów.
O godzinie ósmej następuje kolejna eksplozja – tym razem w budynku reaktora numer cztery. W jej wyniku zniszczony zostaje uszkodzony już wcześniej budynek reaktora. Budynek reaktora, w tym zbiornik z zużytym paliwem jądrowym płonie. W wyniku tego pożaru radioaktywność była emitowana bezpośrednio do atmosfery. Stąd poziom promieniowania odnotowany dwie godziny później wynosi już 30 miliSiviertów/godzinę pomiędzy budynkami reaktorów 2 i 3, 400 mSv/godzinę przy budynku reaktora 3 i 100 mSv/godzinę przy budynku reaktora 4. UWAGA: 1 mSv (milisivert) = 1000 µSv (mikrosivertów).
Oznacza to 20000-krotny wzrost poziomu promieniowania w stosunku do 14 marca. Tym samym przebywanie przez zaledwie pół godziny w pobliżu budynków reaktorów grozi wystąpieniem objawów choroby popromiennej takich jak ból głowy, utrata apetytu, uszkodzenia śledziony, szpiku kostnego i upośledzeniem odporności. Pozostanie w otoczeniu budynków reaktorów przez niecałą dobę skutkować już może zapadnięciem na poważną chorobę popromienną i śmiercią. W międzyczasie Francuska Agencja Atomistyki podaje informację, że ich zdaniem katastrofa w Fukushimie I posiada już 6 stopień (katastrofa z poważnymi konsekwencjami) w siedmiostopniowej skali INES, tym samym podważając to, co podaje agencja japońska.
Zarządzona zostaje ewakuacja w promieniu 20 kilometrów od elektrowni oraz zakaz lotów w promieniu 30 kilometrów. Osobom zamieszkującym w promieniu 30 kilometrów od elektrowni nakazuje się pozostanie w domu, wyłączenie wentylacji oraz szczelne zamknięcie okien i drzwi.
Sytuacja wciąż się pogarsza
15 marca o godzinie 17 japońskie władze podają informacje o niewielkim wzroście temperatury w kolejnych zbiornikach ze zużytym paliwem – tym razem przy reaktorach 5 i 6. W zbiorniku na zużyte paliwo numer 4 dochodzi do zagotowania się wody. Promieniowanie wzrasta do 1,000 mSv/godzinę, a w późniejszym czasie spada do 800–600 mSv/godzinę. Oznacza to, że przebywanie przez sześć godzin w okolicy budynków reaktora oznacza ekspozycję dawkę powodującą poważną i nieuleczalną już chorobę popromienną i śmierć.
O godzinie 8:00 17 marca podana zostaje informacja, że paliwo w reaktorze numer 1 jest stopione w 70%, w reaktorze numer dwa w 1/3. Paliwo w reaktorze 3 również jest uszkodzone, ale stopień jego uszkodzenia pozostaje nieznany, gdyż wysoki poziom promieniowania uniemożliwia jego zbadanie. Wciąż trwa pompowanie wody morskiej do reaktorów 1, 2 i 3. Poziom wody w reaktorach 1 i 3 ledwie wystarcza by zakryć pręty paliwowe do połowy. W reaktorze dwa pręty zakryte są w nieco większym stopniu, ale nie w całości. Woda pompowana jest także do basenu na zużyte paliwo przy reaktorze numer 4. Biały dym nad budynkiem tego ostatniego oznacza gotowanie się wody w basenie i emisję pary wodnej wraz z radioaktywnymi substancjami bezpośrednio do atmosfery. TEPCO podaje, że na granicy terenu elektrowni (znowu brak informacji gdzie i przy jakiej pogodzie) promieniowanie spadło i ma poziom 2000 µSv/godzinę o godzinie 14:30 w dniu 16 marca oraz 646 µSv/godzinę o 11:10 17 marca.
Japończycy, w geście desperacji postanawiają próbować polewać budynki reaktorów 3 i 4 wodą z lądu i powietrza mając nadzieję, że woda dotrze w ten sposób do basenów na zużyte paliwo jądrowe, co miałoby szansę zmniejszyć poziom promieniowania oraz ostudzić pręty paliwowe. Jest to bardziej działanie na pokaz niż realna próba rozwiązania problemu – z powodu silnego wiatru większość zrzutów wody nie trafia nawet w budynki reaktorów. Problem jest także ze zbiornikami przy reaktorach 5 i 6, w których temperatura rośnie do odpowiednio 64,2 oraz 62,5 stopni Celsjusza.
W międzyczasie Australijczycy doradzają swoim obywatelom opuszczenie Japonii, a Amerykanie i Koreańczycy ewakuację w promieniu 80 km. Gregory Jaczko z amerykańskiej agencji atomistyki podaje, że w basenie na zużyte paliwo jądrowe nie ma już wody, w wyniku czego promieniowanie jest ekstremalnie wysokie
. TEPCO dementuje te informacje twierdząc, że w budynku reaktora numer 4 sytuacja jest stabilna
. Japońska agencja atomistyki podaje, że w wyniku katastrofy w elektrowni Fukushima I 23 osoby zostały ranne, 20 jest napromieniowanych, a dwie uznaje się za zaginione.
18 marca TEPCO podaje, że najważniejszym problemem nie są same reaktory, a baseny na zużyte paliwo jądrowe przy reaktorach od 1 do 4. W międzyczasie dochodzi jeszcze do kolejnego wybuchu wodoru – tym razem w okolicy basenu na zużyte paliwo jądrowe przy reaktorze numer 4. O godzinie 18:40 Japońska IAEA podwyższa klasyfikację katastrofy z poziomu 4 (wypadek z lokalnymi konsekwencjami) na 5 (wypadek z szerokimi konsekwencjami), przyznając się tym samym do niedoszacowania zagrożenia.
Stabilizacja?
18 marca zaczyna się operacja kładzenia kabli, którymi do elektrowni atomowej popłynie prąd. Ma to pozwolić na przywrócenie zasilania systemów chłodzących i monitorujących reaktory i tym samym odzyskanie nad nimi kontroli. O godzinie 4 nad ranem udaje się przywrócić zasilanie w budynku reaktora numer dwa. Budynki reaktorów numer 5 i 6 są zasilane z generatorów diesla dostarczonych do Japonii przez Stany Zjednoczone.
19 marca z powodu rosnącego poziomu promieniowania wokoło elektrowni wstrzymano sprzedaż artykułów spożywczych wyprodukowanych w prefekturze Fukushima. Ślady radioaktywnego jodu i cezu 137 znaleziono też w wodzie pitnej w kranach w prefekturze Tochigi, Gunma, a nawet w Tokio. Poziom radioaktywnego jodu w wodzie w mieście Fukushima przekracza wszystkie normy. O 15:30, 19 marca TEPCO podaje, że poziom promieniowania wynosi 313 µSv/godzinę przy zachodniej bramie elektrowni (tej skąd promieniowanie wywiewa wiatr) i 2972 µSv/godzinę na północ od budynków elektrowni.
20 marca udaje się całkowicie schłodzić zużyte pręty paliwowe w zbiornikach przy reaktorach numer 5 i 6. Wciąż trwa walka o ochłodzenie paliwa w zbiornikach przy reaktorach 3 i 4 oraz o ochłodzenie reaktorów 1, 2 i 3. Radioaktywne promieniowanie z uszkodzonej obudowy reaktora numer 2 wciąż jest emitowane do atmosfery. Podejrzewa się też uszkodzenie obudowy reaktora numer 3, choć uznaje się je za mniej prawdopodobne. Nad budynkami reaktorów 2 i 3 co jakiś czas unosi się biały dym, który prawdopodobnie jest parą (radioaktywną) powstałą przy schładzaniu zbiorników na zużyte paliwo lub samych reaktorów.
22 marca prąd jest podłączony do urządzeń w reaktorach numer 2, których jednak nie można włączyć bez wcześniejszego sprawdzenia ich stanu (wodorowi wypuszczonemu z reaktorów wystarczy jedna iskra). Dane zebrane przez IAEA (japońską agencję atomistyki) wskazują, że promieniowanie w mieście Namie, które oddalone jest od elektrowni o 20 kilometrów wynosi 161 µSv/godzinę. Jest to wartość 800 razy większa niż promieniowanie tła i oznacza, że strefa ewakuacji wynosząca aktualnie 20 km wokoło elektrowni przestaje już wystarczać.
Walka o ochłodzenie reaktorów oraz zużytego paliwa jądrowego w elektrowni trwa.
Bibliografia
Przy pisaniu artykułu wykorzystano dane podawane przez:
– Tokio Electric Power Company (TEPCO),
– Japońską Agencję Atomistyki (Genshiryoku Anzen Hoanin), której komunikaty można znaleźć pod tym adresem:
www.nisa.meti.go.jp/english/
– Japan Atomic Industrial Forum, które podaje informacje o stanie elektrowni Fukushima pod adresem:
www.jaif.or.jp/english/
Autor artykułu nie ręczy za rzetelność i kompleksowość danych podawanych przez wyżej wymienione instytucje, zwłaszcza, że są one bezpośrednio zaangażowane w promowanie energetyki atomowej. W przeszłości TEPCO już kilkukrotnie było zmuszone przyznać się do fałszowania raportów i ukrywania wypadków w elektrowniach atomowych.