Fukushiman ydinvoimalaonnettomuus: onnettomuuden kulku ja sen opetukset Riku Mattila Kreditit esityksen kuva aineistosta: AREVA / Dr. Matthias Braun Gesellschaft für Reaktorsicherheit Global Image NEI
Honshun itärannikko 11.3.2011 klo 15:46 Japanin aikaa Suuri maanjäristys (9,0 Richterin asteikolla): mannerlaattojen reunan pystysuora liikahdus. Vaikutusalueella 4 ydinvoimalaitospaikkaa: Onagawa Fukushima 1 (Fukushima Dai-ichi) Fukushima 2 (Fukushima Dai-ni) Tokai Ongelmat kohdistuivat Fukushima Daiichin laitospaikalle, josta maanjäristys katkaisi yhteydet valtakunnan sähköverkkoon.
Laitospaikka ja tapahtuman ensi vaiheet Noin tunti maanjäristyksen jälkeen Fukushima Dai ichin laitospaikalle iski yli kymmenmetrinen hyökyaalto, joka tuhosi merivesipumppaamon, dieselgeneraattorit ja kytkinlaitokset.
Hyökyaalto aiheutti suunnitteluperusteet ylittävät vauriot: kaiken vaihtosähkön sekä meriveden menetyksen.
MARK I suojarakennus Vanhin GE:n suojarakennustyyppi. Käytössä yht. 32 kpl, joista USA:ssa: Browns Ferry 1 3 Brunswick 1 2 Cooper Dresden 2 3 Duane Arnold Edwin I. Hatch 1 2 Fermi 2 Hope Creek 1 James A. FitzPatrick Monticello Nine Mile Point Oyster Creek 1 Peach Bottom 2 3 Pilgrim Quad Cities 1 2 Vermont Yankee 1
6) Boorausjärjestelmä 5) Eristyslauhdutin (1-yksikkö [BWR3]) 4) Reaktorin eristysjäähdytys (2- ja 3-yksiköt [BWR4]) 3) Korkeapaineinen syöttö reaktoriin (LOCAn varalta) 2) Matalapaineinen reaktorin ruiskutus (LOCAn varalta) 1) Jälkilämmönpoistojärjestelmä Matthias Braunin (AREVA NP GmbH) pohjalta (1) (2) (4) (5) Fukushima Dai ichi laitosyksiköiden hätäjäähdytysjärjestelmät (6) (3)
Onnettomuuden kulku: sähkön menetys Kyseisen laitossukupolven vahvuuksiin kuuluu vaihtosähköstä riippumaton menetelmä siirtää jälkilämpöä ulos reaktorista: 1. yksiköllä eristyslauhdutin. 2. 6. yksiköllä höyryturpiinikäyttöinen Reactor & Containment Isolation Cooling System (RCICS). Vaihtosähkön menetyksen jälkeen jälkilämpöä saatiin jonkin aikaa siirrettyä näillä järjestelmillä. Ykkösyksiköllä jäähdytys menetettiin ensimmäisenä: syynä joko akkusähkön ehtymisestä johtuva eristysventtiilien sulkeutuminen tai eristyslauhduttimen sekundääripuolen kuivuminen.
Sydämen paljastuminen ja polttoaineen vaurioituminen Kiehutusvesireaktorissa jälkilämpö joitakin päiviä reaktorin pysäyttämisen jälkeen keittää reaktorista vettä n. 2 3 kg / s, eli reaktorin pinta laskee n. puoli metriä tunnissa, jos ei uutta vettä saada sisään. Fukushimassa tehtiin päätös ajaa reaktoreihin palopumpuilla merivettä, jotta voitaisiin estää reaktorisydänten sulaminen. Ongelmaksi kuitenkin ilmeisesti muodostui reaktorin paineen alennus palopumppujen edellyttämälle tasolle, kun akkusähköä ei ollut. Sydän ehti kaikilla kolmella laitosyksiköllä paljastua ainakin osittain ennen meriveden saamista reaktoreihin.
Polttoainevaurioiden syntyminen kiehutusvesireaktorissa Nyrkkisääntö BWR reaktorisydämen vaurioitumiselle on, että pinnan laskettua sydämen puolivälin tasalle ( 1,8 m) polttoaineen suojakuoren lämpötila nousee tasolle, jolla zircaloy alkaa reagoida vesihöyryn kanssa. Reaktio on eksoterminen (=itseään kiihdyttävä), ja sen seurauksena Vesihöyrystä vapautuu vetyä Suojakuori menettää tiiviytensä Toistaiseksi ei ole tietoa siitä, kuinka kauan ja kuinka suurelta osin reaktorisydämet ovat olleet paljastuneina. Vetyä on kuitenkin syntynyt kaikilla yksiköillä (1. 3.).
Fukushima Dai ichi Suojarakennuksen paineistuminen ja vuoto Matthias Braunin (AREVA NP GmbH) pohjalta Suojarakennus Viimeinen este fissiotuotteiden vapautumiselle ympäristöön Seinämäpaksuus n. 3 cm Suunnittelupaine 4-5 bar Onnettomuuden aikana jopa 8 bar Normaalisti täytetty typellä Vety ja höyry nostavat painetta Ensimmäinen suojar:n paineenalennus 1: 12.3. 4:00 2: 13.3. 0:00 3: 13.3. 8:41
Vetyräjähdykset 1. ja 3. yksiköillä Suojarakennuksen ulkopuolelle päässyt vety räjähti ykkös ja kolmosyksiköiden reaktorirakennuksissa. Myös kakkosyksiköllä on ilmeisesti tapahtunut vetyräjähdys, joka on vaurioittanut wet wellin rakenteita (ja aiheuttanut merkittävän ilmapäästön).
Tilanteen kehittyminen Dramaattisimman vaiheen (vetyräjähdykset, kohtuullisen suuret ilmapäästöt) jälkeen tilanne on jossain määrin stabiloitunut, koska kaikkiin reaktoreihin sekä polttoainealtaisiin on jatkuvasti saatu syötettyä vettä. Päästöt ovat kuitenkin jatkuneet sekä ilmaan (vähentyen koko ajan) että mereen, koska syötettyä vettä ei ole saatu kerättyä talteen. Laitoksilla on toistaiseksi keskitytty järjestämään turpiinihallien lattioille kertyvälle, reaktoreista vuotavalle vedelle tilaa lauhduttimiin sekä syöttövesisäiliöihin pumppaamalla niistä vettä jätelaitokselle (ja jätelaitokselle vastaavasti saadaan tilaa pumppaamalla vähemmän aktiivista vettämereen).
Ilmapäästöt Merkittävimmät ilmapäästöt näyttävät syntyneen 15. 17.3. kakkos ja kolmosyksikön räjähdysten yhteydessä. Säteily 19. 23.3. on mahdollisesti suoraa säteilyä polttoainealtaasta..
Karkea päästöarvio ilmakehään (japanilaiset NSC & JAEA) INES 7; suuruusluokka 10 % Tšernobylin päästöstä
Päästöt mereen Voimayhtiö ilmoittaa toistaiseksi ainoastaan jodi ja cesiumnuklidien aktiivisuudet, joten sydänvaurioiden laajuutta ei ole mahdollista arvioida tulosten perusteella.
Lähiajan tavoitteet Lopullinen päämäärä on saada polttoaine poistettua polttoainealtaista sekä reaktoreista. Tähän menee kuitenkin vielä aikaa, ja sitä ennen keskitytään Sulkemaan jäähdytyskierto, ensi vaiheessa ilmeisesti niin, että reaktorista valuva vesi pumpataan säiliöihin, joista sitä puhdistetaan uudelleen reaktoriin syöttämistä varten. Mahdollisesti rakennetaan tarkoitukseen kokonaan uusi pumppurakennus laitoksen ulkopuolelle. Estämään radioaktiivisten aineiden pääsy vaurioituneista reaktorihalleista ulos yhtenä vaihtoehtona on esitetty suurten pressuhallien rakentamista laitosten ympärille.
Yhteenveto (1/3) Edellä kuvatuista syistä johtuen tilanteen tarkka analysointi on toistaiseksi ennenaikaista. Tässä vaiheessa tapahtuman opetuksiksi voi mainita seuraavat: Kynnys vaatia turvallisuusparannuksia vanhoilta laitoksilta laskenee myös niissä maissa, joissa se tähän asti on ollut korkea. Ulkoiset uhat tullaan tapahtuman valossa käymään systemaattisesti läpi (Suomessa prosessi jo käynnissä). Täydentävät menettelyt polttoaineen jäähdyttämiseksi äärimmäisissä, varsinaisten suunnitteluperusteiden ulkopuolisissa tilanteissa (palopumput, paloautot jne. sähköstä riippumattomat ja mahdollisesti liikuteltavat järjestelmät) saanevat lisähuomiota. (Eristyslauhdutin on joka tapauksessa kaikissa nykyisin tarjolla olevissa BWR laitoksissa.) Onnettomuustilanteiden pitkäaikainen hoito tilanteessa, jossa ympäröivän yhteisön rakenteet ovat kärsineet vaurioita tullee tähänastista tarkemmin tarkasteltavaksi (polttoaineen saanti, laitoshenkilöstön elin ja työskentelyolosuhteet tilanteen pitkittyessä jne.)
Yhteenveto (2/3) Fukushiman laitosyksiköt edustavat vanhaa laitossuunnittelua ajalta, jolloin ydinvoimalaitosten turvallisuussuunnittelun perusteet eivät olleet vielä täysin hioutuneet. Huonona puolena tästä on tietty epätasaisuus varautumisessa eri uhkia vastaan; hyvänä puolena se, että laitoksilla oli useita eri toimintaperiaatteisiin perustuvia järjestelmiä. Uudemmissa laitoksissa eri toimintaperiaatteisiin perustuvia järjestelmiä on usein vähemmän, mutta olemassa olevien järjestelmien luotettavuutta on parannettu systemaattisella moninkertaistamisella ja erottelulla. Kaikkein uusimmissa laitoksissa diversiteetti on taas parempi, ja mm. eristyslauhduttimet ovat tehneet paluun kiehutusvesireaktoreihin.
Yhteenveto (3/3): cliff edge ilmiöt Fukushiman ydinvoimalaitosyksiköiden oli osoitettu selviävän hyväksyttävästi kaikista tietyn rajan (=suunnitteluperuste) alapuolelle jäävistä tapahtumista. Tämän rajan ylitys johti tilanteen dramaattiseen heikkenemiseen: lähes kaikki turvallisuusjärjestelmät menetettiin yhtä aikaa. Kyseisen kaltaista tilanteen jyrkkää tilanteen pahenemista kutsutaan cliff edge ilmiöksi, ja suhtautuminen siihen vaihtelee maasta toiseen. Maissa, joissa on paljon keskenään kilpailevia voimayhtiöitä tai ydinenergian käyttö on voimakkaasti politisoitunutta, selkeästi määritellyt suunnitteluperusteet ylittäville tapauksille on ollut vaikeampi esittää vaatimuksia kuin Suomessa, jossa vanhoillekin laitoksille on jatkuvasti tehty käyttökokemusten myötä parannuksia uusia uhkia vastaan esimerkkinä suojarakennusten vahvistaminen kestämään reaktorisydämen sulamisonnettomuus. Määräänsä enempää vanhoja laitoksia ei kuitenkaan ole mahdollista parantaa, koska jotkut rajoituksista seuraavat suoraan laitoksen perussuunnittelusta tai sijoittelusta.