Havárie v japonských jaderných elektrárnách – odhad situace a dalšího vývoje

Analýza Radko Pavlovce, 13.března 2011 20:00 hodin, aktualizace 14. března, 12:00

Upoznornění: Vzhledem k nedostatečnému toku informací ze strany japonských úřadů je nyní pouze velmi těžko možné udělat přesné zhodnocení situace. Chtěl bych proto poprosit, aby byl tento můj odhad považován za pouhou velmi hrubou orientaci na základě vyhodnocení dosud dostupných informací.

Poznámka k postiženému reaktorovému typu
Všechny v Japonsku dosud postižené reaktory jsou zcela zastaralé varné reaktory bez ochranné obálky (containmentu), který je běžný u moderních reaktorů. Turbína je přímo poháněná párou, vyrobenou v reaktorové tlakové nádobě, strojovna tedy také patří ke kontrolované oblasti. Hranatá ochraná obálka reaktoru nemůže odolat silnějším vnějším vlivům. Zařízení jsou vybavena tzv. systémem na snížení tlaku, který má v případě poruch udržet tlak pod kritickými hodnotami. Tento systém se skládá z tlakové komory a kondensační komory, která je zaplněna vodou. Tato voda také slouží jako rezerva pro případ nouze. Aby se předešlo zničení reaktorové obálky, musí být v případě poruch kontrolovaně upouštěn tlak. V normálním případě se tak děje přes filtr, aby se zamezilo úniku radioaktivních látek. Blok 1, který byl nejvíce postižen problémy, je nejmenším (výkon 460 MW) a také nejstarším (uvedení do provozu v roce 1970) celého jaderného zařízení ve Fukušimě 1. Zařízení se skládá z celkem 6 reaktorových bloků. Blok, který byl postižený velkou poruchou, měl být za několik týdnů zcela odstaven. Blok 3, který byl přímo ohrožen tavením jádra, byl uveden do provozu v roce 1974 a má výkon 784 MW. Problémy s výpadkem chlazení byly hlášeny také z dalších dvou bloků v této lokalitě, stejně tak jako z dalších japonských jaderných elektráren.

Iniciace nehody
V důsledku zemětřesení došlo k vypnutí reaktorů (automatickými systémy). I přes vypnutí však reaktorové jádro ještě nějakou dobu nadále vyvíjelo určitý termický výkon, který musel být odveden. Jako důsledek zemětřesení, po kterém následovala vlna tsunami, došlo k výpadku nouzového generátoru. Čerpadla oběhu páry mohla být pak napájena pouze pomocí baterií, jejichž energie stačila pouze na několik hodin. Kromě toho mělo dojít i ke ztrátě chladiva, to znamená, že palivové články nemohly být zchlazeny. Příčina ztráty chladiva není dosud známa (netěsnost v důsledku zemětřesení, příliš nízký výkon chlazení – vypuštění páry přes ventily). Z tohoto důvodu mohlo dojít k přehřátí s následným tavením jádra.
Z chování provozovatele vyplývá, že chlazení nebylo nebo není dostatečné na více blocích. Několikrát bylo provedeno kontrolované upuštění směsi vzduchu/vody z reaktorové budovy, aby se předešlo jejímu zničení. To se dělo přes filtry, které mohou zachytit i izotopy jódů 131 nebo césia 137, ale jsou neúčinné na zachycení xenonu a kryptonu. Je třeba proto počítat s tím, že se kontrolovaným odpouštěním tlaku do vzduchu dostaly vzácné plyny, v případě jódu a césia pak pouze malý podíl (pod 1%). Exploze v bloku 1 jaderné elektrárny Fukušima
12.března 2011 došlo v bloku 1 k obrovské explozi, která zničila obálku reaktoru. Jako příčina se jeví dvě možnosti: buď exploze vodíku nebo překročení maximálního tlaku uvnitř reaktorové budovy. Exploze vodíku by pak potvrdila hypotézu, že došlo k tavení části jádra. Vodík vzniká při velmi vysokých teplotách, kterých se dosáhne v případě tavení jádra (více než 800°C) – a to chemickými reakcemi vody resp. vodní páry s kovovými částmi (především obaly palivových článků). Druhá možnost – exploze reaktorové obálky v důsledku překročení kritického tlaku – přichází také v úvahu. Příčinou by mohlo být rychlé zvýšení tlaku otevřením bezpečnostního ventilu u reaktorové tlakové nádoby, selhání výpustného ventilu na reaktorové obálce nebo snížená odolnost obálky v důsledku škod vzniklých zemětřesením. Také v případě tohoto scénáře mohlo tavení jádra představovat primární příčinu exploze.
Nezávisle na příčině exploze se musí vycházet z toho, že náhlým snížením tlaku bylo vrhnuta většina rezervy vody do atmosféry a nebyla tak již k dispozici pro chlazení reaktorového jádra. Chladící funkce systému snížení tlaku tak již s velkou pravdpodobností po explozi neexistovala. To zvyšuje pravděpodobnost pro pokračování tavení jádra. Po zničení reaktorové obálky již nebyla funkce filtru pro odpouštění tlaku reaktorové tlakové nádoby provozuschopná. Vedle radioaktivních vzácných plynů se mohly do životního prostředí dostat také izotopy jódu 131 a césia 137. To by s sebou již mohlo nést radioaktivní zamoření velké oblasti.

Další vývoj
Další vývoj závisí primárně na tom, zda se podaří zamezit nebo alespoň omezit tavení jádra, tak aby nedošlo ke zničení reaktorové tlakové nádoby. To není možné v tuto chvíli seriózně odhadnout, protože provozovatel nezveřejňuje žadná data (teplotu, tlak). Pokud by došlo k selhání reaktorové tlakové nádoby, dostala by se velká část radioaktivního inventáře do životního prostředí. V bloku 1 jaderné elektrárny Fukušima 1 neexistuje po explozi žádná další bariéra, která by zamezila úniku radioaktivních látek do životního prostředí. V případě bloku 3 je reaktorová obálka sice ještě neporušená, ale je třeba se zamyslet nad tím, zda by tato obálka v případě selhání reaktorové tlakové nádoby odolala vzniklému zvýšení tlaku. S velkou pravděpodobností by tato situace zapříčinila také zničení reaktorové obálky a došlo by tak také v velkému úniku radioaktivity do okolí. Scénář by se vyvíjel podobně jako v blocích 1 a 3 JE Fukušima 1 i v dalších blocích, které jsou postižené problémy s chlazením. V případě selhání reaktorové tlakové nádoby by mohlo dojít – podobně jako v případě JE Černobyl – k úniku velkého množství radioaktivního inventáře do životního prostředí. V případě izotopů jódu 131 a césia 137 by tento podíl mohl dosáhnout 50-90%, u stroncia 90 pak asi 40%.

 

.