Фукусіма 1: що сталося і що робити?

Головні події добре відомі. 11 березня в 14:46 за місцевим часом біля північно-східного узбережжя Японії стався землетрус магнітудою 9 балів за шкалою Ріхтера.

На 11 ядерних реакторах, які працювали в районі стихійного лиха, як і передбачалося, сталася аварійна зупинка, тобто на них припинився процес атомного розпаду.

Проте, паливо ядерного реактора продовжує виділяти значну кількість тепла, навіть коли процес атомного розпаду зупиняється. Основне завдання на цій стадії — охолодити реактор за допомогою циркулюючого потоку води, який забирає на себе теплоту радіоактивного розпаду.

В іншому випадку паливні стрижні можуть розплавитися, і може бути пошкоджений герметичний сталевий “контейнмент” реактора та його бетонна оболонка.

Під час землетрусу 11 березня відбулося порушення енергопостачання насосів, які закачують воду для охолодження реакторів. Тоді, як і слід було, запрацювали дизельні генератори. І все, здавалося б, йшло за планом. Але через годину після землетрусу на узбережжя Японії вдарила хвиля цунамі, яка зруйнувала дизельні генератори і паливні баки.

Проектувальники АЕС “Фукусіма-1” передбачали цунамі заввишки шість метрів, але не 15.

Всі реактори, крім трьох, вдалося охолодити за допомогою циркулюючої води. Але на трьох найстаріших реакторах АЕС, введених в експлуатацію в 1970 і 1974 роках, перебої в енергопостачанні призвели до того, що вода для охолодження реактора википіла, і тепловиділяючі елементи почали розпалюватися.

Як вважають, почали плавитися їх металеві оболонки, зроблені з цирконієвого сплаву.

Ймовірно, стрижні реактора частково розплавилися, хоча наразі немає достовірних даних, які підтверджують це.

Тиск зростає

Було дуже важливо евакуювати людей з районів, що знаходяться неподалік від АЕС. Це дозволило зосередитись на проблемі зростаючого тиску всередині реактора, викликаної закипанням води.

Дуже високий тиск всередині реактора міг призвести до руйнування металевого контейнмента реактора і до викиду радіоактивних матеріалів, тому було необхідно у контрольований спосіб випустити частину газів.

Тиск у контейнменті вдалося знизити, однак при цьому стався викид невеликої кількості радіоактивного матеріалу, а також водню, що виділився в результаті хімічної реакції між цирконієм в оболонці тепловиділяючих елементів і водою або парою.

Із цього починається перший побічний сюжет цієї драми. 12 березня на першому реакторі стався вибух. Був зруйнований дах реакторного залу. 14 березня схожий вибух, викликаний реакцією водню з повітрям, прогримів на реакторі 3.

Незважаючи на те, що це були сильні вибухи, вони не пошкодили контейнмент реакторів. Проте, коли 15 березня на другому реакторі стався вибух, з'явилися побоювання, що порушена цілісність контейнменту в частині, де знаходиться конденсатор пари.

Енергопостачання на АЕС не було. Рівень охолоджуючої води на реакторах 1-3 падав, і паливо сильно розігрівалося.

Запаси прісної води на АЕС закінчилися, і тоді вирішили закачувати в реактори морську воду за допомогою пожежних шлангів. Однак сіль, що міститься в морській воді, могла призвести до засмічення клапанів і пошкодження стрижнів.

Операція по охолодженню реакторів триває. Вважають, що зараз рівень води досяг середини паливних стрижнів реакторів 1-2. Це дозволило трохи стабілізувати ситуацію в той час, як тривають роботи з відновлення енергопостачання для насосів для закачування води в реактори.

Басейни для охолодження відпрацьованого палива

Енергопостачання на станції в цілому зараз вже відновлено, але насоси поки не включені. Можливо, їх доведеться замінити, тому що вони були пошкоджені внаслідок цунамі.

Ще один побічний сюжет цієї драми пов'язаний з наповненими водою басейнами, де протягом декількох місяців охолоджується відпрацьоване паливо перед вивезенням на переробку.

Надходження води в ці резервуари було порушено, що призвело до її закипання.

На четвертому реакторі, де в басейні скупчилася велика кількість відпрацьованого палива, схоже, були пошкоджені цирконієві паливні стрижні, а також, можливо, стався викид водню. Стався вибух, в результаті якого було пошкоджено будівлю реактора.

Ці басейни було необхідно заповнити водою, щоб не допустити викиди в повітря радіоактивних матеріалів. Басейни заливали водою з вертольотів, а також за допомогою водометів, які направляли в потрібний бік через тріщини в будівлі реактора.

Воду в ці басейни зараз подають за допомогою спеціальних довгих шлангів, які зазвичай використовуються для цементу, а також через провідні до реактора труби.

Потім стався витік в море води з високим рівнем радіації з резервуару реактора 2. Вдалося виявити тріщину шириною в 20 сантиметрів, яку усунули за допомогою рідкого скла.

Ще в рамках іншого другорядного сюжету резервуари для витраченої води, які зазвичай наповнені водою з низьким рівнем радіації, виявилися переповненими. Це призвело до того, що в них не залишилося місця для води з високим рівнем радіації, що призвело до необхідності злити частину води в морі.

У ґрунті поряд з АЕС були виявлені сліди плутонію, який міг потрапити туди з басейнів для відпрацьованого палива на четвертому реакторі.

Температура

Ці вторинні проблеми на АЕС відволікали ресурси від головного завдання — охолодження реакторів. Але вони вимагали рішення зокрема для того, щоб запобігти опроміненню працівників АЕС.

Головне завдання зараз — налагодити роботу насосів, які дозволять охолодити стрижні ректорів 1-3 у міру того, як паливо буде продовжувати виділяти тепло. Операцію можна буде вважати успішною, якщо вдасться досягти зупинки реактора в холодному стані, коли вдасться знизити температуру води нижче температури кипіння (100 градусів за Цельсієм).

Зараз температура води всередині реакторів невідома, але температура зовнішньої поверхні металевого контейнмента зараз становить від 84 до 222 градусів Цельсія.

Крім того, необхідно відновити надійну подачу води в басейні для охолодження відпрацьованого палива або перемістити його в інше місце і заліпити всі тріщини і полагодити пошкодження в конструкції будівлі реактора, щоб не допустити подальшого викиду радіоактивних речовин у навколишнє середовище.

У майбутньому можна буде вивантажити паливо з реакторів 1-3, як це зробили після відомої аварії на АЕС “Трі-Майл-Айленд” у США.

Малкольм Ґримстон є молодшим науковим співробітником програми з енергетики, довкілля і розвитку Chatham House і старшим науковим співробітником відділу енергетичної політики в Імперському коледжі Лондона.

Малкольм ҐРИМСТОН