Fukushima 1 - po dwóch tygodniach

Fukushima 1 - po dwóch tygodniach

Mirosław Dakowski, 25 marca

            Planowałem napisanie takiego tekstu na oktawę Katastrofy. Ale wszystko było tam bardzo niestabilne, a dla nas dodatkowo niejasne, bo zaciemniane. Widać było, że tak Tepco (firma energetyczna, 25 % rynku energetycznego w Japonii), jak i rząd Japonii, oraz MAEA (Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej w Wiedniu)  - gorące wieści ukrywają. Znów sztuczna mgła.

             W dekadę Katastrofy - to samo. Wypływają coraz to nowe wieści o wybuchach, niestabilnościach, pożarach i przekroczeniach skrajnych temperatur (por. Temperature of the pressure vessel was 390 degrees ).Wbrew uspokajającym oświadczeniom samozwańczych często autorytetów.

            Więc teraz, po dwóch tygodniach, muszę wreszcie podsumować moją wiedzę i niewiedzę.

            Nie da się choć trochę wyrobić własnego zdania o Fukushimie bez

ABC wiedzy o reaktorach

            Przepraszam, ale to niezbędne dla jakiegoś zrozumienia, co tam (i u nas) się dzieje. Niezbędne też dla nie poddawania się panice. [To lepsze pojęcie niż histeria, bo to pierwsze jest reakcją naturalną, a to drugie - jednostką chorobową]. Gdy histerii ulegają komentatorzy, to staje się groźne dla czytających.    

            Reaktory składają się z rdzeni, systemów ich chłodzenia, obudowy ciśnieniowej i obudowy bezpieczeństwa (ang. containment). Na zewnątrz są wymienniki ciepła i turbiny generatorów energii elektrycznej. Rdzenie to zwykle cylindry o średnicy paru metrów i wysokości 5-10 metrów. Najważniejsze w ich wnętrzu to pręty paliwowe. W nich następuje rozszczepienie 235U lub 239Pu. Jest to reakcja samo-podtrzymująca się, sterowana przy pomocy prętów.

Rdzeń umieszczony jest w stalowej obudowie ciśnieniowej, koniecznej, by woda szybciej odebrała ogromne ciepło z rozszczepienia.

            Obudowa bezpieczeństwa jest zewnętrzną strukturą ze stali i betonu, zaprojektowaną w celu zatrzymania par i gazów w razie awarii czy katastrofy. To wszystko jest oczywiście pod dachem, w budynku.

            Fukushima 1 a sejsmika

            To, że Japonia leży na terenach aktywnych sejsmicznie wiadomo od zawsze. Przez wieki budownictwo w Japonii charakteryzowała lekkość bambusa i mat.

            Ponieważ jest to naród rozsądny, a elity działają racjonalnie, cywilizację pochodzącą z Europy, a szczególnie budownictwo, dostosowano do specyfiki sejsmicznej wysp. To, że wyspy te co sto czy trzysta lat doświadczają ogromnych, katastrofalnych wstrząsów, zostało, jak sądziliśmy, uwzględnione. Również, a zapewne szczególnie, przy budowie reaktorów jądrowych.

             A jednak - firma Tepco wybudowała kompleks sześciu reaktorów (pochodzących z General Electric) na brzegu morza. Reaktory wytrzymały (mechanicznie) trzęsienie o magnitudzie 8.9 (tak się mówi w sejsmologii). a ich zabezpieczenia były podobno zaprojektowane (!!) dla fali tsunami do 5.7 metra. Realna fala miała tam ok. 12 metrów. Zniszczyła m.inn. wszystkie stacje pomp chłodzenia, różne rodzaje zasilania awaryjnego itd. Urządzenia te znajdowały się na zewnątrz (!!) budynków.

            O aferach korupcyjnych w Tepco, związanych z bezpieczeństwem reaktorów można przeczytać np. pod: W Japonii fałszowano raporty dotyczące elektrowni jądrowych i w artykułach sąsiednich.

            Reaktory w Fukushima 1 (dai-ichi znaczy nr.1) były typu BWR (Boiling Water Reactor), tj. powstająca w rdzeniu para z gotującej się wody szła bezpośrednio na turbiny. Była więc, już na zewnątrz reaktora, radioaktywna. W innych (PWR) gorąca woda z rdzenia tłoczona jest do wymienników, gdzie powstaje czysta para obiegu wtórnego, napędzająca turbiny.

            W Fukushima 1 były następujące typy reaktorów:

Moc nomin. (MW)

   460

    784

     784             

  784 

  784      

 1100

Typ reaktora

BWR-3 

BWR-4 

BWR-4 

BWR-4 

BWR-4 

BWR-5

[MW to jednostka mocy: megawat, milion watów]

Reaktory 5 i 6 były w dniu katastrofy wyłączone, więc od pewnego czasu (tygodnie?) już zmniejszała się w nich radioaktywność, a więc i wydzielana moc. Po zniszczeniu wszystkich zaprojektowanych sposobów i obwodów zapasowych chłodzenia, jednak tam również  temperatura tych rdzeni znacznie wzrosła. Chyba nie do wielkości katastrofalnych, choć pomiarów nie przeprowadzono, z powodu zupełnego zniszczenia sieci elektrycznej i radioaktywności terenu i budynków.

Pominę milczeniem lansowane w wielu portalach hipotezy, iż np. trzęsienie nastąpiło na skutek użycia broni geo-fizycznej (typu HAARP) lub, że katastrofa elektrowni spowodowana została celowo, np. przez wirusa STUXNET.  Przyczyna pominięcia jest prosta - nie są dostępne  żadne dowody potwierdzające te hipotezy.

O krótkowzroczności projektantów i administratorów elektrowni świadczy fakt, iż ponad reaktorami zaprojektowano (sic!) i umieszczano zbiorniki chłodzące stare, wypalone rdzenie. W sytuacji, gdy wszelkie obwody chłodzenia, jak i same budynki uległy destrukcji z TEJ SAMEJ przyczyny (!!), również te, ogromne ilości nagromadzonego zużytego paliwa stały się wielkim niebezpieczeństwem: Tam też w każdym magazynie wyzwalają się co najmniej dziesiątki, a pewnie setki megawatów mocy cieplnej.

Ponieważ dachy budynków zmiotło, lub są dziurawe, te magazyny można skutecznie polewać z helikopterów lub ze zdalnie sterowanych pomp.

Chłodzenie a wybuchy

Po nagłym zatrzymaniu reaktora (w wypadku Fukushima automatycznie, na skutek trzęsienia) dalej wydziela się ciepło. Na początku chłodzenia ta moc jest rzędu 10% mocy, na której reaktor pracował nominalnie. Spowodowane to jest faktem, iż w rdzeniu pozostają produkty rozszczepienia, których radioaktywność (już nie rozszczepienie !) powoduje takie wydzielanie ciepła. Radioaktywność ta zmniejsza się z dnia nadzień. Ale w rdzeniu o mocy nominalnej ok. 800 MW ciągle pozostaje źródło radioaktywne o mocy kilkudziesięciu MW ! W tych paru metrach sześciennych rdzenia. Jeśli tego nie schłodzisz, to temperatura prętów wzrośnie, resztki wody najpierw się gotują, podnoszą ciśnienie. Przy temperaturze rzędu 1100 - 1200 oC (przy normalnym ciśnieniu) następuje rozkład wody na wodór i tlen. Zawory w obudowie ciśnieniowej, a potem w obudowie bezpieczeństwa „puszczają” i te gazy, zmieszane z różnymi gazami radioaktywnymi wylatują na zewnątrz. Wodór w odpowiedniej mieszance z powietrzem łatwo wybucha. Jeśli wybuchł w obudowie ciśnieniowej - to ją rozrywa. Jeśli wybuchł w obudowie bezpieczeństwa, to co najmniej robi w niej dziurę czy dziury lub też ją niszczy. Dalej - rozrywa budynek, ew. niszczy budynek sąsiedni. W Fukushima byłokilka wybuchów wodoru. Tak właśnie, od wybuchu wodoru w R3, „padł” budynek R4, tj. reaktora, który był na szczęście jądrowo wyłączony.

Tu narzucają się pytania:

 Gdzie, w której ze struktur, nastąpiły kolejne wybuchy wodoru? Bo jeśli w obudowie bezpieczeństwa, to musiały ją rozerwać, a resztka wrzącej wody i pary wypłynęła. Temperatura rdzenia pod wpływem działania mocy z radioaktywności resztkowej musiała dalej rosnąć. W tej sytuacji trzeba i można te ruiny rozpaczliwie podlewać tysiącami ton wody z morza.

Jeśli zaś, jak sugerują sprawozdania Tepco, czy MAEA, „prawie wszystkie” obudowy bezpieczeństwa istnieją dalej i spełniają swą rolę, to jak te strumienie wody z helikopterów czy ogromnych pomp dostają się do rdzenia, który musi przecież być schłodzony? A jeśli się nie dostają, tylko chłodzą np. obudowę bezpieczeństwa z zewnątrz, to wewnątrz musi być piekło. Kiedy się dowiemy, jaka jest temperatura rdzenia? Oraz, w jakim stanie on jest  - pozostawiony bez chłodzenia?

Ta sprawa jest kluczowa. Dopiero następne ważne pytanie może brzmieć: Jak w tej sytuacji chłodzić rdzeń?  Bo np., gdyby był rozgrzany do 1300 - 1500 stopni, co sugeruje obecność wodoru, to dodanie wody, na przykład z uruchomionej instalacji chłodzenia, może znów wywołać groźne wybuchy wodoru. Obecnie wolą jednak gasić wodą, niż dopuścić do stopienia  ostatecznego i przebicia się tych mas w dół (MELTDOWN). Stąd to wyczuwalne drżenie i wahanie dowództwa ekip ratowniczych: obawa przed  kolejnymi strasznymi wybuchami. Oni na miejscu coś wiedzą, ale Tepco i wyżej (MAEA?) nie ujawniają nowych faktów, już  im  znanych po kolejnych pożarach i wybuchach.

            Ktoś tu mocno kłamie. Nie wiem, jaka jest sytuacja prawdziwa. Takie i podobne pytania powodują panikę u urzędników w Państwowej Agencji Atomistyki, w Instytucie Energii Jądrowej w Świerku. Odsyłają nas jeden do drugiego, a dalej do komunikatów MAEA w Wiedniu. A już nawet tam, wśród uspokajających sloganów pojawiają się zdania, że „na ile MAEA jest poprawnie informowana”....

            Przed paru dniami widzieliśmy filmiki o polewaniu płonących reaktorów z helikopterów, z wysokości 100-120 m, co przy silnym i porywistym wietrze wyglądało groteskowo. Kurtyny wodne przemieszczały się dowolnie. Nie dowiedziałem się, dlaczego tak robiono. Ładunek użytkowy tych helikopterów to 7.5 tony. Przecież, gdyby od dołu założono osłony ołowiowe, np. o wadze trzech ton, a załogę ubrano w zwykłe kombinezony przeciw-chemiczne z pochłaniaczami w maskach, to pozostały udźwig, czyli 4.5 tony wody, mógł być zrzucony z wysokości 10-15 metrów, celnie i o rzędy wielkości skuteczniej. Na odległość, przy blokadzie informacji, takich wątpliwości nie można rozstrzygać. A są istotne dla przewidywania przyszłego zachowania się tych płonących tyranozaurów. Obecna sytuacja przypomina popularne filmy o Godzilli.

Osobną sprawą jest paliwo MOX

            Zwykle w reaktorach używało się paliwa z uranu, wzbogaconego trochę w rozszczepialny 235U. Ale przy pracy reaktorów powstają z nie-rozszczepialnego, a obecnego w prętach  238U różne izotopy plutonu (Pu). Najlepszy do dalszych, innych zastosowań jest izotop 239Pu. Taki izotop produkuje się łatwo w reaktorach typu RBMK (Czarnobyl). A przy bezpieczniejszym reaktorze (np. PWR) powstają również, jako produkty uboczne, cięższe izotopy Pu, które są bardzo radioaktywne alfa. Przed ok. 15-tu laty postanowiono je wykorzystać poprzez rozdzielanie chemiczne wypalonych prętów paliwowych na U, Pu i inne pierwiastki (głównie produkty rozszczepienia). Jest to dość łatwe i tanie. Rozdzielenie różnych izotopów tego samego pierwiastka jest wielokrotnie trudniejsze i droższe.

            Postanowiono więc (przodowała tu Francja) robić nowe paliwo z U i tych odzyskanych z przeróbki izotopów Pu. Powstało paliwo MOX (metal oxides), setki tysięcy, a w niektórych wersjach miliony razy bardziej alfa aktywne od zwykłego paliwa ze wzbogaconego U. Użycie tego paliwa trochę zmienia parametry pracy reaktora i trochę przeszkadza przy zwykłym jego użytkowaniu. Ale ostrzegano od dawna, że może być skrajnie niebezpieczne w razie katastrofy , np. przy stopieniu rdzenia. Aktywność alfa jest groźna jedynie wewnątrz organizmu, tj. gdy dostaje się zjedzeniem lub z wdychanym powietrzem. Jako fizyk rozszczepienia już przed kilkunastu laty brałem udział w konferencji w Paryżu, której uczestnicy usiłowali przekonać rząd Francji, by zabronił używania MOX. Ale... mów do... rządu.. Sprawa była wyciszana i tuszowana.

Po katastrofie w Fukushima wyciekła do opinii publicznej ukrywana dotąd wiadomość, że R3 został w sierpniu zeszłego roku załadowany paliwem MOX. Stąd zażenowanie rządu Japonii i firmy Tepco, a także MAEA.

            W R3 w początkowych dniach katastrofy miał bowiem miejsce wybuch wodoru, który zniszczył też sąsiedni budynek R4. Stąd wniosek, że uprzednio paliwo pozbawione wody chłodzącej (może częściowo??) nagrzało się do ponad 1100 oC (!!!). O zupełnym rozszczelnieniu rdzenia, najpewniej w reaktorze nr. 3 (MOX!!)  świadczy wyciek informacji (17 III), że w Tokio pojawiła się radioaktywność alfa (!!). Dziś (25 III) półgębkiem przyznano, że obudowa ciśnieniowa tego reaktora jest prawdopodobnie uszkodzona.

            To jest bardzo niepokojąca wiadomość. A długie wahania przed jej podaniem są jeszcze bardziej niepokojące.

Uspokojenie

Pod każdym reaktorem jest specjalna misa z odpowiednich gatunków żel-betu, odpornego na najwyższe temperatury, w którą wlałaby się roztopiona masa paliwa, gdyby nastąpiło pełne stopienie rdzenia. Ta misa ma taki kształt (z wypukłością w centrum), by nawet w najgorszym razie nie dopuścić do powstania w niej masy krytycznej i wybuchu wtórnego, lawinowego, tj. jądrowego. Tego baliśmy się po Czarnobylu, gdzie takiej misy nie było. 

Tylko przebicie się roztopionego rdzenia do warstw wodonośnych daje możliwość powstania osławionego z filmów grozy MELTDOWN. To więc (najpewniej) w Fukushima nie grozi. Pozatem moc cieplna z rozpadów radioaktywnych z dnia na dzień maleje, co też zmniejsza prawdopodobieństwo znacznego pogorszenia sytuacji.

            Z analiz amerykańskich [por. Kolejne problemy w EJ w Fukushimie (czwartek)] zdaje się wynikać, że sól morska (zebrało się tego z wlewanej do budynków wody morskiej już kilkadziesiąt ton!) może „oblepiać” sam rdzeń, a może nawet pręty paliwowe. To by wskazywało na rozszczelnienie, a może nawet zniszczenie obudów - i rokowałoby źle (ale dla Japonii!, nie dla Polski): możliwe byłoby znaczne rozprzestrzenienie się izotopów promieniotwórczych po okolicy.

==========

Kończę uspokajającą notką sprzed tygodnia dla pokazania, że już wtedy widać było szansę na łagodne zakończenie katastrofy. Jak dotąd drogi do takiego zakończenia nie znaleziono. Notką jest ciągle aktualna. Ale postępy od tego czasu są mniejsze, niż oczekiwaliśmy.

Uważam, że najgorsze za NIMI

Piątek, 18 marca. Ósmy dzień po trzęsieniu i tsunami. Może to, co w tytule, okaże się zbyt optymistyczne. Ale czas podsumować w skrócie.

Katastrofy w Fukushima 1 nie spowodowało trzęsienie, mimo, że miało ono magnitudę ok 9. (tak w żargonie sejsmologów nazywa się ta miara). Spowodowało ją idiotyczne postawienie EJ na płaskim brzegu morza, czyli podatność na zniszczenia przez tsunami.

Ale w oktawę początku katastrofy można powiedzieć:

- MOX  (wysoce alfa radioaktywne tlenki Pu i U) jest tylko w R- 3;

- pod wszystkimi reaktorami jest betonowa „wanna” do której spłynęłoby stopione (melted) paliwo; wyklucza to MELTDOWN, czyli wejście wrzącego paliwa do warstw wodonośnych, co groziło w Czarnobylu.

- trwa walka o jak najstabilniejsze chłodzenie zużytych prętów w R-4, oraz doprowadzenie energii elektrycznej z sieci dla profesjonalnego chłodzenia wszystkich rdzeni i paliw.

Będą pewnie jeszcze wybuchy wodoru (dowód na niezwykle wysoką temperaturę pozbawionych wody rdzeni), może straty w ludziach ratownikach - ale gigantycznego pożaru wynoszącego mikro-kropelki Pu i U, oraz Cez, Stront aż do stratosfery - nie będzie. A Jod rozpada się szybko, w parę dni.

W tytule piszę „za NIMI”, by podkreślić, że źle (tj. ew. niebezpiecznie dla zdrowia ludzi) już teraz, po znacznym upływie czasu, może być - zapewne, ale nie na pewno - tylko w bliskim otoczeniu Japonii.

W Europie nawet strachliwi (o siebie i swoich..) mogą spać spokojnie.