ΤοΠυρηνικόΑτύχηµα της Fukushima (µέχρι 27/3/2011)users.ntua.gr/npetr/links/FukushimaDaiichiAREVAGreek.pdf · προιόντα σχάσεων βρήκαν

Το Πυρηνικό Ατύχηµα της Fukushima – υπό Dr. Matthias Braun, 27 March 2011, p.1

Το Πυρηνικό Ατύχηµα

της Fukushima (µέχρι 27/3/2011)

1. Τύποι Αντιδραστήρων

2. Εξέλιξη Ατυχήµατος

3. Έκλυση Ραδιενέργειας

4. ∆εξαµενές "εφησυχασµού" χρησιµοποιηθέντος καυσίµου

5. Άλλες πηγές πληροφοριών

Παρουσίαση από τον Dr. Matthias Braun

PEPA4-G, AREVA–NP GmbH

[email protected]

Μετάφραση - επιµέλεια στα Ελληνικά, Ν.Π. Πετρόπουλος, Λέκτορας,

Τοµέας Πυρηνικής Τεχνολογίας, Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών,

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, 15780 Αθήνα


Το Πυρηνικό Ατύχηµα της Fukushima1. Τύποι Αντιδραστήρων

Πυρηνοηλεκτρικός Σταθµός Fukushima Daiichi (Daichi = 1, Αντιδραστήρες 6)

� Αντιδραστήρας I - GE Mark I BWR (439 MWe), Εναρξη Λειτουργίας 1971

� Αντιδραστήρες ΙΙ έως IV - GE Mark I BWR (760 MWe), Εναρξη Λειτουργίας 1974



nucleartourist.com

en

.wik

iped

ia.o

rg/w

iki/B

row

ns_

Fe

rry_

Nu

cle

ar_

Po

we

r_P

lan

t

Πρωτεύον περίβληµα

(Χαλύβδινο)

� "Αχλαδόσχηµο" άνω µέρος

(dry-well)

� Τοροειδής θάλαµος στη

βάση (wet-well)

Συνιστώσες δοµικής κατασκευής

� Οπλισµένο σκυρόδεµα

� Όροφος εξυπηρέτησης

µε χαλύβδινο δικτύωµα



Οροφος εξυπηρέτησης αντιδραστήρα µε χαλύβδινο δικτύωµα



Ανύψωση χαλύβδινης

κεφαλής περιβλήµατος



Οροφος εξυπηρέτησης

(Χαλύβδινο δικτύωµα)

∆ευτερεύων περίβληµα

(Οπλισµένο σκυρόδεµα)

Πυρήνας Αντιδραστήρα

∆οχείο Πίεσης

Πρωτεύον περίβληµα, άνω

µέρος

Πρωτεύον περίβληµα, βάση /

Θάλαµος συµπύκνωσης

∆εξαµενή "εφησυχασµού" χρησιµοποιηθέντος

καυσίµου

Αγωγός Κορεσµένου Ατµού

Νερό Τροφοδοσίας


Το Πυρηνικό Ατύχηµα της Fukushima2. Εξέλιξη Ατυχήµατος

11/3/2011 14:46 - Σεισµός

� Μέγεθος 9

� Αστοχία ηλ. δικτύου σε όλη τη Β.

Ιαπωνία

� Πυρηνικοί αντιδραστήρες ανεπηρέαστοι,

προχώρησαν σε έκτακτη σβέση (scram)

Έκτακτη σβέση

� ∆ιακόπηκε η παραγωγή ισχύος από

σχάσεις Ουρανίου

� Συνεχίσθηκε η παραγωγή ισχύος

(παραµένουσα θερµότητα) λόγω

διασπάσεων ασταθών πυρήνων

θραυσµάτων σχάσης

• 20' µετά τη σβέση ~6%

• 1 ηµέρα µετά τη σβέση ~1%

• 5 ηµέρες µετά τη σβέση ~0.5%

της ονοµαστικής θερµικής



Αποµόνωση περιβλήµατος

� Ασφαλίσθηκαν όλα τα µη απαραίτητα

ανοίγµατα του περιβλήµατος

� Αποµονώθηκαν οι χώροι των στροβίλων

� Αν η αποµόνωση περιβλήµατος είναι

επιτυχής, τότε είναι απίθανη η

απελευθέρωση προιόντων σχάσης στο

περιβάλλον

Εκκίνηση γεννητριών Diesel

� Ενεργοποιήθηκαν τα συστήµατα

έκτακτης ψύξης πυρήνα

Ο πυρηνοηλεκτρικός σταθµός (ΠΗΣ)

τέθηκε υπό έλεγχο σε σταθερή

κατάσταση ασφαλείας (stable save state)



11/3 15:41 Άφιξη Tsunami

� Ο ΠΗΣ ήταν σχεδιασµένος για Tsunami

µε ύψος µέχρι 6.5m

� Το Tsunami είχε ύψος >7m

� Πληµµύρισαν

• Οι γεννήτριες Diesel και/ή

• Βασικοί χώροι βοηθητικών µηχανών σχετικών µε την έκτακτη ψύξη των αντιδραστήρων (π.χ. υποσταθµός)

Blackout στον ΠΗΣ

� Γενική απώλεια ιχύος

� Μόνη διαθέσιµη ισχύς από µπαταρίες

� Εγινε διακοπή λειτουργίας όλων των

συστηµάτων έκτακτης ψύξης εκτός του

συστήµατος "core isolation pump"



Το σύστηµα "core isolation pump"

� Ατµός από τον αντιδραστήρα κινεί ένα

στρόβιλο

� Ο στρόβιλος κινεί µία αντλία

� Ο ατµός συµπυκνώνεται στο wet-well

� Η αντλία αντλεί νερό από το wet-well

προς τον αντιδραστήρα

� Προϋποθέσεις:

• Να υπάρχει ισχύς από µπαταρίες

• Η θερµοκρασία στο wet-well να είναι κάτω από 100°C

Εφόσον οι πυρήνες δεν ήταν δυνατόν

να αποβάλλουν πλέον θερµότητα το

σύστηµα "core isolation pump" δεν

µπορούσε να λειτουργήσει επ'άπειρον.



Το σύστηµα "core isolation pump"

σταµάτησε

� 11/3 16:36 στον Αντιδραστήρα 1

(αδειάσαν οι µπαταρίες)


(αστόχησε η αντλία)


(αδειάσαν οι µπαταρίες)

Η παραµένουσα θερµότητα συνέχισε να

παράγει ατµό στους πυρήνες των

αντιδραστήρων

� Η πίεση στο δοχείο πίεσης αυξήθηκε


Οι βαλβίδες ασφαλείας ατµού

ενεργοποιήθηκαν

� Ο επιπλέον ατµός εκτονώθηκε προς το

wet-well

Έπεσε η στάθµη του νερού στο

εσωτερικό του δοχείου πίεσης




Έπεσε περαιτέρω η στάθµη του νερού

στο εσωτερικό του δοχείου πίεσης



στο εσωτερικό του δοχείου πίεσης,

αποκαλύφθηκαν οι ράβδοι του

πυρηνικού καυσίµου





στο εσωτερικό του δοχείου πίεσης,

αποκαλύφθηκαν ακόµα περισσότερο οι

ράβδοι του πυρηνικού καυσίµου



Το σχήµα παρουσιάζει τη µετρηθείσα

στάθµη νερού. Η πραγµατική στάθµη

νερού εκτιµήθηκε ψηλότερα λόγω των

φυσσαλίδων ατµού λόγω βρασµού του

ύδατος.

~50% του πυρήνα έπαψε να

καλύπτεται από νερό

� Η θερµοκρασία του τοιχώµατος των

ράβδων πυρηνικού καυσίµου (πκ)

αυξήθηκε, παρόλαυτά οι ράβδοι

αντέξαν

Αργότερα ~2/3 του πυρήνα έπαψε να


� Η θερµοκρασία του τοιχώµατος των

ράβδων πκ ξεπέρασε τους ~900°C

� Εµφανίσθηκαν ρηγµατώσεις

� Απελευθερώθηκαν προιόντα σχάσεως

από τα ρήγµατα



~3/4 του πυρήνα έπαψε να


� Η θερµοκρασία του τοιχώµατος

των ράβδων πκ ξεπέρασε τους

~1200°C

� Το Ζιρκόνιο του τοιχώµατος των

ράβδων πκ αναφλέχθηκε σε

περιβάλλον ατµού σύµφωνα µε την

αντίδραση παραγωγής Υδρογόνου

Zr + 2H20 ->ZrO2 + 2H2 + Q

� Η εξώθερµη αντίδραση θέρµανε

περαιτέρω τον πυρήνα

� Παραγωγή Υδρογόνου

• Αντιδραστήρας 1: 300-600kg

• Αντιδραστήρες 2&3: 300-1000kg

� Το Υδρογόνο βρήκε διάδροµο από

το wet-well, προς το dry-well



στους ~1800°C [Αντιδραστήρες 1,2,3]

� Συνέβη τήξη των τοιχωµάτων των ράβδων πκ

� Συνέβη τήξη των χαλύβδινων δοµικών στοιχείων

του πυρήνα

στους ~2500°C [Αντιδραστήρες 1,2]

� Συνέβη θραύση των ράβδων πκ

� Χαλάσµατα σκορπίσθηκαν στους πυρήνες

στους ~2700°C [Αντιδραστήρας 1]

� Συνέβη τήξη του ευτηκτικού µίγµατος Ουρανίου -

Ζιρκονίου

Η αποκατάσταση της παροχής νερού στους 3

αντιδραστήρες περιόρισε το ατύχηµα

� Αντιδραστήρας 1: 12/3 20:20 (27h χωρίς νερό)





Κατά την ρήξη/τήξη των ράβδων πκ

ελευθερώθηκαν µεταξύ άλλων τα ακόλουθα προιόντα σχάσεων

� Ξένον, Kαίσιο, Ιώδιο…

� Το Ουράνιο και το Πλουτώνιο φαίνεται

ότι παραµένουν στους πυρήνες των

αντιδραστήρων

Εκτονώσεις του δοχείου πίεσης µέσω

βαλβίδων οδήγησαν τα προιόντα

σχάσεων στο wet-well

� Τα µηχανικά εµπόδια µέσα στο wet-well

δέσµευσαν ένα µέρος των προιόντων

σχάσεων

Το αέριο Ξένον και τα υπόλοιπα

προιόντα σχάσεων βρήκαν διάδροµο

από το wet-well στο dry-well



Πρωτεύον περίβληµα

� Το τελευταίο εµπόδιο µεταξύ των

προιόντων σχάσεως και του

περιβάλλοντος

� Πάχος τοιχώµατος ~3cm

� Ανώτερη πίεση σχεδιασµού 4-5bar

Αναπτυχθείσα πίεση 8 bar

� Σε κανονικές συνθήκες το πρωτεύον

περίβληµα είναι πλήρες αδρανούς

αερίου Αζώτου

� Στις συνθήκες του ατυχήµατος το

περίβληµα είχε πληµµυρίσει

Υδρογόνο

� Το νερό στο wet-well έβραζε και το

περίβληµα είχε φθάσει να βρίσκεται

σε κατάσταση τύπου "χύτρας

ταχύτητας"



Αναγκαία αποσυµπίεση περιβλήµατος

� Αντιδραστήρας 1: 12/3 04:00



Πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατα της

αποσυµπίεσης

� Αποµάκρυνε ενέργεια από τον

αντιδραστήρα

� Ελάττωσε την πίεση στα ~4 bar

� Απελευθέρωσε στον όροφο

εξυπηρέτησης µικρές ποσότητες

προιόντων σχάσεων (κυρίως Ιώδιο και

Καίσιο)


εξυπηρέτησης όλα τα ευγενή αέρια


εξυπηρέτησης το Υδρογόνο

ΕΥΦΛΕΚΤΟ!



Αντιδραστήρες 1 και 3

� Ανάφλεξη – Έκρηξη Υδρογόνου

στον όροφο εξυπηρέτησης

� Καταστράφηκε το δικτύωµα της

οροφής

� Το οπλισµένο σκυρόδεµα της

υπόλοιπης κατασκευής φαίνεται

να παρέµεινε σε καλή κατάσταση



Αντιδραστήρας 2

� Το Υδρογόνο αναφλέχθηκε µέσα στο

κυρίως κτίριο το αντιδραστήρα

� Πιθανώς προκλήθηκε ζηµιά ή ρήγµα στο

wet-well που περιείχε πολύ ραδιενεργό

νερό

� Η έκρηξη προκάλεσε απελευθέρωση

αερίων µε προιόντα σχάσεων από το

εσωτερικό του πρωτεύοντος

περιβλήµατος στο περιβάλλον

� Τοπικά παρατηρήθηκαν υψηλές δόσεις

και χρειάσθηκε να εκκενωθεί προσωρινά

ο ΠΗΣ

� Τα χαλάσµατα από την έκρηξη

εµποδίζουν την επανάκτηση του

ελέγχου του αντιδραστήρα

� ∆εν υπάρχουν σαφείς πληροφορίες γιατί

ο Αντιδραστήρας 2 συµπεριφέρθηκε

διαφορετικά από τους 1 και 3



Τρέχουσα κατάσταση των

αντιδραστήρων (27/03/2011)

� Μερική τήξη των πυρήνων των

αντιδραστήρων 1,2, 3

� Ζηµιές στα κτίρια των αντιδραστήρων 1-

4 από διάφορες πυρκαϊές και εκρήξεις

� Τα δοχεία πίεσης έχουν πληµµυρίσει µε

τη βοήθεια φορητών αντλιών

� Τουλάχιστον το πρωτεύον περίβληµα

του αντιδραστήρα 1 είναι επίσης

πληµµυρισµένο µε νερό.

Προβλέπεται περαιτέρω ψύξη των

αντιδραστήρων µε επιπλέον εκτονώσεις

ατµού προς την ατµόσφαιρα.

∆εν αναµένονται άλλες σηµαντικές

εκλύσεις προιόντων σχάσεως στο

περιβάλλον


Το Πυρηνικό Ατύχηµα της Fukushima3. Έκλυση Ραδιενέργειας

Στους χώρους του Πυρηνοηλεκτρικού Σταθµού

� Πριν τις εκρήξεις στον Αντιδραστήρα 2

• ∆όσεις µικρότερες από 2mSv / h

• ∆όσεις οφειλόµενες κυρίως σε εκλυθέντα ευγενή ραδιενεργά αέρια

• Τα σηµεία µέτρησης δόσης βρίσκονται στα ∆υτικά του σταθµού (στα ανάντι των επικρατούντων ανέµων). Είναι εποµένως πιθανό οι δόσεις αυτές να είναι σοβαρά υποεκτιµηµένες

� Μετά τις εκρήξεις στον Αντιδραστήρα 2 (Ζηµία στο πρωτεύον περίβληµα)

• Πρόσκαιρες υψηλές δόσεις µέχρι και 12mSv / h των οποίων η αιτία παραµένει ακόµα (27/3/11) ασαφής

• Εντοπισµένες πρόσκαιρες υψηλές δόσεις µέχρι και 400mSv /h (επιµολυνθέντα χαλάσµατα;)

• Τρέχουσες (27/3/11) κατά µέσο όρο δόσεις 5mSv /h στους εξωτερικούς χώρους του σταθµού

• Τρέχουσες (27/3/11) δόσεις στους εσωτερικούς χώρους πάρα πολύ υψηλότερες

� Πρέπει να εφαρµόζονται περιορισµένοι χρόνοι εργασίας του προσωπικού

προκειµένου να ελαττωθεί η έκθεσή τους





Έξω από τον Πυρηνοηλεκτρικό Σταθµό

� ∆εδοµένης της γενικά καλής κατάστασης των κτιρίων των αντιδραστήρων

=> είναι περιορισµένη η απευθείας απελευθέρωση στερεών πτητικών ρύπων υψηλής

θερµοκρασίας και ραδιενέργειας (το ατύχηµα δεν µοιάζει µε του Chernobyl)

� Προιόντα σχάσεων απελευθερώνονται όµως εµµέσως µε τον ατµό που διαφεύγει

=> διαχέονται σύντοµα στην κατώτερη ατµόσφαιρα και το µεγαλύτερο µέρος τους

καταπίπτει γύρω από το σταθµό

� Οι δόσεις έξω από το σταθµό οφείλονται κατά κύριο λόγο στα ραδιενεργά ευγενή αέρια που

διαφεύγουν

� Τα αέρια αυτά µεταφέρονται από τον άνεµο. Η δόση που επάγουν µειώνεται σταδιακά µε το

χρόνο

� Τα ραδιενεργά αέρια δεν είναι αιτία επιµόλυνσης του εδάφους. Αν τέτοια υπάρχει, εκτιµάται

ότι είναι χαµηλή και ότι οφείλεται στα λίγα προιόντα σχάσεως που διαφεύγουν

~20km γύρω από τον Πυρηνοηλεκτρικό Σταθµό

� Οι εκκενώσεις πληθυσµού κρίνονται επαρκείς

� Μετρηθέντα µέγιστα δόσης για µικρά χονικά διαστήµατα 0.3mSv/h

� Κρίνεται πιθανή η καταστροφή της φετινής παραγωγής φυτικών προιόντων και

γαλακτοκοµικών

� Εκτιµάται ότι οι εκκενώσεις πληθυσµού θα είναι προσωρινές



GRS.de

~50km γύρω από τον Πυρηνοηλεκτρικό Σταθµό

� Ελεγχος φυτικών προιόντων και

γαλακτοκοµικών

� Χρήση χαπιών ιωδίου

(παρενέργειες στα φάρµακα για την

καρδιά)


Το Πυρηνικό Ατύχηµα της Fukushima4. ∆εξαµενές "εφησυχασµού" χρησιµοποιηθέντος καυσίµου

Το χρησιµοποιηθέν πυρηνικό καύσιµο

αποθηκεύεται προσωρινά σε δεξαµενή

νερού στον όροφο εξυπηρέτησης του

αντιδραστήρων. Εκεί ψύχεται συνεχώς

µε νερό διότι ακόµα παράγει θερµότητα.

� Ειδικά για τον αντιδραστήρα 4 η

δεξαµενή περιείχε σχεδόν καινούριο

καύσιµο, το οποίο είχε αφαιρεθεί από

τον πυρήνα για λόγους συντήρησης

� Σε κανονικές συνθήκες οι δεξαµενές

µπορεί να χάσουν το νερό τους από

εξάτµιση

• Αντιδραστήρας 4: σε 10 ηµέρες (το καύσιµο ήταν νέο και παρήγαγε πολύ θερµότητα)

• Αντιδραστήρας 1-3,5,6 σε µερικές εβδοµάδες

� Τα τοιχώµατα των δεξαµενών

ρηγµατώθηκαν και για αυτό

απώλεσαν νερό;


Συνέπεια

� Τήξη των ράβδων του πυρηνικού

καυσίµου σε περιβάλλον ελεύθερου

ατµοσφαιρικού αέρα

� ∆εν υπάρχει τρόπος ελέγχου της

απελευθέρωσης ραδιενεργών

προιόντων σχάσης

� Η έκλυση ραδιενεργών προιόντων

σχάσης –αν συµβεί- είναι µεγάλη



Τη στιγµή αυτή (27/03/11) είναι

ασαφές αν έχει συµβεί τήξη των

ράβδων του χρησιµοποιηθέντος

πυρηνικού καυσίµου στις δεξαµενές

"εφησυχασµού"


Το Πυρηνικό Ατύχηµα της Fukushima5. Άλλες πηγές πληροφοριών

Πηγές περισσότερων πληροφοριών

� ∆ιεθνής Οργανισµός Ατοµικής Ενέργειας [www.iaea.org], στα αγγλικά

• Επικαιροποιηµένες πληροφορίες

• ∆ηµοσιευµένες ραδιολογικές µετρήσεις

� Japan Atomic Industrial Forum [jaif.or.jp/english/]

• Τρέχουσα κατάσταση του σταθµού

• Τεχνικές µετρήσεις σχετικά µε τους αντιδραστήρες (πίεση, στάθµη νερού)

� Tokyo Electric Power Company [Tepco.co.jp]

• Πρόοδος εργασιών ελέγχου του ατυχήµατος

• Τραυµατίες / εκτεθέντες σε ραδιενέργεια


Documents

ΤοΠυρηνικόΑτύχηµα της Fukushima (µέχρι 27/3/2011)users.ntua.gr/npetr/links/FukushimaDaiichiAREVAGreek.pdf · προιόντα σχάσεων βρήκαν