Japonská atomová elektrárna - proč se ji máme bát? 2. část

 

Japonská atomová elektrárna - proč se ji máme bát? 2. část

Přejdi na 1. část článku s názvem Japonská atomová elektrárna - proč se ji máme bát?

 

Co se stalo ve Fukušimě

Pokusím se shrnout základní skutečnosti. Zemětřesení, které zasáhlo Japonsko, bylo pětkrát silnější než nejsilnější zemětřesení, pro jaké byla tamní jaderná elektrárna navržena (Richterova škála je logaritmická – rozdíl mezi stupněm 8.2, pro který byla elektrárna stavěna, a 8.9, které ji postihlo, je pětinásobek, nikoliv 0.7 násobek). Takže první bod pro japonské stavitele – všechno odolalo horším podmínkám než mělo.

 

Když elektrárnu zasáhlo zemětřesení o síle 8.9, byly jaderné reaktory automaticky odstaveny. Během několika sekund po začátku zemětřesení byly do jádra spuštěny řídící tyče a štěpná reakce uranu se zastavila. Teď bylo na chladícím systému, aby odváděl zbytkové teplo. To činí asi 3 % tepla, které vzniká za normálních provozních podmínek.

 

Zemětřesení zničilo externí zdroje energie jaderných reaktorů. To je jedna z nejvážnějších katastrof, jaké mohou jadernou elektrárnu postihnout, a v souladu s tím je proto takovým „výpadkům“ při návrhu záložních systémů elektráren věnována patřičná pozornost. Protože elektrárna samotná byla odstavena, nemůže si elektrickou energii generovat sama.

 

Zhruba hodinu se vše dařilo. Došlo ke spuštění jedné sady z několika sad nouzových dieselových generátorů, které poskytovaly potřebnou elektřinu. Pak ale přišla tsunami mnohem silnější, než s jakou bylo při návrhu elektrárny počítáno. Ta zničila veškeré dieselové generátory, které byly k dispozici, včetně několika jejich záloh.

Při návrhu atomové elektrárny se konstruktéři řídí specifickými pravidly, označovanými někdy jako „hloubková obrana“. To znamená, že vše navrhnete tak, aby to odolalo nejhorší katastrofě, jakou si dovedete představit, a pak elektrárnu postavíte tak, aby i přesto zvládla výpadek jednoho kritického systému (ke kterému podle vás ani nemohlo dojít) po druhém. Tsunami, která jedním zásahem vyřadí veškeré záložní generátory, je typickým příkladem takové situace. Poslední úrovní obrany je třetí ochranný obal (viz výše), který dokáže vše, ať se děje cokoliv, ať jsou řídící tyče spuštěné či vytažené, jádro roztavené či v pořádku, udržet uvnitř reaktoru.

 

Když došlo k výpadku generátorů, obsluha reaktoru přepnula provoz na záložní baterie. Ty byly koncipovány jako jeden ze záložních systémů primárních záložních systémů a měly poskytovat energii pro chlazení reaktoru po dobu osmi hodin. Což také splnily.

 

V průběhu oněch osmi hodin bylo třeba najít další zdroje energie a elektrárnu na ně napojit. Energetická síť byla následkem zemětřesení vyřazena z provozu. Dieselové generátory byly zničeny vlnou tsunami. Takže byly dovezeny mobilní dieselové agregáty.

 

Tady se vše začalo vážně komplikovat. Elektrárnu nebylo na externí generátory možné napojit (připojovací vidlice se lišily). Jakmile tedy došlo ke spotřebování baterií, nebylo dál možné zbytkové teplo odvádět.

 

V tuto chvíli se začala obsluha elektrárny řídit bezpečnostními postupy, které odpovídají situaci „ztráty chladících systémů“. Znovu se jedná o jeden z kroků „hloubkové obrany“. Dodávka energie pro chladící systémy neměla nikdy kompletně selhat, ale selhala, takže obsluha v ochranných opatřeních ustoupila o krok zpět. To vše, jakkoliv šokující se nám to může zdát, je součástí každodenních cvičení, kterými pracovníci obsluhy procházejí, včetně zvládání situací kompletního roztavení jádra.

 

Právě v tuto chvíli se začalo o roztavení jádra mluvit v médiích. Protože pokud nedojde k obnově chlazení, dříve nebo později se jádro roztaví (po řadě hodin nebo i dní) a na řadu přijde poslední ochranný prvek, jaderná jímka a třetí ochranný obal.

 

V tuto chvíli ale bylo cílem zvládnout zahřívání jádra a zajistit, že první ochranný obal (zirkoniové tyče s jaderným palivem) i druhý ochranný obal (náš tlakový hrnec) zůstanou nepoškozené a funkční po co nejdelší dobu, aby měli technici čas na opravu chladících systémů.

 

Protože je chlazení jádra velice zásadní věc, má reaktor chladících systémů celou řadu, každý v několika variantách (systémy čištění reaktorové vody, odstraňování zbytkového tepla, chlazení izolace reaktorového jádra, chlazení nouzových chladicích kapalin či systém pro nouzové chlazení jádra). Kdy který z nich selhal nebo neselhal není v tuto chvíli zcela jasné.

 

Takže se představte náš tlakový hrnec na plotně, zapnuté na mírný plamen, ale zapnuté. Obsluha používá veškeré chladící možnosti, které má k dispozici, aby se zbavila co největšího množství tepla, ale zvolna začíná stoupat tlak. Nyní je prioritou zachování prvního ochranného obalu (tedy udržet teplotu palivových tyčí pod 2200°C) i druhého ochranného obalu, tlakové nádoby. Aby nedocházelo k poškození tlakové nádoby (druhý ochranný obal), bylo třeba čas od času tlak snížit. Protože je taková činnost v případě nouze naprosto klíčová, má reaktor 11 tlakových ventilů. Obsluha nyní začala průběžně vypouštět z reaktoru páru, aby tak snížila tlak v reaktoru samotném. V tuto chvíli se teplota jádra pohybovala okolo 550 °C.

 

V této fázi se začaly objevovat zprávy o „úniku radioaktivního záření“. Výše jsem doufám vysvětlil, proč vypouštění páry čistě teoreticky skutečně odpovídá vypouštění radioaktivního materiálu do ovzduší, ale proč to nebylo a ani není jakkoliv nebezpečné. Radioaktivní dusík a vzácné plyny nejsou pro lidské zdraví žádnou hrozbou.

 

Někdy v průběhu tohoto vypouštění došlo k výbuchu. Výbuch vznikl v prostorách za třetím ochranným obalem (naší „poslední obrannou linií“), tedy někde v budově samotné. Nezapomínejme na to, že budova kolem reaktoru nemá z hlediska zadržování radiace naprosto žádnou funkci. Není zcela jasné, co se vlastně stalo, ale nejpravděpodobněji došlo k něčemu takovému: Obsluha se rozhodla vypouštět páru z tlakové nádoby nikoliv přímo do okolí elektrárny, ale do prostor mezi třetím obalem a budovou (aby minimalizovala radioaktivitu páry, unikající mimo prostory budovy). Problém je v tom, že při vysokých teplotách, kterých jádro v této fázi dosáhlo, se mohou vodní molekuly „rozkládat“ na kyslík a vodík – tedy velice výbušnou směs. A k výbuchu došlo a ten poškodil budovu, ve které je umístěn samotný reaktor. Právě taková exploze, ovšem uvnitř tlakové nádoby, vedla k výbuchu elektrárny v Černobylu (protože byl tamní reaktor špatně navržen a obsluha se zachovala chybně). Taková exploze ve Fukušimě nikdy nehrozila. Problém vzniku směsi vodíku a kyslíku je jedním z klíčových problémů při návrhu jaderné elektrárny (tedy přinejmenším pokud nejste ze Sovětského svazu), takže reaktor je vybudován a obsluhován tak, aby k němu uvnitř ochranných obalů nikdy nemohlo dojít. Došlo k němu mimo ně, což sice nebylo zamýšleno, ale jednalo se o jednu z předvídaných možností a bylo to víceméně v pořádku, protože taková exploze pro žádný z ochranným obalů nepředstavovala jakékoliv riziko.

 

Tlak byl tedy pod kontrolou a docházelo k vypouštění páry. Pokud budete pod svým tlakovým hrncem stále udržovat zapnutou plotnu, dojde samozřejmě k tomu, že vám z něj bude pozvolna ubývat voda. Jádro je ponořeno v několikametrové hloubce, aby k odhalování prvních částí palivových tyčí došlo až po určitém čase (hodiny, dny). Jakmile hladina vody klesne pod horní úroveň palivových tyčí, dosáhnou tyto odhalené části kritické teploty 2200°C asi po 45 minutách. V tento okamžik dojde k selhání prvního ochranného obalu, tedy zirkoniové trubice.

 

A právě to se začalo dít. Do chvíle, kdy došlo k jistému poškození (velmi malému, ale přesto poškození) obalu některých palivových tyčí. Samotné radioaktivní palivo bylo stále v pořádku, ale okolní zirkoniový obal se začal tavit. Nyní došlo k tomu, že se do páry začaly mísit vedlejší produkty štěpných procesů uranu – radioaktivní cesium a jód. Hlavní problém, uran, byl stále pod kontrolou, protože tyče z oxidu uranu vydrží až 3000°C. Je potvrzeno, že v páře, která byla z elektrárny vypouštěna, bylo naměřeno malé množství cesia a jódu.

 

Zdá se, že právě to bylo signálem přejít k plánu B. Malé množství cesia, které bylo zjištěno, bylo pro obsluhu znamením, že první ochranné obal některé z tyčí vbrzku selže. Plánem A bylo obnovení provozu klasických chladících systémů jádra. Proč se je obnovit nepodařilo je zatím nejasné. Jedním z možných vysvětlení je to, že tsunami odstavila / znečistila veškeré zdroje čisté vody, které jsou pro chlazení používány.

 

Voda v chladících systémech je velice čistá a demineralizovaná (podobná destilované). Důvodem, proč používat takto čistou vodu, je právě výše zmíněná aktivace uranovými neutrony: čistá voda je proti ní mnohem odolnější, takže v ní ke vzniku radioaktivních prvků takřka nedochází. To nemá na jádro vůbec žádný vliv – tomu je jedno, čím ho ochlazujete. Ale pokud musí obsluha a technici pracovat s aktivovanou (tedy mírně radioaktivní) vodou, stěžuje jim to práci.

 

Plán A ale selhal – chladící systémy byly mimo provoz nebo nebylo k dispozici více čisté vody – takže přišel čas na Plán B. Zdá se, že se událo toto:

 

Aby obsluha zabránila roztavení jádra, začala ke chlazení používat mořskou vodu. Nejsem si zcela jistý, zda ji načerpala do tlakové nádoby (druhý ochranný obal) nebo zda s ní naplnili třetí ochranný obal a celou tlakovou nádobu do ní tak ponořili. Ale na tom z našeho pohledu nesejde.

 

Podstatné je, že jaderné palivo v tuto chvíli vychladlo. Protože štěpná reakce byla zastavena už před dlouhou dobou, vzniká pouze velice malé množství zbytkového tepla. Velké množství chladící vody, které bylo použito, dostačuje k tomu, aby si s ním poradilo. Protože se jedná o opravdu velké množství vody, nevzniká v jádru dost tepla na to, aby v něm vznikalo jakkoliv významné množství tepla. Kromě toho je do mořské vody přidávána kyselina boritá. Ta se chová jako „tekutá řídící tyč“. Ať už v jádru dochází k jakémukoliv zbytkovému štěpení, bór na sebe naváže neutrony, které při něm vznikají, čímž ochlazování jádra ještě více urychlí.

 

Elektrárna se ocitla velice blízko úplnému roztavení jádra. Pokud by se mu bývalo nepodařilo zabránit, nejhorší, k čemu by došlo, by bylo asi toto: Pokud by nebylo možné využít mořské vody, pokračovala by obsluha ve vypouštění páry za účelem snižování tlaku. Pak by došlo k úplnému zapečetění třetího ochranného obalu, aby při roztavení jádra nedošlo k úniku žádného radioaktivního materiálu. Po jeho roztavení by následovalo období vyčkávání na to, až dojde k rozpadu všech vedlejších radioaktivních produktů štěpného procesu a k usazení veškerého radioaktivního materiálu na stěnách. Poté by došlo k obnovení funkce standardních chladících systémů, s jejichž pomocí by bylo roztavené jádro ochlazeno na zvladatelnou teplotu. Ochranný obal by byl uvnitř vyčištěn. Poté by začal nepříjemný úkol oddělit roztavené jádro od samotného obalu a kousek po kousku nyní opět ztuhlé jaderné palivo přesunout do transportních kontejnerů a odvézt ke zpracování. V závislosti na stupni poškození by byl daný blok elektrárny buď opraven nebo demontován.

 

Zdroje:

piratskenoviny.cz

edgeoftheworld.cz

 

Přečti si 3. část článku s názvem Japonská atomová elektrárna - proč se ji máme bát?

Další příspěvky autora: michelllin

---

Články ve stejných kategoriích:

Jaderná elektrárna Fukushima   Japonská jaderná elektrárna   Ze zahraničí