Zmieniony: piątek, 06 kwietnia 2012 21:59

W piątek 11 marca 2011 r. na skutek fali tsunami spowodowanej trzęsieniem 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.

Przebieg wydarzeń

Fukushima I należała do starej, drugiej generacji elektrowni jądrowych. W jej skład wchodziło sześć bloków jądrowych z reaktorami wodnymi wrzącymi (Boiling Water Reactor, BWR). W dniu katastrofalnego trzęsienia ziemi pracowały trzy z nich. Paliwo jądrowe z czwartego reaktora było wyładowane do pobliskiego basenu.

Elektrownia jądrowa Fukushima I (po przejściu fali tsunami), w której doszło do awarii na skutek ogromnego trzęsienia ziemi. (fot. Beacon Radio, CC) kliknij by powiększyć

11 marca 2011 roku o godzinie 14:46 czasu lokalnego u wschodnich wybrzeży Japonii doszło do rekordowo silnego trzęsienia ziemi. W jego wyniku zostały zerwane wszystkie linie energetyczne zasilające układy bezpieczeństwa elektrowni Fukushima I (było ich siedem, w tym jedna w remoncie). Automatycznie uruchomiły się procedury alarmowe i wszystkie reaktory zostały wyłączone. Równocześnie podjęły pracę agregaty prądotwórcze, odpowiedzialne za zasilanie układów bezpieczeństwa odprowadzających ciepło z reaktorów. Sytuacja była pod pełną kontrolą.

Godzinę po trzęsieniu w nabrzeże przy Fukushimie I uderzyło tsunami. Betonowy falochron elektrowni był przygotowany na odparcie fal o wysokości do 6,5 m. Tsunami z 11 marca było dwukrotnie wyższe. Woda przelała się i zniszczyła agregaty dieslowskie zasilające pompy, które odprowadzały ciepło powyłączeniowe z reaktora. Ocalały tylko dwa agregaty. Jeden był jednak niezdatny do użytku z uwagi na zalaną rozdzielnię. Drugi zasilał reaktory 5 i 6 i nie udało się go przełączyć na zasilanie układów chłodzenia reaktorów 1-3. Co gorsza, tsunami zniszczyło również część baterii, które były ostatnim źródłem prądu w elektrowni.

Wskutek braku prądu układy odbierające ciepło powyłączeniowe z wyłączonych reaktorów nie działały poprawnie i rdzenie zaczęły się przegrzewać. W temperaturze powyżej 900 stopni Celsjusza cyrkon, z którego są zrobione koszulki paliwowe, zaczął reagować z wodą. W wyniku reakcji były wydzielane duże ilości wodoru, co skutkowało wzrostem ciśnienia w obudowie bezpieczeństwa.

Schemat bloku z reaktorem BWR, który uległ awarii w elektrowni Fukushima I. (rys. WNA)

 

Wodór powinien być spalany w rekombinatorach wodoru, ale w elektrowni Fukushima I wymagały one dopływu energii elektrycznej (w nowych elektrowniach działają one pasywnie, bez dopływu energii z zewnętrz). Zawartość wodoru i ciśnienie pary wewnątrz budynków reaktorów rosły. Sytuacja pogarszała się z każdą chwilą. Próby zalania rdzeni reaktorów wodą morską skończyły się niepowodzeniem. W wyniku reakcji wodoru z tlenem zawartym w powietrzu, w budynku każdego reaktora doszło w końcu do konwencjonalnego wybuchu. Żadna z eksplozji nie uszkodziła obudowy bezpieczeństwa.

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

 

Film przedstawiający moment wybuchu wodoru i zniszczenie górnej części budynku reaktora nr 3. Zniszczeniu NIE uległa jednak stalowa obudowa bezpieczeństwa reaktora.

Scenariusz wydarzeń prowadzących do wybuchów w reaktorach 1-3 był ten sam. Zagadką pozostawała eksplozja pozbawionego paliwa reaktora 4. Zdalnie sterowany robot, który po pewnym czasie sfilmował paliwo w basenie reaktora 4, nie wykrył żadnych śladów stopienia prętów paliwowych. Obecnie uważa się, że wodór dostał się do wnętrza budynku reaktora 4 poprzez system wentylacyjny wspólny z reaktorem 3.

PRZEKRÓJ graficzny bloku z reaktorem BWR w elektrowni Fukushima, który uległ awarii. (NIE jest to rysunek przedstawiający uszkodzenie) (rys. WNA), kliknij by powiększyć

Po upływie dziesięciu godzin od wyłączenia każdy reaktor w elektrowni Fukushima I wciąż generował osiem megawatów mocy cieplnej. Taka ilość ciepła wystarcza, aby w godzinę odparować tonę wody, której nie było jak uzupełniać. Poziom wody wciąż się obniżał i w końcu doszło do odsłonięcia rdzeni reaktorów 1-3. Znajdujące się w nich pręty paliwowe zaczęły się topić. Gorące paliwo spłynęło na dno zbiornika reaktora. W reaktorach 2 i 3 nie przetopiło się, jednak przez otwory technologicznie w dnie prawdopodobnie doszło do wycieków do wnętrza obudowy bezpieczeństwa. W reaktorze 1 stopione paliwo przepaliło zbiornik i trafiło do chłodzonego wodą chwytacza rdzenia. W żadnym reaktorze stopione paliwo nie wydostało się poza obudowę bezpieczeństwa.

29 września 2011 roku poinformowano, że wszystkie trzy reaktory osiągnęły stan zimnego wyłączenia.

Według obecnych planów zarządcy elektrowni, firmy TEPCO, usuwanie wypalonego paliwa z basenów przy reaktorze 4 zacznie się od roku 2014. Stopione paliwo jądrowe, które obecnie stygnie wewnątrz obudów bezpieczeństwa reaktorów 1-3 (obecnie przykrytych dodatkowymi konstrukcjami) będzie można usunąć dopiero po roku 2021. Całkowita rozbiórka elektrowni Fukushima I zajmie co najmniej 30 lat.

Aktualny stan elektrowni i jej otoczenia podawany jest w komunikatach JAIF: http://www.jaif.or.jp/english/

Od 31 maja można oglądać na żywo sytuację na zewnątrz elektrowni - TEPCO uruchomiło kamerę internetową ustawioną przed blokiem nr 1: http://www.tepco.co.jp/en/nu/f1-np/camera/index-e.html

 

Skutki awarii

12 kwietnia, 31 dni po awarii, japoński dozór jądrowy po przeanalizowaniu łącznej emisji radioizotopów z elektrowni sklasyfikował ogólnie całą awarię (sumaryczna emisja z bloków 1-3) na poziomie 7 w skali INES, czyli tym samym który osiągnęła awaria w Czarnobylu. Mimo to rozmiar awarii w Fukushimie jest 10-krotnie mniejszy niż w Czarnobylu (łączna emisja z Fukushimy wynosi 10% emisji z Czarnobyla). Szczegóły w informacji prasowej NISA.

Blok elektrowni (reaktor)	Stopień awarii w skali INES
1	5
2	5
3	5
Łączne emisje z bloków 1-3	7
4	3
5	3
6	3

 

Oddziaływanie promieniowania jonizującego na organizmy żywe mierzy się w jednostkach nazywanych siwertami (Sv). W Polsce średnia roczna dawka promieniowania pochodzącego ze źródeł naturalnych wynosi 2,4 milisiwerta (mSv). Podczas prześwietlenia rentgenowskiego otrzymujemy dawkę 0,7 mSv, a roczny pobyt w niewietrzonym domu na podłożu granitowym wiąże się z przyjęciem dawki 20 mSv. W irańskim mieście Ramsar (ponad 30 tys. mieszkańców) roczna dawka naturalna to 300 mSv.

Promieniowanie w bezpośrednim sąsiedztwie elektrowni jądrowej zwiększa dawkę roczną o mniej niż 0,001 mSv.

Wskutek promieniowania jonizującego uwolnionego podczas wypadku w elektrowni Fukushima I nikt nie zginął. Wydarzenie jest więc klasyfikowane nie jako katastrofa (ta musi skutkować śmiercią co najmniej sześciu osób), lecz jako poważny wypadek przemysłowy.

W energetyce jądrowej zawsze najważniejsza jest ochrona zdrowia i życia ludzkiego. Dlatego zaraz po awarii w Fukushimie zarządzono ewakuację w 20-kilometrowej strefie wokół elektrowni, a następnie rozszerzono ją do 30 km. Wśród 220 tys. osób z terenów skażonych nie stwierdzono ani jednego przypadku uszczerbku na zdrowiu wywołanego promieniowaniem jonizującym.

Dzieci w okolicy Fukushimy nie są zagrożone. W grupie 11 dzieci, które otrzymały największe dawki promieniowania, dawki na tarczycę wynosiły od 5 do 35 mSv, co odpowiada dawce na całe ciało od 0,2 do 1,4 mSv. Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej zaleca podawanie stabilnego jodu przy dawce na tarczycą powyżej 50 mSv.  Dla porównania: według przepisów stosowanych w USA dawka po awarii na granicy strefy wyłączenia nie powinna przekraczać 3000 mSv na tarczycę. W Polsce zgodnie z Rozporządzeniem Rady Ministrów z 2004 roku zaleca się podanie preparatów ze stabilnym jodem, jeżeli u dowolnej osoby z zagrożonego terenu zachodzi możliwość otrzymania na tarczycę dawki pochłoniętej równej co najmniej 100 mSv. Przy mniejszych dawkach żadne działania interwencyjne nie są potrzebne. Z danych wynika więc, że mimo chwilowych wzrostów promieniowania podczas awarii w Fukushimie, ostateczne skutki radiologiczne awarii są pomijalnie małe.

Rejestrowana poza elektrownią moc promieniowania kilkukrotnie wzrosła ponad dopuszczalne normami dawki roczne. Wzrosty te nigdy nie trwały dłużej niż dzień i dlatego nie miały wpływu na zdrowie ludności. Aby stanowiły zagrożenie, powinny utrzymywać się na poziomie przekraczającym normę przez rok.

Pierwsi mieszkańcy wrócili do strefy ewakuacji między 30. a 20. km od elektrowni już po sześciu miesiącach od awarii.

Największe skażenie na obszarach poza elektrownią Fukushima I dochodzi obecnie do 20 mSv w skali roku. Tereny skażone są poddawane dekontaminacji, polegającej na usunięciu wierzchniej warstwy gleby, pyłu oraz gruzów. Celem dekontaminacji jest obniżenie długoterminowej dodatkowej dawki rocznej poniżej 1 mSv.

Japońska Komisja Energii Atomowej oszacowała, że nawet po uwzględnieniu kosztów wydarzeń związanych z trzęsieniem ziemi i tsunami, w tym kosztów ewakuacji, odszkodowań i likwidacji elektrowni Fukushima I, energetyka jądrowa pozostaje najtańszym źródłem energii w Japonii.

Należy podkreślić, że skażenie produktami rozszczepienia z biegiem czasu maleje, ponieważ każdy atom po wyemitowaniu promieniowania przestaje być promieniotwórczy. Dlatego z czasem skażenie promieniotwórcze samoczynnie spada niemal do zera. W przypadku skażeń chemicznych zanieczyszczenia często się nie rozkładają i jeśli nie zostaną zutylizowane, mogą być śmiercionośne nawet przez miliony lat.

Aktualny stan elektrowni i jej otoczenia podawany jest w komunikatach JAIF: http://www.jaif.or.jp/english/

 

Sytuacja w Polsce

Ludność Polski nie była i nie jest zagrożona. Informacje o skażeniach na terenie naszego kraju są dostępne na stronie Państwowej Agencji Atomistyki (agencja prowadzi na bieżąco monitoring całego kraju poprzez sieć swoich stacji pomiarowych). Instytut Fizyki UMCS w Lublinie prowadzi własne pomiary, które można na bieżąco obserwować za pośrednictwem strony Instytutu:
http://radioaktywnosc.umcs.lublin.pl/

Instytut Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie prowadził pomiary stężenia radioaktywnego jodu-131 pochodzącego z Fukushimy. Wyniki te dostępne są na stronie: http://www.ifj.edu.pl/wyd/jod11042011.pdf

W IFJ PAN uruchomiono spektrometr całego ciała, z którego nieodpłatnie, mogą skorzystać osoby powracające z Japoni: http://www.ifj.edu.pl/wyd/spektrometr.php

Informacja Instytutu Energii Atomowej POLATOM z dnia 29 marca:

Analizując w dniu 29 marca 2011 r. tygodniowy pomiar zanieczyszczenia powietrza w Ośrodku Jądrowym Świerk, zarejestrowano pojawienie się śladowych ilości radioaktywnych izotopów jodu i cezu. Ponieważ identyczne wyniki pomiarów otrzymano ze stacji pomiarowej znajdujacej się w znacznej odległości od Ośrodka wykluczono uwolnienie tych substancji z obiektów w Świerku. Fakt ten oznacza, że zanieczyszczone powietrze może objąć większy obszar kraju. Ponieważ izotopy te są wytwarzane w procesie rozszczepienia uranu wydaje się, że ich źródłem może być awaria japońskiej elektrowni jądrowej.

Głównym źródłem narażenia człowieka może być przedostanie się tych izotopów do organizmu podczas wdychania powietrza. Oceniona na podstawie obowiązujących procedur Międzynarodowej Komisji Ochrony Radiologicznej (ICRP) tygodniowa dawka promieniowania wynosi około jednej dziesięcio tysięcznej mikro Siverta (1*10^-4μSv/tydzień), co stanowi jedną dwustu tysięczną -1/200 000 (5*10^-6) część granicznej dawki promieniowania dla ogółu ludności – 20 mikro Sivertów tygodniowo (20 μSv/tydzień). Dla porównania, każdy mieszkaniec Polski tygodniowo otrzymuje dawkę od 60 do 80 mikro Sivertów od naturalnego promieniowania gleby, obecności radioaktywnego radonu w powietrzu oraz promieniowania kosmicznego.

Podstawowe informacje o promieniowaniu jonizującym (broszura Instytutu Problemów Jądrowych)

Informacje o oddziaływaniu małych dawek promieniowania na organizmy żywe

Na stronie Polskiego Towarzystwa Fizycznego dostępne są dwa artykuły zamieszczone w czasopiśmie "Foton" nr 112, wiosna 2011:

"Antyatomowe tsunami", autor: Prof. dr hab. Kazimierz Bodek, Uniwersytet Jagielloński,

"Dawki promieniowania jądrowego", autor: Prof. dr hab. Paweł Moskal, Uniwersytet Jagielloński

http://ptf.fuw.edu.pl/Bodek+Moskal.pdf

Dostępne jest także: Oświadczenie Zarządu Głównego Polskiego Towarzystwa Fizycznego w związku z trzęsieniem ziemi w Japonii i awarią w elektrowni atomowej Fukushima I 

Artykuły pochodzące z kwartalnika "Postępy Techniki Jądrowej":

"Fukushima - pierwsze oceny i komentarze"     dr Stanisław Latek, Państwowa Agencja Atomistyki

"Elektrownia Fukushima Jeden"     dr inż. Krzysztof Rzymkowski

""Japońska" chmura nad Polską"     mgr inż. Krzysztof A. Isajenko, mgr Barbara Piotrowska, mgr Olga Stawarz, mgr Izabela Kwiatkowska, Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej

"Japonia po awarii w Fukushimie"    dr Stanisław Latek, Państwowa Agencja Atomistyki

 

Ofiary w ludziach:

Liczba zabitych na skutek awarii: 0

Na skutek trzęsienia ziemi zginął 1 pracownik elektrowni Fukushima II - zginął uwięziony w sterowni suwnicy, której konstrukcja na skutek trzęsienia ziemi uległa zawaleniu.

Na skutek ataku fali tsunami zginęło 2 pracowników elektrowni Fukushima I, którzy w chwili trzęsienia ziemi przebywali w maszywnowni bloku nr 4 - utopili się, gdy woda z fali tsunami wdarła się kanałami technicznymi (kablowymi) do podpiwniczeń maszynowni

Łącznie zginęło 3 pracowników dwóch elektrowni (Fukushima I i Fukushima II), ale na skutek fali tsunami i trzęsienia ziemi, nie od awarii w elektrowni.

Informacje na temat narażenia radiacyjnego znajdują się w aktualizowanych codziennie informacjach JAIF (pliki PDF wklejane do naszego artykułu). Do chwili obecnej nie stwierdzono żadnych objawów chorobowych u pracowników, którzy otrzymali dawki powyżej 250 mSv. Nie stwierdzono również pogorszenia się stanu zdrowia osób ewakuowanych z terenów wokół elektrowni (również tych, którzy już wrócili) na skutek promieniowania.

Z powodu trzęsienia ziemi i tsunami śmierć poniosło ponad 21 000 osób.

 

Najświeższe informacje dostępne są na stronie operatora elektrowni (firma TEPCO): http://www.tepco.co.jp/en/index-e.html , oraz Japan Atomic Industry Forum (JAIF): http://www.jaif.or.jp/english/

 

Konkurencyjność ekonomiczna energetyki jądrowej po Fukuszimie

Po awarii wykonano w Japonii w sumie trzy niezależne analizy porównawcze kosztów wytwarzania w różnych typach elektrowni. Ich autorami były:

1. Institute of Energy Economic of Japan (IEEJ)

2. Japan Atomic Energy Commission (JAEC)

3. Energy and Environment Council

Wszystkie analizy wykazały, że po uwzględnieniu kosztów awarii jądrowej (wliczając koszty ewakuacji, odszkodowań i likwidacji obiektu) elektrownie jądrowe są nadal najtańszym źródłem energii w Japonii.

Więcej informacji:

http://www.world-nuclear-news.org/EE-Nuclear_still_cost_competitive_in_Japan_study_says-0209114.html

http://www.world-nuclear-news.org/NP-Japan_France_consider_nuclear_power_costs-0811114.html

http://www.jaif.or.jp/english/news_images/pdf/ENGNEWS01_1324278240P.pdf

Awaria w Fukuszimie nie ma i nie będzie miała wiekszego wpływu na elektrownie z reaktorami III generacji, ponieważ ich projekty uwzględniają tego typu awarię (całkowity brak zasilania na potrzeby własne elektrowni, skutkujący osuszeniem rdzenia i jego stopieniem, a także zagrożenie wybuchem wodoru). Gdyby w Fukuszimie pracowały reaktory III generacji nie doszłoby do awarii lub miałaby ona skutki jedynie wewnątrz obiektu. Nawet w najgorszym przypadku nie byłoby potrzeby ewakuowania ludności.