Květnové pokroky i problémy při stabilizaci situace ve Fukušimě I

Vladimír Wagner

Uplynulý měsíc byl pro Fukušimu ve znamení pokroku, přesto řada kritických problémů přetrvává. Zde je jejich popis a možné scénáře řešení.

Fotografie pořízená z jižní strany bloku 5, vlna cunami překonala desetimetrovou ochrannou hráz a smetla těžké nádrže na naftu ve skladovacím prostoru (zdroj TEPCO).

V předchozích článcích (zde, zde, zde, zde a zde) jste se mohli seznámit s vývojem v jaderné elektrárně Fukušima I až do začátku května. Pro lepší představu co se vlastně odehrálo, je dobré si prohlédnout dva snímky z příchodu vlny cunami do areálu elektrárny, které publikovala společnost TEPCO.

Fotografie potrubí, které vede ke komínu pro vypouštění páry v severní části byla pořízena ze čtvrtého patra budovy pro zpracování radioaktivního odpadu. O pár chvil později byla 5,5 m vysoká nádrž ve středu obrázku zaplavena. Pacifický oceán je na snímku napravo (zdroj TEPCO)

Reaktorové budovy a reaktory

V minulém článku jsem psal o prvním vstupu pracovníků do reaktorové budovy prvního reaktoru. Tentokrát už technici pracovali uvnitř všech reaktorových budov. Nejintenzivněji právě u prvního reaktoru. V prostorách jeho reaktorové budovy se podařilo pomocí instalovaného filtračního zařízení snížit radioaktivitu vzduchu v navštěvovaných prostorách a pracovníci tak mohli začít práce v jejích nižších patrech.

Zjistilo se zároveň, že poškození aktivní zóny je daleko vyšší, než se původně předpokládalo. Teplota paliva již v prvním dni po zemětřesení přesáhla 2800^oC a došlo k jeho rozsáhlému tavení. Tavenina pak proděravěla tlakovou nádobu reaktoru a poškodila i kotejnment, takže se radioaktivní voda dostala do suterénu reaktorové budovy. Plánuje se odčerpávat tuto vodu a po dekontaminaci ji využívat pro chlazení reaktorů. Osmice dělníku proto minulý pátek provedla měření hloubky vody v suterénu a zjistila, že dosahuje hodnoty pěti metrů. Pět jejich kolegů pak nabralo vzorky vody, které pomohou vypracovat strategii jejího čerpání a dekontaminace. Zjištěná aktivita je velmi vysoká a při práci s ní se s tím bude muset počítat.

Schéma budovy reaktoru s jednotlivými patry, čtvrté a páté patro pak bylo v lehké horní konstrukci, která byla u druhého a třetího reaktoru z velké části zničena při vodíkové explozi.

Činnosti uvnitř budov v prvních třech patrech byly zahájeny už i na dalších blocích. U nich se také předpokládá, že došlo k částečném tavení paliva. U druhého reaktoru se ví už od prvních dní, že má poškozený kontejnment. V reaktorové budově tohoto reaktoru je velmi vysoká teplota a vlhkost. Než bude možno zahájit intenzivnější práce, musí se vyřešit řádné chlazení bazénu s vyhořelým palivem, který je intenzivním zdrojem páry. V tak vlhkém radioaktivním prostředí mohou lidé pobývat jen minuty. Čtyři pracovníci tam byli pouhých čtrnáct minut hlavně právě kvůli instalaci zařízení pro chlazení bazénu. Podrobněji se bazénům s vyhořelým palivem budeme věnovat v další části. V třetím reaktoru je také poměrně vysoká aktivita, pracovníci tam prohlédli hlavně první patro. Úplně první se podařilo dostat do reaktorové budovy čtvrtého reaktoru. Tam se začalo s přípravou na vybudování betonových podpěr, které by zpevnily poškozenou konstrukci a zajistily pevnost bazénu vyhořelého paliva. Práce přímo v reaktorových budovách se tak rozbíhají, ale díky velmi náročným podmínkám jen velmi pomalu. Pro jejich zlepšení a kontrolu se mapuje rozložení radiace, výskyt kaluží radioaktivní vody a trosek. Postupně se přistupuje k fixaci radioaktivity pomocí postřiku polymery, jako se to provádí v areálu elektrárny mimo reaktorové budovy, dekontaminaci a úklidu trosek. Vše směřuje k tomu, aby se mohlo obnovit cirkulační chlazení reaktorů a bazénů vyhořelého paliva.

U druhého reaktoru už je zprovozněno cirkulační chlazení přes nově vybudovaný tepelný výměník.

Bazény s vyhořelým palivem

Velmi důležitý pokrok nastal u chlazení bazénů s vyhořelým palivem. V současné době se již doplňuje voda jejich vlastním chladícím systémem a nemusí se využívat různé vnější mobilní stříkací systémy. Poslední květnový den se pak u druhého reaktoru dokonce podařilo dokončit a spustit náhradní cirkulační chladící okruh (viz obrázek). Voda tam tak cirkuluje přes tepelný výměník, kde se ochladí a vrací se zpět do bazénu. Chlazení se tak nerealizuje přes stálé vypařování a doplňování nové vody, ale oběhem vody přes výměník tepla. V současné době systémem protéká 80 m³/hod. Tím se bude moci bazén chladit daleko efektivněji a snížit jejich doposud velmi vysokou teplotu. Ta přesahuje 70^oC a u čtvrtého bazénu dokonce 80^oC.

To je důležité právě třeba u druhého reaktoru. Vzhledem k tomu, že je zde budova reaktoru nejméně poškozená, vodní pára z bazénu se v ní koncentruje a je tam velmi vysoká vlhkost (99,9 %) i teplota. Zároveň je tak i vysoká radioaktivita velmi vlhkého vzduchu. Aby bylo možné, jako se to již zdařilo u prvního bloku, instalovat filtrační zařízení a pomocí něho snížit radioaktivitu vzduchu v jednotlivých prostorách, je třeba napřed snížit vlhkost. To nejde bez potlačení vypařování vody z bazénu a tedy snížení její teploty. Zatím se tak každých pár dní muselo dodávat okolo 50 tun čerstvé vody, která se následně vypařila. Díky uzavřené cirkulaci přes tepelný výměník se u druhého bloku plánuje snížit během měsíce teplotu bazénu ze 70oC na 40oC a stabilizovat ji na této úrovni. Zastavilo by se tak zmíněné intenzivní vypařování. Již první den se podařilo snížit teplotu pod 60oC, i když to bylo s dodatečnou pomocí dodávky čerstvé studené vody. Cirkulační chlazení je mnohem účinnější než se předpokládalo a dnes, po třech dnech, je teplota bazénu 38oC. Operativně se tak v nejbližší době plánuje inspekce budovy, aby se zjistila rychlost poklesu vlhkosti. Podle podmínek se pak zrychlí instalace systému pro čištění radioaktivních prvků ze vzduchu.

Stejný systém uzavřené cirkulace se postupně instaluje i u prvního a druhého reaktoru a měl by se u nich rozběhnout v červnu. V červenci by pak měl být spuštěn u čtvrtého, ve kterém je produkce tepla i současná teplota nejvyšší. Po ukončení prací na vybudování cirkulačního chlazení bazénů a jejich ochlazení na teploty okolo 40^oC by se zároveň výrazně snížily úniky radioaktivity. Právě pára z bazénů je jedním z jejich zdrojů. Následně by se pak mohly do cirkulačního systému instalovat filtrační zařízení, která by zajistila postupnou dekontaminaci vody v bazénech.

Společnost TEPCO uveřejnila dvě videa, které ukazují pohled do bazénů. Ve čtvrtém bazénu jsou vidět neporušené palivové články a zdá se, že zde nedošlo k viditelným poškozením. U třetího bazénu nejsou palivové články vidět, protože jsou zakryty popadanými troskami lehké horní části reaktorové budovy:

http://www.youtube.com/watch?v=qCY0xQRZ1UY

http://www.youtube.com/watch?v=KugIrnThul0

Efektivní dávku obdrženou jednotlivými pracovníky se zatím daří držet v rozumných mezích, i když se nedávno objevil problém u dvou, kteří na elektrárně pracují už od počátku. Zjistila se u nich vnitřní kontaminace jódem. Souhrn vnitřní a vnější celkové dávky v těchto dvou případech pravděpodobně překročil stanovený limit 250 mSv. Přistoupilo se tak k ještě intenzivnější kontrole vnitřního ozáření pracovníků a režimu jejich příjmu jódu. Jinak stále platí, že sto milisievertů překročilo pouze zhruba třicet lidí a kromě zmíněných dvou zatím žádný hraniční dávku 250 mSv.

Zařízení pro filtraci vzduchu (zdroj TEPCO).

Radioaktivní voda, půda a trosky

Nejkritičtější je situace s radioaktivní vodou v různých místech areálu. Začal se budovat systém, který bude čistit mořskou vodu zadržené bariérou, která se vybudovala v moři kolem vodního kanálu u reaktorů dvě a tři, kterým došlo k úniku vysoce radioaktivní vody do moře. V současné době se instaluje zařízení na bázi využití zeolitu, které by tuto vodu vyčistilo od radioaktivních nuklidů. Předpokládá se, že by se čerpalo a čistilo zhruba třicet tun vody za hodinu. Mimo tuto ohrazenou zónu radioaktivita v moři i v nejbližším okolí elektrárny velmi silně poklesla, což by mohlo naznačovat, že k žádným dalším únikům radioaktivní vody do moře nedochází. Zároveň se zalévají betonem všechny roury nebo kanály, kterými by se mohla dostávat radioaktivní voda z areálu elektrárny do moře.

Situace je však stále problematická, protože v celém areálu je obrovské množství radioaktivní vody. Část se jí podařilo přečerpat do nádrží v zařízení pro ukládání radioaktivního odpadu. Jednalo se zhruba o 14 000 tun z celkových více než 70 000 tun, které v areálu jsou. V nedávné době se tam však řešil problém s narušením těsnosti nádrže a čerpání muselo být pozastaveno. Navíc jsou už tyto nádrže téměř plné. Situaci má řešit výstavba nových provizorních nádrží. K elektrárně také doplul tanker, který dokáže pojmout zhruba deset tisíc tun. Stále nová voda se však musí dodávat při chlazení reaktorů, jak jsem popsal v předchozím článku. Proto je třeba co nejdříve zpustit cirkulační chlazení přes tepelný výměník. Problémem jsou také silné deště. Voda z nich se dostává do budov reaktorů, které přišly o střechy. Z turbínové haly a dalších prostor druhého a třetího reaktoru se sice nějaké množství vody odčerpalo, ale pořád není vyloučeno nebezpečí, že stoupne tak, že se může přelít a začít unikat do moře. Bez odčerpání radioaktivní vody z řady míst nelze přistoupit k pracím na opravě narušených kontejnmentů a instalaci cirkulačního chlazení reaktoru.

Pro rychlý postup prací je velmi důležité odklízení trosek, které jsou pozůstatky vodíkových explozí, z okolí reaktorů. U prvního reaktoru jdou práce velmi dobře a mohla tak významně pokročit i příprava stavby lehké konstrukce, která by nahradila část reaktorové budovy zničené vodíkovou explozí. U třetího reaktoru je situace mnohem složitější, exploze tam byla silnější a jsou tam zbytky, které jsou velmi silně radioaktivní a je nutné je odklízet stavebními stroji řízenými na dálku. Očištěná místa a stěny budov se stříkají už zmíněnými polymery, které zabraňují migraci radioaktivity. Je důležité, že se většina práce s postřikem a fixací radioaktivních látek podařila před větrným a deštivým obdobím. Radioaktivita tak zůstává v areálu elektrárny a nešíří se do okolí.

Nově instalované potrubí v budově prvního reaktoru (zdroj TEPCO)

Radiační situace v okolí elektrárny

Vývoj radiační situace nejen v areálu elektrárny poznamenává to, že dominantními složkami aktivity se stávají dlouhodobější izotopy a její pokles se stále zpomaluje. Stále významnější podíl na změnách radiační situace v jednotlivých místech tak začíná mít migrace radioizotopů. Proto je velice důležité její co nejpečlivější a nejpřesnější sledování.

Zpomalení poklesu aktivity je vidět i na změnách dávkového příkonu v místech, které dlouhodoběji v článcích na Oslovi sledujeme. V Tokiu je v současnosti dávkový příkon okolo 0,061 mikrosievertů za hodinu oproti místnímu přirozenému pozadí, které je zhruba 0,036 mikrosievertů za hodinu. Příspěvek od Fukušimy je tak zhruba 0,025 mikrosievertů za hodinu a za poslední měsíc poklesl jen zhruba o čtvrtinu. V samotném areálu elektrárny Fukušima 1 sledujeme situaci u hlavní brány, kde se dostal ke čtyřiceti mikrosievertům za hodinu a u západní brány, kde už klesl na hodnotu 15 mikrosievertů za hodinu. A podobně jako v Tokiu za poslední měsíc poklesla aktivita také zde pouze zhruba o čtvrtinu.

Evakuovanou zónu již organizovaně navštívilo několik skupin místních obyvatel, aby si odvezli potřebné věci ze svých domovů, auta či se postarali o domácí zvířectvo. Upřesnění radiační situace v konkrétních místech umožňuje přesněji určit, kde je potřeba přikročit k různým opatřením. Ukázalo se například, že řada oblastí v dvacetikilometrové oblasti evakuace má radiaci relativně nízkou, zatímco některé oblasti v severozápadním směru od elektrárny mají stále radiaci, která by mohla způsobit celoroční dávku větší než 20 milisievertů. Proto bylo rozhodnuto tyto oblasti dodatečně evakuovat. Jedná se hlavně o vesnice Iitate a Katsuaro a části měst Kawamata a Namie. Během května se postupně evakuovali postupně hlavně rodiny s dětmi. Farmáři přemisťovali zvířectvo a ke konci května byla uskutečněna speciální dražba dobytka pro ty z nich, kteří neměli možnost jejich umístění v jiných oblastech. Do začátku června se mělo evakuovat veškeré obyvatelstvo v počtu zhruba deseti tisíc lidí. V uvedených oblastech však budou stále pracovat i některá zařízení a firmy, které však musí mít zajištěno dozimetrické sledování. Připomeňme, že z původní dvacetikilometrové evakuační zóny opustilo své domovy zhruba 80 000 obyvatel.

Japonské ministerstvo pro vědu se pro účely přesného plánování opatření a dekontaminace rozhodlo vytvořit mapu úrovně radiace v půdách v okolí elektrárny Fukušima. V počáteční fázi, které má probíhat od začátku června, chce provést mapování ve více než 2200 místech pokrývajících Fukušimskou perfekturu. Postupně by oblastech do vzdálenosti 80 km od elektrárny by měla být hustota pokrytí mapováním čtyři čtverečné kilometry. Ve větších vzdálenostech pak sto kilometrů čtverečných. Účastníci mapování odeberou vzorky půdy z hloubky pět centimetrů pod povrchem a odešlou výsledky ministerstvu. Předpokládá se, že se zapojí dvacet pět japonských universit a výzkumných ústavů. První verze mapy by měla být dokončena do konce srpna.

Právě díky stále podrobnějším znalostem o úrovní radiace v různých místech lze začít s postupnou efektivní dekontaminací. V současné době se začala provádět výměna zhruba pěti centimetrů kontaminované půdy za čistou na hřištích a dalších pozemcích škol v postiženějších oblastech. Vrstva čisté půdy radikálně sníží úroveň radiace a měla by zabezpečit, aby děti obdrželi celkovou roční dávku z příspěvku Fukušimy nepřekračující jeden milisievert. Nejdříve se jednalo o dvacet šest škol v samotném městě Fukušima. V městě Kawamata také obdrželo zhruba 1500 dětí dozimetry a bude vyhodnocována jejich dávka. Jde hlavně o to, aby rodiče měli jistotu, že jejich dítě neakumuluje během roku nebezpečnou dávku.

V současnosti se také rozbíhá rozsáhlý projekt, který by pomocí celotělového měření radioaktivity zjistil vnitřní kontaminaci u všech obyvatel v zasažené zóně. Problémem je, že celotělový počítač je poměrně náročné a ne úplně běžné zařízení. Skládá se z místnosti obložené velmi silnou vrstvou olova, které musí obsahovat minimum radioizotopů. Proto se využívá to, které bylo vytaveno před érou zkoušek jaderných zbraní. Uvnitř je pak velice silně potlačeno přirozené radioaktivní pozadí. Člověk si uvnitř lehne na lehátko a těsně k něm se umístí velkoobjemový detektor záření gama s velmi vysokou účinností. Měření případného velmi slabého záření s vnitřní kontaminace člověka musí probíhat dostatečně dlouho, v řádu hodiny. Podle naměřeného spektra se dá zjistit jaké izotopy a v jakém množství se člověku dostaly do organizmu. Takové zařízení je na pracovištích, kde se pracuje s radioaktivitou, například i u nás v ústavu. Pracovníci, kteří pracují se zářením pak pravidelně (zhruba jednou za rok) nebo v případě podezření z vnitřní kontaminace chodí na měření. Problém je, že v perfektuře Fukušima je zatím pouze jedno takové zařízení a to zvládá změřit zhruba deset lidí denně. Je snaha využít i zařízení jinde a další zařízení do perfektury dopravit.

V už zmiňované vesnici Iitate a okolí začínají farmáři podle doporučení odborníků hledat nejlepší metody pro odstraňování radionuklidů, hlavně cesia 137, z půdy. Jedná se například o promývání rýžových polí vodou nebo pěstování slunečnic či jiných plodin, které jsou známé tím, že jsou schopny koncentrovat příslušné radionuklidy. Na základě zkušebních testů by se vybrané metody neprodleně využily i v dalších postižených oblastech.

Pracovníci v reaktorové budově druhého reaktoru (zdroj TEPCO).

Zvyšování bezpečnosti u ostatních elektráren

Jak jsem psal v nedávném článku, promítají se zkušenosti, které vznikly při nehodě ve Fukušimě, i do opětného spouštění starých a zprovozňování dokončovaných nových reaktorů. Posunuje se i zahajování staveb nových reaktorů. U reaktorů, které byly v plánované odstávce se pozastavuje opětné spuštění do doby, než se udělají opatření, která dostatečně zlepší jejich odolnost proti zemětřesení a cunami. Také navezení paliva do dokončeného nového reaktoru jaderné elektrárny Shimane se odložilo. Nejdříve se zvýší hráz v moři, aby dokázala zadržet patnáctimetrové cunami. Dále se pracuje na opatřeních, které by zabránily za každých okolností zaplavení reaktorových budov a dieselových agregátů. Pochopitelně se řada opatření k ochraně před cunami a dostupnosti mobilních prostředků pro řešení případné krize provádějí i u v současné době provozovaných reaktorech. Znovu se také studují různé geologické zlomy a známky starých zemětřesení a cunami, o kterých se dříve předpokládalo, že už by vzhledem k svému vysokému geologickému stáří a velmi dlouhému období klidu neměly být nebezpečné. Nyní se budou uvažovat možná nebezpečí z jejich strany a provádět odpovídající opatření.

Závěr

Začátek práce uvnitř reaktorových budov a pokroky při chlazení bazénů s vyhořelým palivem jsou asi nejmarkantnějšími známkami pokroku v areálu jaderné elektrárny Fukušima I v měsíci květnu. Pokud se v následujícím měsíci opravdu podaří zahájit cirkulované chlazení postupně kromě druhého i u všech dalších tří bazénů s vyhořelým palivem, bude to významný krok k omezení úniku radiace z elektrárny i ke zlepšení pracovních podmínek v areálu i reaktorových budovách. V červnu bude kritickým úkolem dosažení průlomu v zacházení s radioaktivní vodou v různých místech areálu. Situaci bohužel ztěžují silné deště v oblasti. Měl by se zvětšit objem skladovacích prostor pro tuto vodu a rozběhnout zařízení pro její dekontaminaci. Úspěch v této oblasti velmi silně ovlivní i postup prací k realizací cirkulačního chlazení přes tepelný výměník samotných reaktorů.

Na dekontaminaci se začínají soustředit opatření v oblastech okolo elektrárny, zatím hlavně vně evakuované zóny. Velmi důležitým úkolem je zabránění tomu, aby se radioizotopy dostávaly do potravinového řetězce a monitorování i zmenšení dávky, které jsou jednotliví občané vystaveni. Díky stále podrobnějším a přesnějším měřením by měly být opatření ještě přesněji zacílená. Důležitým psychologickým faktorem je i postupné stanovování podmínek a velikosti odškodnění, které dostanou evakuovaní obyvatelé a farmáři i rybáři, kteří byli havárií v elektrárně postiženi. A jeho průběžné vyplácení.

Společnost TEPCO stále předpokládá, že by se stabilizace situace s chlazením reaktorů a vyloučení jakýchkoliv úniků radiace mohly podařit k začátku příštího roku. Bude to ovšem velice náročné a termíny jednotlivých etap se mohou i významně posouvat.

V Řeži 3. 6. 2011

---