sabato 4 giugno 2011

FOLLIAQUOTIDIANA

Un team di tecnici della IAEA si è recato presso la centrale nucleare di Fukushima, danneggiata gravemente dallo tsunami generato dal terremoto dell’11 marzo 2011, per valutare la situazione. In via preliminare è stato pubblicato un riassunto sul rapporto [2]

Cause dell’incidente

A seguito delle scosse sismiche avvenute l’11 marzo, le centrali nucleari giapponesi, tra cui Fukushima, si sono automaticamente spente per l’attivazione delle misure antisismiche presenti nelle centrali. Di seguito, come previsto, si sono attivati i sistemi di generazione elettrica di emergenza, costituiti da motori diesel. Circa 46 minuti dopo l’inizio del sisma le onde dello tsunami causato dal sisma stesso hanno raggiunto le coste. Nei pressi di Fukushima I le onde avevano un’altezza di 14 metri e il complesso della centrale poteva resistere ad onde alte un massimo di 5,7 metri. Le onde hanno sommerso i generatori e sono penetrate in profondità all’interno del complesso, causando l’avaria di tutti i generatori elettrici tranne uno.

Conseguenze

La disattivazione dei generatori esterni ha avuto molteplici conseguenze. Innanzitutto si sono spenti tutti gli strumenti di controllo e monitoraggio dei reattori, assieme alla perdita di comunicazioni interne ed esterne alla centrale. Poiché nelle centrali nucleari le reazioni nucleari continuano anche dopo lo spegnimento, la perdita di energia esterna dai reattori ha comportato l’assenza di sistemi di raffreddamento, che fanno circolare il liquido di raffreddamento attraverso le barre del reattore. Infatti sia il combustibile interno al reattore che il combustibile esaurito devono essere continuamente raffreddati con acqua per contrastare la generazione di calore. Il combustibile esaurito viene estratto dal reattore e inserito in apposite vasche di stoccaggio. bwr_markI

Senza il sistema di raffreddamento che smaltisce il calore generato dal combustibile, il liquido di raffreddamento (acqua) ha iniziato ad aumentare di temperatura, bollire e trasformarsi in vapore. Conseguentemente, la pressione all’interno del reattore è iniziata ad aumentare. Per mantenere la pressione stabile, il vapore viene inviato attraverso una vasca circolare a forma di toro che si trova sulla base del reattore. Quando la vasca raggiunge la saturazione, ovvero non può più assorbire calore, inizia a bollire e aumenta la pressione. Per evitare di raggiungere livelli critici, il vapore può essere fatto fuoriuscire all’esterno attraverso condotti di ventilazione.

Ma la fuoriuscita di vapore causa la fuoriuscita di acqua, il cui livello decresce all’interno del reattore. Se il livello diminuisce troppo le barre di combustibile vengono scoperte e non riescono ad essere raffreddate. Se la temperatura aumenta sopra ad un certo livello, le barre iniziano a danneggiarsi con la fusione del combustibile, il quale si raccoglie nella parte inferiore del reattore. Il combustibile fuso può danneggiare il contenimento del reattore, facendo fuoriuscire acqua radioattiva e anche il combustibile stesso.

Situazione dei reattori

Reattore numero 1

Nei primi giorni dopo l’incidente, le temperature elevate hanno fatto bollire l’acqua aumentando la pressione del vapore. Gli operatori decisero di ventilare il vapore inizialmente nel contenimento primario e successivamente nel contenimento secondario. Ma il rivestimento di zirconio delle barre di combustibile scoperte ha fatto reazione con il vapore acqueo, producendo idrogeno. Quando l’idrogeno ha raggiunto il contenimento secondario si è incendiato con l’ossigeno e ha causato un’ esplosione che ha danneggiato l’edificio, distruggendo il tetto. Nel frattempo il combustibile ha iniziato a fondere nell’arco di qualche giorno ed è precipitato sul fondo del reattore. Attualmente è sommerso dall’acqua, ma potrebbe aver danneggiato la parete del contenitore primario [6]. La TEPCO ha iniziato a iniettare acqua marina per ripristinare il livello. Inoltre, per evitare la formazione di idrogeno è iniziata l’iniezione di azoto [1]. La fusione del combustibile è stata confermata il 12 maggio dalla TEPCO, aggiungendo che un possibile danneggiamento del contenimento del reattore potrebbe aver fatto fuoriuscire acqua altamente radioattiva nel contenimento primario [6]. Se anch’esso è stato danneggiato, l’acqua potrebbe aver raggiunto altre parti dell’edificio. Il 13 maggio la TEPCO ha iniziato l’installazione [1] di una copertura per il reattore 1, in modo da prevenire la dispersione delle sostanze radioattive fino all’implementazione di misure per il medio-lungo periodo.

Reattore numero 2

Nei primi giorni si sono verificati gli stessi fenomeni, ma sono avvenute due esplosioni gravi che hanno coinvolto il contenimento primario. Quando gli operatori tentarono di pompare acqua di mare all’interno del contenitore a pressione, si accorsero che le valvole erano chiuse e bloccate. Questa situazione ha impedito la fuoriuscita del vapore e l’iniezione di acqua di mare. Le barre sono rimaste scoperte per circa sei ore e quasi sicuramente iniziarono una parziale fusione. L’idrogeno si raccolse nella camera toroidale sotto al reattore ed esplose. Il contenimento primario rimase danneggiato. Inoltre il combustibile fuso ha contaminato l’acqua con materiale radioattivo e il danno al contenimento ha permesso all’acqua radioattiva di fuoriuscire.

Reattore numero 3

Anche nel reattore 3 gli eventi si sono succeduti in modo analogo. Tuttavia gli operatori sono riusciti a inserire acqua di mare all’interno del reattore, riducendo la temperatura. Purtroppo la formazione di idrogeno ha causato una esplosione. Dal 16 marzo viene avvistato del fumo bianco, probabilmente proveniente dal contenimento primario e radioattivo. Lo status del contenimento primario non è ancora accertato. Nella vasca di stoccaggio si sono verificati gli stessi problemi del reattore, e si è provveduto a gettare acqua dall’esterno attraverso elicotteri e autocarri.

Il livello inferiore degli edifici delle turbine dei reattori 1 e 3 sono allagati con acqua altamente radioattiva, che viene trasferita in un sistema di trattamento dei rifiuti radioattivi e in vasche di stoccaggio temporanee.

Reattore numero 4

Il reattore numero 4 era spento, ma come per gli altri reattori possiede combustibile esaurito nella vasca di stoccaggio. L’aumento di temperatura in tale vasca ha causato la scopertura del combustibile, il suo danneggiamento con parziale fusione e la formazione di idrogeno. L’idrogeno ha causato in incendio in cui ha preso fuoco dell’olio [6] lubrificante contenuto in macchinari posti nei pressi della vasca.

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Nell’immagine sopra, la situazione dei quattro reattori. Da sinistra il reattore numero 4, numero 3 (con fuoriuscita di fumo bianco), numero 2 e numero 1. Ad eccezione del reattore numero 2, le esplosioni di idrogeno hanno danneggiato gravemente gli edifici.

Misurazioni della radioattività nell’acqua marina

Nei pressi del reattore 2 la radioattività nell’acqua marina [4] dovuta al Cs-134 e Cs-137 è passata da oltre 100 MBq/L a circa 5 kBq/L il 7 maggio, ma è aumentata nuovamente a 20 kBq/L il 16 maggio e a 10 kBq/L il 17 maggio. Successivamente la radioattività è scesa lentamente a 2 kBq/L ma è aumentata a 5 kBq/L il 29 maggio. Le concentrazioni di I-131 sono molto variabili: il 28 e 29 maggio era attorno a 20 kBq/L.

Le ultime misurazioni nei pressi del reattore 2 mostrano che la radioattività è circa 55 volte il limite per il Cs-137 e 500 volte il limite per lo I-131.

La situazione dettagliata dei reattori è riassunta dalla IAEA in base ai 5 parametri seguenti: Controllo della reattività, Ripristino del raffreddamento, Integrità del contenimento, Confinamento del materiale radioattivo, Mitigazione delle fuoriuscite delle radiazioni.


Obiettivi Unità 1 Unità 2 Unità 3 Unità 4
Controllo della reattività Il reattore deve essere in condizione subcritica. Raggiunta Raggiunta Cautela

In via precauzionale viene iniettato acido borico

Cautela

Devono essere compiute ulteriori analisi

Ripristino del raffreddamento La temperatura del liquido di raffreddamento deve essere stabile. Il combustibile deve essere interamente ricoperto dall’acqua. Deve essere disponibile la generazione di energia esterna. Deve essere possibile stabilire un sistema a ciclo chiuso e a lungo termine di raffreddamento. Non raggiunto

Livello d’acqua inferiore al previsto. Confermata la fusione del combustibile all’interno del reattore che si è raccolto nella parte inferiore del contenitore. Generatori diesel in funzione. Iniezione di acqua dall’esterno

Non raggiunto

Generatori diesel in funzione. Iniezione di acqua dall’esterno

Non raggiunto

Generatori diesel in funzione. Iniezione di acqua dall’esterno

Parzialmente raggiunto

Generatori diesel in funzione. Iniezione di acqua dall’esterno

Integrità del contenimento Il contenitore deve essere senza perdite. La pressione deve essere entro i limiti. Le esplosioni di idrogeno devono essere prevenute. Non raggiunto

Iniezione di azoto all’interno del reattore per impedire la combustione dell’idrogeno. La fusione del combustibile potrebbe aver messo in pericolo l’integrità del contenimento.

Non raggiunto

Contenitore del reattore danneggiato. Deve essere verificata la fusione del combustibile. Edificio danneggiato dall’esplosione di idrogeno.

Non raggiunto

Perdita di pressione il 20 marzo per cause sconosciute. Frattura nel contenimento primario con fuoriuscita di vapore


Confinamento del materiale radioattivo Il contenitore del reattore deve essere senza perdite, o le perdite devono essere confinate. Parzialmente raggiunto

Il contenitore del reattore presenta delle perdite. La posizione della perdita non è stata identificata.

È iniziata l’installazione di una copertura del reattore

Non raggiunto

Il contenitore del reattore presenta delle perdite. Deve essere installata una copertura del reattore

Non raggiunto

Il contenitore del reattore presenta delle perdite, La posizione della perdita non è stata identificata.

Cautela

Le barre di combustibile sono completamente immerse nell’acqua, ma è necessario il monitoraggio dei vari parametri

Mitigazione delle fuoriuscite di materiale radioattivo
Parzialmente raggiunto

Sono stati osservati dei rilasci intermittenti di materiale radioattivo. Installato un sistema di filtraggio per il controllo della radioattività nel ventilamento.

Parzialmente raggiunto

Sono stati osservati dei rilasci intermittenti di materiale radioattivo. Continua ad essere emesso del “fumo bianco”. L’acqua radioattiva viene trasferita in appositi siti di trattamento/stoccaggio

Parzialmente raggiunto

Sono stati osservati dei rilasci intermittenti di materiale radioattivo. Continua ad essere emesso del “fumo bianco”.

Cautela

Secondo quanto riferito da TEPCO le barre di combustibile possono essere ipotizzate come intatte, ma è necessario confermare questa situazione

Note:
[1] IAEA, Fukushima Nuclear Accident Update Log
[2] IAEA International fact finding expert mission of the nuclear accident following the great east Japan earthquake and tsunami – Preliminary Summary, 1 june 2011
[3] IAEA Summary of Reactor Status (2 June 2011) http://www.slideshare.net/iaea/summary-of-reactor-unit-status-2-june-2011
[4] Concentrazioni nell’acqua marina limite stabilite dall’OMS: 40 Bq/L per lo I-131 e 90 Bq/L per il Cs-137.
[5] Nuclear Energy Institute, Frequently Asked Questions: Japanese Nuclear Energy Situation (Updated 23 may 2011) http://www.nei.org/filefolder/FAQs_Japanese_Nuclear_Situation_05232011.pdf
[6] IEEE Spectrum, Explainer: What Went Wrong in Japan’s Nuclear Reactors http://spectrum.ieee.org/tech-talk/energy/nuclear/explainer-what-went-wrong-in-japans-nuclear-reactors
[7] Immagine tratta da Reactor Concepts Manual – Boiling Water Reactor pubblicato da NRC all’indirizzo http://www.nrc.gov/reading-rm/basic-ref/teachers/03.pdf. Annotazioni mie.

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