A Japánt érintő nagyerejű földrengés és a hatalmas cunami után a világot talán még jobban sokkolta az a nukleáris baleset, ami Fukushimában történt. Sokan „új-Csernobilt” kiáltottak és megkongatták az atomenergia-felhasználása feletti vészharangot. A japán balesetről, és hatásairól az SZTE Energia Szabadegyetemen Aszódi Attila, a BME Nukleáris Technikai Intézetének igazgatója tartott előadást.
2011. március 11-én helyi idő szerint 14.46-kor Honshutól keletre 9,0-es földrengés rázta meg Japánt, ami a valaha mért negyedik legerősebb volt az 1960-as chilei (9,5), az 1965-ös alaszkai (9,2) és a 2004-es szumátrai (9,1) mögött. A rengés következtében mintegy 120 km3-nyi víztömeg mozdult meg, nagyjából 5 méteres szintmozgással. A cunami a partokhoz érve a sekély vízben megemelkedett, és 40 km/h-s sebességgel, 13-15 méteres magassággal zúdult rá Japánra. A földrengés előtt már napokkal kisebb előrengéseket tapasztaltak, azonban semmi nem vetítette előre egy ilyen nagymértékű katasztrófa árnyékát, hiszen a felkelő nap országában szinte napi természetességűek a földmozgások. De az elemi erejű vízfallal már nem tudtak mit kezdeni, holott a szigetországban több cunami-óvóhely is a lakosság rendelkezésére állt, és a riasztási szintet is a modern technikának köszönhetően 30-ról alig 2 perc alá sikerült levinniük. Volt olyan óvóhely, ahová a harmadik emeletig is becsaptak a hullámok, több tucat ember halálát okozva. A földrengések igazi pusztító erejét a vízszintes irányú gyorsulások jelentik. Ha ezekre a hatásokra nincsenek méretezve az épületek, károsodhatnak, ledőlhetnek, megsemmisülhetnek. Hazánkban a földrengések nem gyakoriak, azonban Japán földrajzi adottságait tekintve is igen veszélyes zónában fekszik, ahol a Csendes-óceáni lemez benyomul az ázsiai alá. A japánokat és a világot is meglepte, hogy a 9,0-es erősségű földmozgás ezúttal szokatlanul hosszú, közel három perces volt, melynek során a vízszintes gyorsulás elérte a 2,7g-t. A fő rengést több mint 1500 utórengés követte, több közülük meghaladta a 7-es erősséget is. Magyarországon ilyen erejű földmozgás esetén alig maradna állva épület, de Japánban ez nem okozott akkora problémát, hiszen ez úgynevezett számított környezeti problémaként él együtt az emberekkel. Gyakoriak a közepes erősségű rengések, így a japánok igen felkészültek mind emberileg, mind pedig technikailag a katasztrófa hatásainak mérséklésére. Mégis hogyan fordulhatott elő a 2011-es fukushimai nukleáris baleset?
Minden a méretezésen múlik
„A mérnököktől mindenki konkrét számokat vár” – hangsúlyozta a BME Nukleáris Technikai Intézetének igazgatója. „Nekünk pontosan meg kell mondani mi mennyi, mekkora. Ebben a szakmában nincsen TALÁN, vagy HA, itt minden a méretezésen múlik. A tervezőknek a múltbeli eseményekből kell következtetniük a jövőbeni történésekre.” A japán erőműveket a földrajzi adottságoknak és az elfogadható kockázatoknak megfelelően méretezik, és nem volt ez másként a fukusimai létesítmény esetében sem. Egyik legalapvetőbb biztonsági szabály, hogy az erőművek több pontján elhelyezett vízszintes gyorsulásmérők 0,1g felett azonnal kezdeményezzék a nukleáris folyamat leállítását. Ez az összes japán erőmű esetében a rengést követő másodpercekben meg is történt. Fukusimában a gyorsulásmérők a 3-as blokk esetében 0,517g-t, míg a 6-os esetében 0,44g-t mértek. Ezek némiképp meghaladták illetve megközelítették a méretezési határokat, azonban fizikai károsodás ekkor még nem következett be. A Fukusima I-es erőmű építésekor az épületek földszintjét – mivel a tengerparton állt – a normál 4,4 m-es tengerszint fölé 5,7 m-rel, nagyjából 13 m-re helyezték. Ezt a történelmi tények, a korábbi cunamik adatai alapján tervezték meg azok a mérnökök, akiktől – Aszódi Attila szavaival élve – mindenki várt egy számot. Az már viszont kérdéses, hogy egy 2008-as tanulmány szerint ezen a területen ezt jóval meghaladó cunamira is lehet számítani. Ezt a jelentést néhány nappal a végzetes rengés előtt tudatták az erőmű vezetésével és a japán kormánnyal. Ekkor azonban már nyilván semmit sem lehetett volna tenni. A Fukusima II-es telep estében – mivel ez más partszakaszra és később is épült – az előírt magasságok 12 méter fölöttiek voltak, így a rengést követő cunami itt már nem okozott akkora pusztítást.
Üzemszerű vészleállás
A rendben leállt reaktorok utóhűtéséről mindenképpen gondoskodni kell, mivel a nukleáris fűtőanyag önmagát fűtve előbb lassan elforralja maga körül a hűtőközegként használt vizet, majd olvadáspontig hevülve végzetes károsodást, úgynevezett zónaleolvadást szenvedhet. A rengés hatására Japán országos villamosenergia-rendszere összeomlott, a távvezetékek ledőltek, a fukusimai erőműbe kívülről villamos energia nem jutott el. A vészleállítást követően azonban a biztonsági hűtővízrendszereket energiával ellátó dízelgenerátorok rendben elindultak, mondhatni üzemszerű volt a vészleállás kezelése. Ekkor még a cunami közel egy órányira volt a parttól.
Történelmi csúcson túli cunami
Egy partot érő hatalmas vízfal már a szumátrai rengéskor is megmutatta félelmetes erejét. Nem volt ez másként a szigetországban sem. A 15 méteres cunami több helyen kilométerekre behatolt a szárazföld belsejébe, hajókat, épületeket, autóbuszokat, vasúti szerelvényeket magával sodorva. A Fukusima I-es erőmű hűtését szolgáló szivattyútelepeket érte legelőször a végzet, ami teljesen lerombolta azokat. Ezt követően a víz nemcsak az olajtartályokat – melyek a nagyteljesítményű dízelgenerátorokat látták el üzemanyaggal – hanem magukat a generátorokat is használhatatlanná tette. A tizenhárom generátorból egy maradt csak olyan állapotban, hogy azt a kárelhárítás során használatba tudták venni. A víz behatolt az erőmű épületeinek földszintjére és az ott található berendezéseket, eszközöket, mérőműszereket hasznavehetetlen romhalmazzá zúzta. A Fukusima II-es erőmű – más szemléletű tervezésének köszönhetően – már jóval kisebb károkat szenvedett. Egy távvezetékről kapott némi villamos energiát és a más magasságban elhelyezett tizenkét generátorából három épen maradt, melyek tovább szolgáltatták a reaktorok utóhűtését végző rendszerek felé a villamos energiát.
Redundáns rendszerek megsemmisülése
A nukleáris létesítmények tervezésekor minden olyan, előre kiszámítható tényezőt figyelembe vesznek, melyek az adott helyen ésszerűen bekövetkezhetnek. Ezekre úgynevezett redundáns rendszereket alakítanak ki, melyek a közös okú hiba esetén is képesek biztonságban leállítani a reaktorokat, majd ezt követően a fűtőanyag maradék hőjét el tudják vezetni, fenn tudják tartani annak hűtését. A fukusimai erőművekben a külső energiabetáplálás megszűnésére a már említett dízelgenerátorok – blokkonként 2-3 egység –, ezek kiesése esetére pedig akkumulátortelepek álltak készenlétben. Azonban ezeket is egy kivétellel megsemmisítette a cunami. A 2011. március 11-én 14:46-kor bekövetkező földrengéskor az üzemelő reaktorok rendben leálltak, az úgynevezett konténment – a reaktor magában foglaló hermetikus tartály – izolációja megtörtént, a nem biztonságos átvezetéseket a rendszer lezárta, majd a dízelgenerátorok elindultak, az üzemzavari hűtés tökéletesen működött. Ezt követően 55 perc múlva érte el a cunami az erőművet, ami 5,7 m-es szintre volt méretezve. A 15 m-es víz elárasztotta a redundáns rendszereket, a teljes feszültségvesztés miatt a zónahűtések nem működtek. A reaktorok hűtésére szolgáló víz hőmérséklete vészesen emelkedni kezdett, a gőzt a konténment tartály alatti torusba – gyűrű alakú másodlagos hűtőtérbe – vezették el, ezáltal a nukleáris fűtőanyagon folyamatosan csökkent a vízszint és emelkedett a hőmérséklet. Mintegy 1800°C elérése után a fűtőanyag burkolata a maradék vízzel kémiai reakcióba lépett és nagymennyiségű hidrogéngáz keletkezett. A Fukusima I-es telep 6 reaktora közül az 5-6-os a földrengés idején leállított állapotban volt, csak az 1-2-3-as blokkok üzemeltek. A 4-es blokkot viszont teljesen kiürítve érte a katasztrófa. Ennek üzemanyagkészlete a konténment tartályon kívüli pihentetőmedencében volt. A hűtés megszűnése ezt a pihentetőmedencét is érintette, ahol a vízszint csökkenésével a hőmérséklet vészesen emelkedni kezdett.
A havária-terv kielégítően működött
A Fukusima I-es telep esetében úgynevezett „teljes feszültségkiesés ” következett be. Ennek számított és elvárható tervszerű kezelése nem volt lehetséges, mert a külső betáplálás napokig nem állt helyre, a dízelgenerátorok üzemképtelenek és végzetesen sérültek voltak, a cunami teljesen tönkretette a tengervizes hűtőrendszert, és késleltette a beavatkozást, mivel nem lehetett hozzáférni a rendszerekhez. Ráadásul a reaktor vezérlőterméből semmit nem tudtak irányítani, és csak néhány paramétert voltak képesek monitorozni. A nukleáris létesítmények esetében havária esetére is léteznek tervek, melyekkel a végzetes katasztrófa megakadályozható. Elsődleges célként ilyenkor mindig a lakosság megóvása és a sugárzó anyagok ellenőrzött körülmények között tartása, a kibocsátás megakadályozása szerepel. Fukusimában a teljes külső villamosenergia-betáplálás és ezzel együtt a vészenergiarendszerek megsemmisülése miatt a reaktorok hűtése gyakorlatilag megszűnt. A termelődő igen robbanásveszélyes hidrogéngázt – a szakemberek egyetlen és helyes döntésként – a lefúvatószelepekkel megpróbálták a rendszerből eltávolítani. Vélhetően a nem kielégítően működő szelepek miatt a reaktortér fölé jutott a gáz, ahol a levegővel érintkezve szinte azonnal berobbant. Ez azonban korántsem tekinthető nukleáris robbanásnak, kizárólag kémiainak. A lakosság kitelepítése szinte azonnal megkezdődött, amit előbb 5, majd fokozatosan 30 km-es körre bővítettek, a sugárzásmérések elkezdődtek, az erőmű megmentésén dolgozókat folyamatosan ellenőrizték, minden egészségügyi határértéket betartva. Néhány esetben ezt a körülmények miatt át kellett lépniük, azonban még ezzel sem okoztak végzetes, visszafordíthatatlan egészségkárosodást senkinek.
Közvetlen tengervizes hűtés
A havária-terv szerint közvetlenül tengervizet juttattak – bár gyakorlatilag kémiai tulajdonságai miatt egyáltalán nem alkalmas reaktorhűtésre – a blokkokba és a 4-es blokk pihentető medencéjébe előbb helikopterekkel, majd vízágyúkkal. A lefúvatott, alacsony radioaktivitást mutató hidrogénfelhő, és a tengerbe visszafolyó víz lakott területeket csak igen csekély mértékben veszélyeztetett. Március 19-re már sikerült nagyobb mennyiségű vizet a hűtésre bejuttatni, így az állandó hőmérséklet-emelkedés megállt, a helyzet stabilizálódott. A telepen folyamatosan sikerült helyreállítani a villamosenergia-ellátást, a pihentető medencében lassan csökkent a hőmérséklet. A hidrogén robbanássorozat következtében megrongálódott épületek kárfelmérése megkezdődött, a mérőrendszerek egy részét sikerült helyreállítani. Ekkor bizonyosodtak meg arról, hogy ugyan néhány blokkok esetében zónaolvadás történt, azonban a reaktor védőtartálya, a konténment nem sérült meg. A következő részben: Az atomenergia jelene és jövője Fukusima tükrében.
Vágólapra másolva!
Portfóliónk minőségi tartalmat jelent minden olvasó számára. Egyedülálló elérést, országos lefedettséget és változatos megjelenési lehetőséget biztosít. Folyamatosan keressük az új irányokat és fejlődési lehetőségeket. Ez jövőnk záloga.
