Fukushima. Wielka draka w japońskiej elektrowni

Tym razem, wyjątkowo, tekst pojawia się w czwartek, a nie w piątek. To dlatego, że dziś właśnie minęło dokładnie 10 lat, odkąd świat – jeśli wierzyć podawanym w panicznym tonie wiadomościom – stanął na krawędzi zagłady. Zagłady wywołanej trzęsieniem ziemi i falą tsunami awarii w japońskiej elektrowni jądrowej Fukushima Dai-Ichi. Ale co tam się tak naprawdę stało i jaki wpływ miała ta awaria na środowisko? Pozwól, że wyjaśnię! Ale jeśli nie pamiętasz, na jakiej zasadzie działa elektrownia jądrowa – przeczytaj jeden z naszych wcześniejszych wpisów!

Cisza przed burzą

Zacznijmy od przedstawienia głównej bohaterki dramatu. Elektrownię Fukishima Dai-Ichi wybudowano w późnych latach sześćdziesiątych, do użytku weszła w 1971. Składała się z sześciu reaktorów wrzących¹BWR – boiling water reactor, należących do drugiej generacji reaktorów. Druga generacja oznacza, że reaktory te korzystały z aktywnych systemów zabezpieczeń, o czym więcej już za chwilę. Przed katastrofą pięć z nich wykorzystywało nisko wzbogacony uran jako paliwo. Reaktor numer 3 korzystał z paliwa mieszanego – z tlenków uranu i plutonu. W chwili wypadku pracowały tylko trzy z reaktorów – jednostki nr 4, 5 i 6 były wyłączone i oczekiwały na wymianę paliwa. Przy wszystkich jednostkach znajdowały się baseny do składowania wypalonego paliwa.

Trzęsienie ziemi, a potem napięcie… spada?

11 marca 2011 miało miejsce trzęsienie ziemi o magnitudzie 9. Jego epicentrum znajdowało się blisko największej japońskiej wyspy, Honsiu. Na skutek wstrząsów pozrywane zostały między innymi przewody dostarczające prąd do elektrowni w Fukushimie. Zgodnie z procedurami awaryjnymi, działające jeszcze reaktory automatycznie się  wyłączyły poprzez szybkie wsunięcie prętów kontrolnych. Jednocześnie uruchomiły się również agregaty Diesla, zapewniające zasilanie awaryjne, potrzebne do obsługi pomp chłodziwa. Było to niezbędne, ponieważ (jak już pisałem w artykule o elektrowniach jądrowych), wyłączenie reaktora nie załatwia sprawy. Produktu rozpadu uranu i plutonu rozpadają się dalej, produkując spore ilości ciepła. Tak czy inaczej, jak dotąd – sytuacja była opanowana, elektrownia dobrze zniosła trzęsienie ziemi, choć było ono o wiele silniejsze niż to, na które była zaprojektowana.

Niestety, nie minęło dużo czasu, i wydarzyło się to, co często towarzyszy podmorskim trzęsieniom ziemi: fala tsunami. Fala miała wysokość 15 metrów – również znacząco wyższa niż to, na co była zaprojektowana elektrownia, czyli 5,5 metra. Fala przelała się nad murami zabezpieczającymi i zalała elektrownię. A ponieważ generatory awaryjne były umieszczone w piwnicy… To wtedy zaczął się prawdziwy problem.

Mamy tu niewielki wyciek z reaktora!

Na skutek braku zasilania, a co za tym idzie, braku obiegu chłodziwa, temperatura rdzenia zaczęła rosnąć. Wzrosła też temperatura wody w basenach przechowujących wypalone paliwo. To doprowadziło do kilku konsekwencji. Po pierwsze, wraz ze wzrostem temperatury coraz więcej wody odparowywało, a co za tym idzie, rosło ciśnienie. Niekontrolowany wzrost mógłby doprowadzić do rozerwania zbiornika ciśnieniowego, w którym zamknięty jest rdzeń.

Dlatego też jest kilka warstw zabezpieczeń, mających przed tym chronić. Przede wszystkim, poniżej reaktora znajduje się duży pierścień wypełniony wodą. Przez tę wodę można przepuścić nadmiar gorącej pary z rdzenia. Para zostaje w ten sposób schłodzona i skroplona. Jeśli to nie wystarcza – a przy stale rosnącej temperaturze nie wystarcza na zbyt długo – są też zawory bezpieczeństwa, pozwalające wypuścić nadmiar pary poza reaktor. Takie zawory wyposażone są w dodatkowe filtry, mające wyłapać radioaktywne pierwiastki. Oczywiście nie są one stuprocentowo skuteczne. I przez kolejne kilka dni uchodziła tamtędy promieniotwórcza para. Ale nie tylko para…

Paliwo jądrowe wykorzystywane w elektrowni Fukushima, jak i w wielu innych elektrowniach, zamknięte jest w kapsułkach wykonanych ze stopu cyrkonu. Stop ten jest niereaktywny w temperaturze, w której normalnie pracuje. Ale po rozgrzaniu do temperatury rzędu 650 stopni Celsjusza zaczyna reagować z wodą. Reakcja ta wytwarza więcej ciepła, co i tak już przegrzanemu rdzeniowi nie pomaga. Co gorsza, jednym z jej produktów jest wodór… I jeśli pamiętacie medialne doniesienia o wybuchach w elektrowni Fukushima, to właśnie były to wybuchy wodoru. “Uciekł” on z rdzenia przez zawory bezpieczeństwa i zgromadził się w budynkach.

Co na to zaradzić?

Podstawowym problemem było dostarczenie w jakiś sposób chłodziwa do reaktorów. Firma próbowała dostarczyć awaryjne generatory z głębi kraju. Niestety, trzęsienie ziemi uszkodziło infrastrukturę w takim stopniu, że transport był bardzo utrudniony. Mało tego: gdy wieczorem 11 marca generatory wreszcie dotarły, okazało się, że podłączenie ich do pomp w elektrowni też nie będzie proste. Niestety, punkt, w którym miało być dokonane podłączenie, projektant umieścił w piwnicy hali turbin. Co za tym idzie, fala tsunami również go zalała… Dlatego też trzeba było improwizować.

Po pierwsze, skorzystano z pomocy strażaków. W przypadku reaktorów było to jednak możliwe dopiero po redukcji ciśnienia w reaktorze. Motopompy strażaków były w stanie podawać wodę pod ciśnieniem rzędu 8 atmosfer, a ciśnienie w rdzeniach reaktorów elektrowni Fukushima wynosiło około 70 atmosfer. Próba podpięcia pompy spowodowałaby przepływ w kierunku odwrotnym do pożądanego, dostarczając tym samym całą gamę nowych problemów. W przypadku reaktora nr 3 podjęto decyzję o otwarciu zaworów pomiędzy rdzeniem a obudową bezpieczeństwa. W wypadku reaktora nr 1 ciśnienie spadło samoistnie, co raport Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej eufemistycznie określa słowami “musiała wytworzyć się jakaś alternatywna droga spadku ciśnienia”. Po naszemu to szczelina w obudowie.

Środki awaryjne

Po pewnym czasie zapasy słodkiej wody się jednak skończyły. Podjęto więc decyzję o wykorzystaniu wody słonej, której w okolicy nie brakowało²Co prawdopodobnie oznaczałoby kres życia reaktorów nawet gdyby nie uległy innym uszkodzeniom – słona woda w wysokiej temperaturze prowadzi do szybkiej korozji wielu metali, a poza tym zostawia osad ze wszystkich soli, które w niej są zgromadzone.. Jednak nawet to nie odbywało się nieprzerwanie – na przeszkodzie stawały głównie dwa czynniki. Pierwszym było ponownie rosnące ciśnienie w rdzeniach reaktorów. Zawory pozwalające na obniżenie tego ciśnienia były sterowane pneumatycznie, i z powodu uszkodzeń nie zawsze działały zgodnie z założeniami. Gdy się zamknęły – ciśnienie w rdzeniu rosło. Po drugie, kilkakrotnie miały miejsce wybuchy wodoru, co nie tylko uszkadzało instalację, ale również utrudniało jej naprawę ze względu na porozrzucane szczątki.

Podobnie niestandardowo postępowano z basenem na wypalone paliwo przy reaktorze numer 3. Po wizji lokalnej z helikoptera powstały obawy, że woda w nim się wygotowała. W związku z tym zaczęto do niego zrzucać – również helikopterami – wodę morską, a następnie wykorzystano armatkę wodną, żeby podawać wodę słodką. Jako że takie baseny są otwarte, nie było problemu z ciśnieniem. Za usunięcie ostatniej przeszkody – dachu – odpowiadały eksplozje wodoru.

Dopiero 20 marca udało się wszystkim jednostkom przywrócić zasilanie i uruchomić standardowe układy chłodzenia, a tym samym długoterminowo opanować sytuację. Kilka tygodni później potwierdzono – reaktorów 1-4 nie da się naprawić. Po pewnym czasie potwierdzono również, że w jednostkach 1, 2 i 3 rdzenie uległy częściowemu stopieniu, a masa paliwowa wydostała się z obudowy ciśnieniowej i leży na dnie obudowy bezpieczeństwa.

Skutki

No więc jakie skutki dla ludzi i środowiska miała ta katastrofa? Jak blisko wieszczonej w mediach atomowej zagłady tak naprawdę byliśmy?

Skutki zaskakująco niewielkie. Od zagłady – daleko.

Przede wszystkim – jak już kiedyś pisałem, reaktor jądrowy nie może wybuchnąć tak, jak bomba jądrowa. To jest po prostu fizycznie niemożliwe. Co więcej, reaktor typu BWR nie ma szans wybuchnąć tak, jak ten w Czarnobylu. Najgorsze, co może się stać, i co się stało, to stopienie rdzenia. Szczęśliwie, rozgrzane resztki zostały zatrzymane przez obudowę bezpieczeństwa, która właśnie w tym celu powstała. Obudowa ta zatrzymała zdecydowaną większość radioaktywności w środku.

A co z radioaktywnością, która się wydostała? Ile jej było, ilu ludzi zabiła?

Wygląda na to, że… niemal nikogo. Raport Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej stwierdza, że w wyniku ostrych skutków promieniowania nie zginął nikt, zaś skutki długofalowe są na tyle niewielkie, że wzrost częstotliwości nowotworów będzie nie do wychwycenia wśród “normalnych”, spodziewanych przypadków. Jeśli chodzi o osoby ranne – było to 37 osób. Zdecydowana większość z nich odniosła obrażenia stricte mechaniczne, na przykład w wyniku wybuchów wodoru. Dwie osoby trafiły do szpitala z powodu poparzeń radiacyjnych.

Z drugiej strony trzy lata temu japońskie Ministerstwo Zdrowia przyznało odszkodowanie rodzinie 50-letniego pracownika elektrowni Fukushima, który zmarł na raka płuc, uznając, że jego choroba i śmierć były wywołane przyjętą dawką promieniowania. Ponadto uznano, że choroby kolejnych czterech pracowników zostały wywołane skutkami promieniowania. Zastosowanie hipotezy LNT prowadzi do najbardziej pesymistycznych szacunków na poziomie 1500-1800 dodatkowych zgonów. Wiadomo już jednak, że te liczby są grubo przesadzone³Chcesz wiedzieć więcej o tym, dlaczego nie mamy pewności, czy dana choroba została wywołana skutkami promieniowania? Zapraszamy do naszego wpisu o efekcie placebo!.

Lekarstwo gorsze od choroby?

Co ciekawe, najwięcej przypadków śmiertelnych – przeszło 2000 – związanych jest nie z promieniowaniem, ale z ewakuacją, która, jak się okazało, w dużej mierze nie była potrzebna. Część z tych przypadków to pacjenci wymagający stałej intensywnej opieki, którzy zmarli podczas ewakuacji. Jednak zdecydowana większość zgonów to zwiększona śmiertelność ewakuowanych w kolejnych miesiącach i latach. Po prostu osoby wyrwane ze swojego środowiska, umieszczone w domach o niższym standardzie i oddzielone od swojej naturalnej sieci wsparcia są bardziej narażone na rozmaite choroby. Przypomina to trochę sytuację z Czarnobyla gdzie, jak czytamy w “Nature”, stres, ubóstwo i depresja stanowią większy problem dla lokalnych społeczności, niż skutki promieniowania⁴A katastrofa w Czarnobylu jest warta poświęcenia jej osobnego cyklu notek – przeczytacie u nas o niej w przyszłości.

Skażenie

Ale jak to? Tak mało przypadków? Przecież mieliśmy wszyscy zostać napromieniowani, przecież strefa wokół elektrowni została zamknięta. Pamiętamy przecież kolorowe mapki prezentujące skażenie oceanu wodą z reaktorów!

Faktem jest, że wyciek z elektrowni Fukushima to trzeci największy wyciek radioaktywności do środowiska. Z drugiej strony, poza samym terenem elektrowni i jego najbliższą okolicą rozcieńczenie substancji promieniotwórczych było tak duże, że sumaryczny poziom promieniowania nie różni się zbytnio od promieniowania tła, a na pewno jest niższy niż promieniowanie tła w wielu innych miejscach. Warto też tutaj wspomnieć o nieuczciwym stosowaniu obrazków. Ten poniżej był wykorzystywany do pokazania, jak bardzo skażone są oceany.

Robi wrażenie, prawda? Sęk w tym, że nie ma on nic wspólnego z promieniotwórczością – pokazuje tylko wysokość fali tsunami w różnych miejscach. A gdy już uda się znaleźć mapę pokazującą faktyczne skażenie promieniotwórcze, wystarczy spojrzeć na skalę, żeby się zorientować, że nie mówimy tutaj o szkodliwych poziomach. Podobnie wyglądała sprawa z alarmistycznymi nagłówkami “X-krotnie wzrosło stężenie promieniotwórczego jodu na Polską”. Owszem, wzrosło, ale nawet to X-krotnie wyższe stężenie dalej było w granicach norm bezpieczeństwa. Nie musicie mi wierzyć na słowo. Raporty wskazują, że na przykład badania przesiewowe pod kątem chorób tarczycy przeprowadzone na dzieciach w samej prefekturze Fukushima nie wykazały żadnych odstępstw od normy. Dokładniejsze analizy wykazały też, że tylko 30 osób pracujących na terenie samej elektrowni przyjęło dawkę powyżej 100 mSv promieniowania. Była to najmniejsza dawka, jaką kiedykolwiek powiązano ze wzrostem zapadalności na nowotwory.

Fukushima a sprawa polska

Fukushima bywa przywoływana przez przeciwników budowy elektrowni jądrowej w Polsce jako argument wskazujący na niebezpieczeństwo tej technologii. W moim przekonaniu argument ten jest chybiony z kilku powodów.

Przede wszystkim, trzeba podkreślić jeszcze raz: wpływ promieniowania na ludzi był niewielki. Niejednokrotnie w wypadkach w kopalniach węgla ginie jednorazowo więcej osób, niż w wyniku promieniotwórczości uwolnionej z elektrowni Fukushima. A trzeba pamiętać, że wypadki w kopalniach zdarzają się o wiele częściej, niż w elektrowniach jądrowych.

Po drugie, tak jak pisałem na początku – w elektrowni Fukushima Dai-Ichi pracowały reaktory drugiej generacji, bazujące na aktywnych systemach zabezpieczeń. Takimi systemami są na przykład pompy, które wymagają zasilania czy zawory, które trzeba otworzyć ręcznie, pneumatycznie bądź hydraulicznie. Aktualnie budowane reaktory zaliczają się do tak zwanej generacji III+⁵Generacja IV jest w fazie projektów, powinna wejść do użytku w perspektywie 5-10 lat. i bazują na zabezpieczeniach pasywnych. “Pasywne” w tym wypadku oznacza, że polegają one na naturalnych procesach, a nie na dostarczaniu energii z zewnątrz. Do takich rozwiązań należą na przykład zbiorniki wody chłodzącej umożliwiające chłodzenie grawitacyjne albo konwekcyjne. Zaliczają się do nich też wymienniki ciepła czy rury odprowadzające ewentualne wycieki wodoru poza budynek. Są nawet rozwiązania wypalające czy w inny sposób usuwające wodór w miarę wyciekania, żeby zapobiec nagromadzeniu i wybuchowi…

Bezpiecznie?

Można na ten wypadek spojrzeć dwojako. Można oczywiście stwierdzić, że technika jądrowa znów wykazała, jak groźna być potrafi, gdy coś zawiedzie. Ale można też zauważyć, że kilkudziesięcioletnią, przestarzałą elektrownię dotknęło trzęsienie ziemi kilkakrotnie silniejsze i fala tsunami trzykrotnie wyższa niż ta, na jaką została zaprojektowana. W wyniku awarii zginęło kilka osób, a kilkadziesiąt zostało rannych. Dla mnie to kolejny dowód na wysokie bezpieczeństwo energetyki jądrowej. Sytuacja przypomina trochę tę związaną z wypadkami lotniczymi: statystyki jednoznacznie wskazują, że samolot jest najbezpieczniejszym środkiem transportu i nie zmieniają tego rozgrywające się co jakiś czas katastrofy, w których życie naraz traci kilkudziesięciu czy kilkuset ludzi.

I koniec końców… Czy można bezpośrednio odnieść sytuację z elektrowni Fukushima do naszych realiów? Cóż, powiedzmy sobie szczerze, w Polsce trzęsienia ziemi zdarzają się rzadko, a fale tsunami wcale. A gdyby jednak – to będzie znaczyło, że ewentualne problemy z elektrownią jądrową i tak są daleko na liście priorytetów…

Źródła:

https://www-pub.iaea.org/mtcd/publications/pdf/pub1710-reportbythedg-web.pdf

https://www.nationalgeographic.com/science/article/110323-fukushima-japan-new-nuclear-plant-design

https://www.abc.net.au/news/2018-09-06/first-man-dies-from-radiation-from-fukushima-nuclear-disaster/10208244

https://www.nature.com/articles/437181b

https://www.world-nuclear.org/information-library/safety-and-security/safety-of-plants/appendices/fukushima-radiation-exposure.aspx

https://www.iaea.org/publications/8192/passive-safety-systems-and-natural-circulation-in-water-cooled-nuclear-power-plants

Zainteresowało Cię to, co czytasz? Chcesz wiedzieć więcej? Śledź nas na Facebooku, i – pozwól, że wyjaśnię!