Trzęsienie ziemi w Japonii – awaria w elektrowni Fukushima

fot. Beacon Radio

W piątek 11 marca 2011 r. na skutek trzęsienia ziemi o sile 9 stopni w skali Richtera doszło do awarii w japońskiej elektrowni Fukushima I (Fukushima Daiichi), wyposażonej w 6 bloków z reaktorami BWR. 12 marca doszło do wybuchu wodoru i zniszczenia górnej części budynku reaktora nr 1 a 14 marca taki sam wybuchł miał miejsce w bloku nr 3. Obudowa bezpieczeństwa reaktora nr 1 jest nienaruszona. Stan obudowy bezpieczeństwa reaktorów nr 2 i 3 jest nieznany.

Niestety 15 marca doszło do eksplozji w bloku nr 2. Eksplozja nieznacznie uszkodziła budynek reaktora (ale nie tak powaznie jak wcześniejsze eksplozje w blokach nr 1 i 3). W tej chwili nie wiadomo w jakim stanie jest obudowa bezpieczeństwa reaktora nr 2.

W bloku nr 4 wybuchł pożar w okolicach basenu z wypalonym paliwem jądrowym jednak został on ugaszony.

16 marca w blokach nr 3 i 4 doszło do krótkotrwałych pożarów. W tej chwili nic się nie pali. Trwa akcja zalewania basenów wypalonego paliwa i zbiorników cisnieniowych reaktorów wodą morską.

Do bloku nr 2 podłączono kabel zasilający z sieci energetycznej - pomoże to uruchomić systemy awaryjnego chłodzenia reaktora i basenu wypalonego paliwa.

Podniesienio stopień w skali INES - 5

Na stronie IAEA NEWS (Nuclear Events Web-based System) jest już dostępny szczegółowy opis awarii w poszczególnych blokach: http://www-news.iaea.org/news/

Przyczyna i początkowy przebieg awarii:

Trzięsienie ziemi miało miejsce 11 marca o godzinie 14.46 czasu lokalnego. Trzy pracujące w tym czasie reaktory zostały automatycznie wyłączone, natomiast pozostałe trzy przechodziły rutynowe przeglądy i nie były uruchomione w chwili trzęsienia ziemi.

Po wyłączeniu reaktorów rozpoczęto odprowadzanie ciepła powyłączeniowego, tj. ciepła generowanego przez paliwo jądrowe przez jakiś czas po wyłączeniu reaktora (zatrzymanie pracy reaktora nie oznacza jeszcze jego automatycznego „schłodzenia” do staniu zimnego – to następuje dopiero po kilkunastu godzinach).

Woda chłodząca dostarczana jest do rdzenia reaktora rurociągami a jej obieg wymuszany jest za pomocą pomp. W przypadku starych reaktorów BWR pracujących w elektrowni Fukushima, w czasie awarii w elektrowni pompy napędzane są awaryjnymi generatorami diesla. Niestety praca generatorów awaryjnych została przerwana po godzinie na skutek fali tsunami, która zalała część elektrowni. Operator elektrowni (firma TEPCO) zgodnie z wymaganiami bezpieczeństwa poinformował rząd Japonii o sytuacji. Zarządzono natychmiastowe dostarczenie helikopterami do elektrowni przenośnych generatorów.

Aktualny stan elektrowni:

Z powodu braku chłodzenia nastąpiło odparowanie części wody w zbiornikach reaktorów nr 1, 2 i 3, wzrost ciśnienia w zbiornikach i wypchnięcie części wody przez parę do poziomu ostrzegawczego, poniżej którego rozgrzany rdzeń reaktora może bez dostępu wody stopić się. Wzrosło również ciśnienie w rurociągach obiegu pierwotnego (w reaktorach BWR jest tylko jeden obieg chłodzenia).

Aby nie dopuścić do rozerwania rurociągów automatycznie otwierane są zawory upustowe, które wypuszczają w sposób kontrolowany część skażonej pary z reaktora do wnętrza stalowej obudowy bezpieczeństwa (tzw. containment). To spowodowało jednak wzrost ciśnienia w obudowie bezpieczeństwa do 840 kPa, a sama obudowa zaprojektowana została na ciśnienie o wartości 400 kPa.

W tej sytuacji, w ramach działań awaryjnych w nocy z 11/12 marca w bloku reaktora nr 1, przeprowadzono kontrolowane wypuszczenie pary wodnej z obszaru pomiędzy zbiornikiem reaktora a stalowo-żelbetową obudową bezpieczeństwa celem obniżenia ciśnienia pary wodnej wewnątrz obudowy. Nastąpiło kontrolowane uwolnienie substancji promieniotwórczych zawartych w wodzie reaktorowej. Te same działania planowane są dla bloków 2 i 3 oraz wszystkich czterech bloków sąsiedniej elektrowni Fukushima II (Fukushima Daiini).

Ze względu na niewystarczającą wydajność chłodzenia awaryjnego za pomocą zainstalowanych pomp, zarządzono zalanie rdzeni reaktorów nr 1 i 3 mieszankną wody morskiej i roztworu kwasu borowego, który pochłania neutrony. Działanie zatwierdził japoński dozór jądrowy.

Nie ma sprawdzonych informacji o ewentualnym uwolnieniu materiałów jądrowych (paliwa zawartego w rdzeniu reaktora).

Rys. Schemat bloku z reaktorem BWR, który uległ awarii w elektrowni Fukushima I. Zniszczeniu uległ budynek reaktora (Reactor Building/Secondary Containment) ale stalowa obudowa bezpieczeństwa (Inerted Drywell/Primary Containment) i sam reaktor pozostały nienaruszone.

W ramach działań zapobiegawczych w okresie poprzedzającym uwolnienie przeprowadzono ewakuację ludności z obszaru 3 km wokół elektrowni Fukushima Dai-ichi, a w sobotę rozszerzono strefę ewakuacji do 20 km. Ewakuację zakończono.

W sobotę, w godzinach porannych i przedpołudniowych (czasu polskiego) rozpoczęto ewakuację ludności z obszarów o promieniu 10 km wokół Fukushima Dai-ni, położonej blisko elektrowni Fukushima Dai-ichi (łącznie z sąsiedztwa obu elektrowni ewakuowano 184 670 osób).

13 marca o godzinie 15.36 czasu lokalnego miał miejsce wybuch wodoru na obszarze bloku reaktora nr 1 Fukushima Dai-ichi , jako - najprawdopodobniej - efekt powtórnych wstrząsów sejsmicznych. Choć zawaliły się ściany i dach budynku elektrowni, zbiornik reaktora i osłona bezpieczeństwa nie zostały naruszone. Rannych zostało czterech pracowników elektrowni, ale ich życiu nie zagraża niebezpieczeństwo. Zginął jednak operator suwnicy, uwięziony w zawalonej części budynku reaktora.

Podobny wybuch zniszczył górną częśc budynku reaktora nr 3 w dniu 14 marca o godz. 11:01 czasu lokalnego (3:01 czasu polskiego).Wybuch nie naruszył obudowy bezpieczeństwa reaktora, jednak 16 marca rano operator podał, że obudowa może być uszkodzona.

15 marca, godz. 5.50 (czasu polskiego) podano, iż w okolicy zbiornika wypalonego paliwa reaktora nr 4 Fukushima Dai-ichi wybuchł pożar (prawdopodobnie wskutek wybuchu wodoru). Nie jest jasne, co się paliło, prawdopodobnie jest to okablowanie lub elementy konstrukcyjne. Na podstawie wstępnych pomiarów moc dawki promieniowania w bezpośrednim sąsiedztwie reaktorów nr 3 i 4 znacznie wzrosła. Trwa weryfikacja zmierzonych wartości.

Film przedstawiający moment wybuchu wodoru i zniszczenie górnej części budynku reaktora nr 1. Zniszczeniu nie uległa jednak stalowa obudowa bezpieczeństwa reaktora:

Nie jest możliwy wybuch reaktora o charakterze wybuchu bomby jądrowej.

Na podstawie dostępnych obecnie, sprawdzonych informacji, radykalne środki podjęte dotychczas (ewakuacja ludności) mają charakter wyprzedzający i wynikają z ostrych procedur kryzysowych. Brak doniesień o szkodach radiologicznych wśród ludności.

Premier Japonii Naoto Kan wezwał ludność zamieszkującą obszary w pobliżu siłowni do zachowania spokoju i zapewnił, że władze uczynią wszystko co w ich mocy, by zabezpieczyć zdrowie mieszkańców.

Wybuchy były spowodowane wyciekiem wodoru, w tej chwili nie ma pewności co do źródła wodoru w budynkach (początkowe informacje wskazywały na wyciek wodoru z maszynowni jednak możliwe że wydzielił się on w reakcji koszulek cyrkonowych z parą wodną, co było efektem uszkodzenia prętów paliwowych). Zagrożony reaktor to BWR - gdyby w reaktorze PWR zawalił się dach hali turbin, to nie byłoby żadnych uwolnień substancji radioaktywnych. Natomiast w obiegu parowym BWR jest promieniotwórczy jod - dlatego prasa podała, że z reaktora uwalniają się „substancje radioaktywne”. Natężenie uwolnień maleje z czasem, po odcięciu rozerwanej części obiegu od reaktora, ale początkowo uwolnienia jodu są duże. Rozerwanie obiegu parowego w BWR jest awarią, która może się zdarzyć. Awaria tego typu w reaktorach PWR (EPR, AP1000, APWR i inne), które planowane są w Polsce, nie miałaby żadnych skutków radiologicznych, ponieważ obieg parowy w elektrowniach typu PWR nie jest skażony – para nie ma fizycznego kontaktu z wodą chłodzącą reaktor.

Przekrój graficzny bloku z reaktorem BWR w elektrowni Fukushima, który uległ awarii (NIE jest to rysunek przedstawiający uszkodzenie):

Powodem ewakuacji były uwolnienia jodu, i stąd propozycja rozdawania pastylek jodu stabilnego. Do uwolnień jodu nie mogłoby dojść w reaktorach typu PWR, ponieważ cały obieg pierwotny zamknięty jest w obudowie bezpieczeństwa – w przeciwieństwie do reaktorów BWR, gdzie wychodzi poza obudowę aż do hali turbin.

Japoński dozór jądrowy ocenił awarię w bloku nr 1 elektrowni Fukushima I na poziomie 5 w 7-stopniowej skali INES.

W Japonii pracują 54 reaktory w 17 elektrowniach jądrowych. Reaktor, który najbardziej ucierpiał podczas trzęsienia ziemi jest prawie najstarszym reaktorem i miał w tym roku zakończyć pracę. Zaprojektowała go w latach 60-tych firma General Electric. Jest to reaktor II generacji. Obecnie budowane (również w Japonii) nowe reaktory generacji III i III+ posiadają skuteczniejsze zabezpieczenia na wypadek trzęsień ziemi – przykładem jest elektrownia Kashiwazaki-Kariwa (największa elektrownia jądrowa na świecie), która w lipcu 2007 r. wytrzymała bez większych szkód trzęsienie ziemi o sile 7,9 stopnia w skali Richtera.

W Japonii każdego roku dochodzi do ok. 1000 trzęsień ziemi. Wszystkie budynki i obiekty przemysłowe projektowane są z uwzględnieniem tego zagrożenia – a elektrownie jądrowe w szczególności. Wczorajsze trzęsienie ziemi o sile 9 stopni w skali Richtera było najsilniejszym trzęsieniem ziemi w Japonii od 140 lat.

Awaria na skalę czarnobylską jest technicznie niemożliwa w obecnie pracujących na świecie reaktorach.

Należy wyraźnie podkreślić, że awaria dowiodła skuteczności zabezpieczeń stosowanych w elektrowniach jądrowych już od lat 60-tych. Podstawowy cel zabezpieczeń został osiągnięty – nawet w przypadku zdarzenia, którego nie dało się przewidzieć (trzęsienie ziemi o tak ogromnej sile). Wprowadzone w życie plany ewakuacyjne są środkiem zapobiegawczym a nie ratunkowym.

Zdjęcia satelitarne elektrowni po awarii:

Zdjęcie z 14 marca

Zdjęcie z 16 marca

Poziom promieniowania:

Obecna moc dawki przy ogrodzeniu elektrowni spadła do 0,363 mSv/h (w szczytowym momencie wynosiła 3,391 mSv/h).

Władze rozpoczęły pomiary poziomu skażenia ubrań ludzi ze strefy ewakuowanej. 150 osób spośród ewakuaowanych poddano badaniom na obecność skażenia zewnętrznego. Wykazano obecność skażenia (nie napromieniowania) u 23 osób (dane niepełne). Oznacza to skażenie odzieży wierzchniej (butów, płaszczy, kurtek) pyłem z radioizotopami. Obecność skażenia promieniotwórczego nie musi oznaczać zagrożenia zdrowia tych osób (otrzymana dawka może być mała). W takich przypadkach wystarcza zwykłe zdjęcie odzieży i umycie ciała.

Ze względu na ryzyko wydzielenia się większych ilości promieniotwórczego izotopu jodu, który osiadając w gruczole tarczycy może zwiekszać ryzyko nowotworu tego gruczołu, władze Japonii zdecydowały na wszelki wypadek o sprowadzeniu preparatów jodu stabilnego (jodek potasu), blokującego gruczoł tarczycy. Na razie nie ma konieczności podawania tego preparatu.

Władze nakazały osobom mieszkającym w odległości między 20 a 30 km od elektrowni pozostanie w domach.

(Z komunikatu PAA): Sytuacja na terenach Japonii położonych w otoczeniu elektrowni Fukushima Dai-ichi (prefektura Fukushima), na północ – prefektury Yamagata i Sendai i na południe – prefektury Utsunomiya i Melito, w odległościach 80 – 150 km od elektrowni . Moc dawki promieniowania gamma: 0.08 – 0.39 mikrosiwerta na godzinę (0,00008 - 0,00039 mSv/h). Sytuacja w Tokyo – moc dawki promieniowania gamma: 0.08 mikrosiwerta na godzinę.

(Z komunikatu PAA): Wartość mocy dawki 0.08 mikrosiwerta na godzinę jest poziomem tła naturalnego (wartości typowe dla całej Japonii). Wartość mocy dawki 0.39 mikrosiwerta na godzinę oznacza, iż przeciętna osoba (także dziecko, osoba chora i in.) w miejscu o takim poziomie promieniowania może bez istotnego uszczerbku dla zdrowia przebywać do 1000 dni, jeśli będzie spożywać wyłącznie nieskażone promieniotwórczo produkty żywnościowe i przebywać w zamkniętym pomieszczeniu. Jeśli te warunki nie są spełnione, ten czas może ulec redukcji o wielkość zależną od indywidualnego stylu życia. (Do powyższych obliczeń przyjęto 10 mSv jako umowną dawkę radiologiczną zwiększonego zagrożenia chorobą nowotworową).

Skażenie (powierchni ciał) osób biorących udział w akcji ratowniczej:

• 9 pracowników TEPCO i 8 pracowników firm zewnętrznych doznało skażenia powierzchni twarzy, jednak nie było potrzeby udzielania im pomocy medycznej ze względu na bardzo niewielka moc dawek jakie pochłonęli
• 1 pracownik pochłonął dawkę nieznacznie przekraczającą dopuszczalny limit (106 mSv / 100 mSv)
• 2 policjantów biorących udział w akcji ratunkowej przeszło dekontaminację (odkażanie)
• sprawdzany jest stan strażaków

Stan rannych pracowników elektrowni:

• 2 pracowników firm zewnętrznych zostało rannych na skutek trzęsienia ziemi.
• 1 pracownik TEPCO ma prawdopodobnie złamaną nogę i uraz klatki piersiowej.
• 1 pracownik firmy zewnętrznej został znaleziony nieprzytomny, odwieziono go do szpitala.
• 1 pracownik bloku nr 3 otrzymał dawkę promieniowania 106 mSv (dopuszczalny limit według przepisów japońskich wynosi 100 mSv), jednak nie jest to dawka zagrażająca zdrowiu. Przewieziono go do szpitala.
• 2 pracowników nastawni bloków nr 1 i 2 poczuło się źle po założeniu masek ochronnych, przewieziono ich do elektrowni Fukushima II na konsultacje lekarskie.
• 4 pracowników bloku nr 1 zostało rannych na skutek eksplozji, przetransportowano ich do szpitala.
• 11 pracowników bloku nr 3 (4 pracowników TEPCO, 3 pracowników firm zewnętrznych, 4 funkcjonariuszy obrony cywilnej) zostało rannych na skutek eksplozji 14 marca w bloku nr 3, przetransportowano ich do ambulatorium elektrowni Fukushima II. Jeden z nich uskarżał się na ból z boku tułowia, przetransportowano go śmigłowcem wojskowym do szpitala uniwersyteckiego w Fukushimie.
• 2 pracowników TEPCO uznano za zaginionych.
• 1 pracownik elektrowni Fukushima II zginął uwięziony w sterowni suwnicy, której konstrukcja na skutek trzęsienia ziemi uległa zawaleniu.

Stan elektrowni dotkniętych trzęsieniem ziemi:

Elektrownia Fukushima I - awaria

Elektrownia Fukushima II - elektrownia nie jest zagrożona

 Źródła: TEPCO, JAIF, PAA, WNN, IAEA, dane techniczne bloków PWR i BWR