Zemětřesení v Japonsku a jaderná elektrárna Fukušima

V pátek 11. března v 14:46 místního času zasáhla Japonsko série velmi silných zemětřesení. Těžce zasažena byla rovněž jaderná elektrárna Fukušima Daiichi.

Epicentrum zemětřesení bylo identifikováno geologickou službou USA přibližně 373 kilometrů severovýchodně od Tokia, cca 130 kilometrů východně od města Sendai na ostrově Honšú. Síla zemětřesení byla klasifikována na 8,9 stupně Richterovy stupnice (!), což je jedno z nejsilnějších zemětřesení, které kdy bylo zaznamenáno v moderní historii lidstva.

Zemětřesení v Japonsku 11.3.2011Zdroj: BBCDopady na japonskou průmyslovou infrastrukturu jsou zdrcující. Na televizních obrazovkách jsme mohli sledovat naprosto zdevastované a plameny sžírané velké průmyslové podniky, včetně největší japonské ropné rafinérie. Zničeny byly rovněž výrobní závody automobilek Toyota a Honda. Továrny musela uzavřít firma Sony a desítky dalších velkých průmyslových korporací.Japonsko v současné době provozuje 55 jaderných reaktorů, v kterých vyrábí zhruba 30% elektřiny. Z technického pohledu je logické, že takto mimořádně silné zemětřesení muselo postihnout i provozované jaderné bloky.Podle informací World Nuclear Association byly v průběhu zemětřesení automaticky odstaveny elektrárny na severovýchodě země. Jedná se především o bloky Onagawa 1-3, Fukušima Daiichi 1-3 (4-6 nebyly v provozu), Fukušima Daini 1-4 a Tokai.Pozornost světových médií poutá v současné době elektrárna Fukušima Daiichi (zvláště blok 1), v které se provozní personál pokouší stabilizovat proces dochlazování odstavených jaderných reaktorů.Fukušima Daiichi 1První blok elektrárny Fukušima Daiichi o výkonu 439 MWe je z pohledu dnešní jaderné energetiky „pradědeček“. Do provozu byl uveden již v roce 1971. Jedná se o tzv. „varný reaktor“ BWR (Boiling Water Reactor), který vykazuje zásadní technické odlišnosti od tlakovodních reaktorů PWR (Pressurized Water Reactor) resp. VVER, které jsou instalovány např. v JE Temelín.

Jaderná elektrárna Fukušima Daiichi (před explozí v bloku 1)Foto: ReutersReaktory BWRElektrárny s reaktory BWR jsou tzv. jednookruhové. Pára pro pohon turbíny je vyráběna přímo v tlakové nádobě reaktoru. To znamená, že v případě problémů s palivem (např. netěsnost z důvodu zvýšení teploty) jsou radionuklidy šířeny dále do technologických systémů elektrárny. 

Ideové technologické schéma jaderné elektrárny BWR (typově odpovídající Fukušima Daiichi)Zdroj: World Nuclear AssociationReaktory PWRElektrárny s reaktory PWR jsou tzv. dvouokruhové. V tlakové nádobě reaktoru je ohřívána primární voda, která je následně vedená do parogenerátorů (tyto BWR vůbec nemá), kde uvádí do varu vodu sekundárního okruhu a vyrábí tak páru pro turbínu. Stěny trubek parogenerátorů tedy od sebe oddělují primární a sekundární okruh a oproti BWR představují „relativě neprostupnou“ bariéru pro přechod radionuklidů z chladiva primárního okruhu do sekundárního okruhu.

Ideové technologické schéma jaderné elektrárny PWRZdroj: World Nuclear AssociationSled událostí v elektrárně Fukušima DaiichiV době zemětřesení byly v provozu tři ze šesti reaktorů. Po iniciaci havarijního systému z důvodu extrémně silného zemětřesení byly reaktory automaticky odstaveny a zahájily proces dochlazování, přičemž příslušná čerpadla byla elektricky napájena z nouzových dieselgenerátorů.Reaktor je nutné dochlazovat z důvodu odvodu tzv. zbytkového tepla, které vzniká v aktivní zóně reaktoru i po zastavení „energetické štěpné reakce“. Bez odvodu tepla hrozí přehřátí paliva s následným uvolněním radionuklidů do primárního média, což v případě elektráren s BWR jednoznačně implikuje únik do dalších technologických systémů elektrárny.V tomto okamžiku by mohla celá „story“ skončit, protože všechny systémy po zemětřesení zafungovaly tak, jak měly. Ovšem po cca jedné hodině došlo k výpadku nouzových dieselgenerátorů, a to z důvodu zaplavení areálu vlnou tsunami (zdroj WNA). Na základě výpadku dieselgenerátorů provozovatel elektrárny (Tepco) seznámil s nouzovou situací příslušné místní úřady, které iniciovaly preventivní opatření, tj. evakuaci obyvatel v havarijní zóně, která v současné době dosahuje 20 kilometrů. Zde lze vidět zásadní rozdíl oproti havárii v Černobylu, kde provozovatel postupoval zcela opačně. Provozovatel dopravil na místo mobilní dieselgenerátorové stanice a pokoušel se obnovit elektrické napájení a tudíž i funkci systémů chlazení.V důsledku vývinu zbytkového tepla ze zóny a nedostatečného chlazení došlo na blocích 1, 2 a 3 elektrárny k postupnému snižování hladiny chladící vody v reaktorech, z důvodu vypařování. Následně došlo k zvýšení tlaku, který musel být řízeně snižován otvíráním příslušných ventilů, což mělo za následek zvýšení tlaku v sekundárním kontejnmentu (budova reaktorovny). Provozovatel se rozhodl snižovat tlak v kontejnmentu 1. bloku kontrolovaným odpouštěním vzduchu a vodní páry do atmosféry. Vzhledem k tomu, že chladící voda je v kontaktu s palivem, vykazuje mírnou radioaktivitu. Podle odkazované zprávy WNA odvolávající se na IAEA by mělo být odváděné médium filtrováno, aby byla radiace udržena v rámci kontejnmentu. Stejný postup se připravuje rovněž pro bloky 2 a 3.Radiační monitoring elektrárny Fukušima Daiichi indikuje zvýšení hladiny radioaktivity na pozemních komunikacích, v plynných a kapalných výpustích, přičemž podle vyjádření oficiálních míst převzatého CNN došlo k převýšení legislativně stanovených limitů, nikoliv však k překročení dávek ohrožujícíh zdraví obyvatelstva (zdroj). To znamená, že z hlediska mezinárodní stupnice jaderných událostí INES se bude jednat minimálně o stupeň 4 „Havárie bez vážnějšího rizika vně zařízení“.Dne 12. března v 15:36 místního času došlo v bloku 1 k explozi, která destruovala stěny reaktorovny. Podle zprávy agentury Reuters, odvolávající se na vyjádření japonských oficiálních míst byl příčinou exploze únik vodíku (generován v reaktoru z důvodu zvýšení teploty paliva), který pronikl do prostoru mezi betonovou stěnou reaktorovny a kontejnmentem. Dle odkazované zprávy kontejnment není poškozen, tj. je zajištěna těsnost, což je zásadní podmínkou zabránění úniku radionuklidů do okolí.V rámci preventivních opatření připravují oficiální místa distribuci jódových tablet, z důvodu ochrany obyvatelstva před potenciálními zdravotními následky.Ve večerních hodinách bylo zahájeno čerpání mořské vody s přídavkem kyseliny borité do kontejnmentu, což umožní úplné dochlazení aktivní zóny. Podle posledních neověřených informací klesá tlak v poškozeném reaktoru bloku 1 a úroveň radiace v okolí elektrárny. Zároveň však byly publikovány informace o technických komplikacích s chlazením reaktoru Fukušima Daiichi 3.Důsledky události na japonský jaderný programJak již bylo uvedeno výše, Japonsko v současné době provozuje 55 jaderných reaktorů a vyrábí z jádra 30% elektřiny. Jedna z největších světových průmyslových mocností nikdy nepřerušila jaderný program. De facto jej ani nikdy přerušit nemohla, protože jednoduše nemá k dispozici dostatek energetických surovin (především uhlí a plynu), aby byla zajištěna výroba dostatečného množství elektřiny pro gigantický průmysl. Z tohoto důvodu se domnívám, že japonský jaderný program bude i nadále pokračovat ve svém rozvoji.Podle subjektivního názoru autora japonský jaderný dozor po podrobném vyhodnocení příčin a průběhu událostí v elektrárně Fukušima pravděpodobně nařídí pro nové projektované jaderné elektrárny zvýšení úrovně „projektového zemětřesení“ a dokladování zajištění bezpečnostních funkcí při souběhu silného zemětřesení a velké tsunami. Samozřejmě to bude znamenat zvýšení nákladů a zřejmě i prodloužení doby výstavby nových bloků. V úvahu zřejmě přichází i realizace dodatečných ochranných opatření na již provozovaných blocích.Z čistě technického pohledu zvládají provozovatelé japonských jaderných elektráren apokalyptické zemětřesení poměrně dobře. Musíme říci doposud, protože ještě není všem možným technickým komplikacím konec – i když z pohledu fyziky čas jednoznačně hraje pro provozovatele. Nezodpovězenou otázkou zůstává budoucí postoj japonského obyvatelstva k jaderné energetice – byly zaznamenány úniky radioaktivity přesahující legislativní limity normálního provozu a preventivně bylo evakuováno téměř dvěstě tisíc osob.Autor vycházel z informací světových médií dostupných do 13.3.2011, 10:30 CET. Další vývoj bude zpracován v samostatném článku.(Psáno pro blog.iDNES)Petr Nejedlý