E_mail: wagner@ujf.cas.cz, WWW: http://ojs.ujf.cas.cz/~wagner/ Fukušima I poté Cesta od havárie k rekonstrukci, důsledky a dopady pro Japonsko a svět Vladimír Wagner Ústav jaderné fyziky AVČR, 250 68 Řež Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT Praha E_mail: wagner@ujf.cas.cz, WWW: http://ojs.ujf.cas.cz/~wagner/ 1. Úvod 2. Proč k havárii došlo? 3. Jak proběhla? 4. Jak se likvidují následky? 5. Současný stav 6. Poučení z havárie 7. Dopady pro Japonsko a svět (to už v diskuzi) Kolokvium FJFI ČVUT 21. 10. 2015

Japonsko a jaderná energetika 54 reaktorů 30 % elektřiny Nedostatek fosilních zdrojů Omezené možnosti využití obnovitelných zdrojů Ói Fukušima II Mondžu Sendai

Co havárii způsobilo?

Tohoku zemětřesení a cunami 11. března 14:46 JST !! Největší známé zemětřesení v Japonsku !! Velikost 9 magnituda vytvořilo extrémně vysokou vlnu cunami až 40 m Přírodní katastrofa z největšími ekonomickými dopady (podle počtu obětí byly už větší): 15 884 mrtvých a 2 363 pohřešovaných (únor 2014) Zničeno obrovské množství podniků i elektráren budov 129 255 totálně, 254 204 zpola a 691 776 částečně Extrémní zemětřesení a cunami hlavně velikost cunami bylo pro Japonsko opravdu nečekané. Z toho hlediska byla havárie způsobena extrémní přírodní katastrofou !!!

Následky zemětřesení i cunami Příklad protržení přehrady Fudžinuma 1800 domů zaplaveno, několik obětí (vpravo)

Cunami Cunami u a v elektrárně Fukušima I 11.3. 15:41

Zařízení pro pumpování Výška vlny cunami Zařízení pro pumpování mořské vody Turbínová hala Reaktorová budova Ochranný val Dieselagregát Základní kritická místa Podcenění velikosti možného extrémního cunami (dáno i selháním systému dozoru Umístění dieselagregátů v suterénu a bez vodotěsné izolace Nepočítalo se s nadprojektovými haváriemi a úplnou ztrátou dodávek proudu Nebyly zde v dostatečně bezpečné záloze zdroje elektřiny, zdroje vody a čerpací i stříkací zařízení Z tohoto hlediska šlo o havárii způsobenou lidským faktorem !!!

Jak havárie proběhla?

Co je potřeba zařídit při katastrofě? První cíl – zastavení jaderné reakce Proběhlo perfektně !!! Absolutně nejdůležitější – tepelný výkon klesne zhruba na 6 % - neřízená reakce – vysoká uvolněná energie Druhý cíl – dochlazování reaktorů Tepelný výkon reaktoru zhruba trojnásobek elektrického: blok 1 – 460 MWe → 1400 MWt, blok 2 a 3 – 780 MWe → 2400 MWt Tepelný výkon zhruba po hodině klesne pod 2 %, po dni pod 1 %, po 5 dnech pod 0,5 % Třetí cíl – zabránění zničení primárního kontejnmentu, výbuchu vodíku Vypaření vody – obnažení aktivní zóny, pára vede teplo minimálně Kritické teploty – 800oC – narušení povlaku ze zirkonia 1450oC – tavení oceli 2850oC – tavení paliva Vývoj vodíku a uvolňování štěpných produktů Dusíková atmosféra v primárním kontejnmentu Extrémní vzrůst teploty a tlaku i v primárním kontejnmentu – nutnost odpouštění páry

Pozitiva vypouštění: Odvod tepla a snížení tlaku Mimo primární kontejnment dusíková atmosféra není – koncentrace vodíku větší než 4 % → riziko vodíkové exploze při odpouštění atmosféry (páry, vodíku a dusíku) Odpouštění páry: 1. blok 12.3. 4:00, 2. blok 13.3. 0:00, 3. blok 13.3. 8:41 Pozitiva vypouštění: Odvod tepla a snížení tlaku Negativa vypouštění: část vodíku i do reaktorové budovy a únik radioaktivních prvků (vzácných plynů a I, Cs v aerosolech) Vodíková exploze – 1. blok 12. 3. 15:36 a 3. blok 14. 3. 11:00 Vodíková exploze uvnitř 2. bloku a požár ve 4. bloku 15.3 6:00-11:00 Výbuch u 1. bloku Před explozí Po explozi Pumpování mořské vody pomocí pump požárních stříkaček (mobilní dieselové pumpy) zajistilo provizorní chlazení: 1. blok – 12.3. 20:00 2. blok - 14.3. 20:00 3. blok – 13.3. 9:38 Výbuch 3. bloku

Při výbuchu v suterénu 2. bloku 15. 6 Při výbuchu v suterénu 2. bloku 15. 6. pravděpodobně poškozen primární kontejment – uvolnění velkého množství radioaktivity do ovzduší → přechodná evakuace a ukrytí pracovníků.

20. března – obnovení dodávky proudu 26. března – americké tankovací lodě zajistí dostatek technické vody, nemusí se už chladit mořskou Chlazení – dodávání zhruba 500 tun vody denně, ta se vypařuje a kondenzuje v primárním kontejnmentu → nárůst množství radioaktivní vody 5. května – první vstupy lidí do vnitřních částí reaktorových budov Postupná instalace měřících zařízení, zjišťování stavu – ukázalo se, že nastalo pravděpodobně nejen u 1. bloku tavení zóny a proděravění nádoby – stále lepší dodávání vody do reaktorů zajištění vhánění dusíku do kontejnmentu – 1. blok 5. dubna, 2. blok konec června 26. června – začala se využívat dekontaminovaná voda Nastaveny podmínky pro začátek velmi intenzivního chlazení a cesty ke studenému odstavení

Čtvrtý cíl – chlazení bazénů s vyhořelým palivem Mnohem menší výkon → pomalejší růst teploty a vypařování vody Největší problém – čtvrtý blok- čerstvé palivo a nejvíce palivových souborů 17. března - použití zalévání třetího a čtvrtého bloku z helikoptéry 17. března – doplňování vody pomocí hasičských stříkaček na velkou vzdálenost 22. března - nakonec speciální stříkací pumpy s ramenem až 50 m Prosté doplňování vody, která se vypařila → velmi vysoká teplota, první tři bloky ~ 60 - 70oC, čtvrtý blok ~ 80 – 90 oC duben – červen – přechod na doplňování prostřednictvím standardního potrubí bloků

1. července – totéž u 3. bloku 70oC → 30oC 30. května – vybudování cirkulovaného chlazení přes tepelný výměník u 2. bloku 70oC → 30oC 1. července – totéž u 3. bloku 70oC → 30oC Radikální snížení vypařování vody Dále postupně pro další bloky – v současné době teplota u všech bloků pod 20oC Dekontaminace vody, odsolování, přidávání antikorozivních látek, odstraňování znečištění Snímek situace u bazénu 4. bloku postupná oprava Snímek vnitřní části bazénu 4. bloku

Pátý cíl - dekontaminace a recirkulace vody Velké objemy radioaktivní vody Radioaktivita v umělém zálivu – čištění, betonování Možnost jejího přelivu do oceánu Začátek dubna 2011 – poškozenou „jímkou“ tekla voda do oceánu Ucpání speciální drtí a polymery Stálé přibývání vody chlazením, deštěm i podzemní vodou → nutnost cirkulace Přechodné zásobníky pro slaběji radioaktivní vody Místo úniku radioaktivity do moře

Šestý cíl - konečné vyloučení úniku radioaktivity 1) Postupná fixace radioaktivního prachu a aerosolu pomocí polymerů (venku i v budovách) 2) Odklízení a bezpečné uložení radioaktivních trosek a zbytků 3) Postavení nových lehkých budov nad 1. blokem – betonový základ, lehká ocelová konstrukce vyplněná tenkými deskami z umělé hmoty

Od začátku července 2011 chlazení dekontaminovanou vodou Dekonatminační zařízení Nutnost odstranění radioaktivních prvků (hlavně se jedná o cesium), olej z různých zařízení a zásobníků poškozených cunami, sůl z mořské vody z cunami a použité při chlazení na počátku Nutnost vícestupňového čištění Dvě jednotky: jedna od firmy AREVA druhá z USA Po počátečních potížích – jedná se o unikátní zařízení, kombinace dvou výrobců, málo času na školení obsluhy, 4 km potrubí. V plném provozu zvládne přes 1000 tun denně Od začátku července 2011 chlazení dekontaminovanou vodou Později nové japonské, postupně i na stroncium

Studené odstavení – co to znamená? Není klasické – roztavená a zničená aktivní zóna Tři hlavní podmínky: Teplota ve všech oblastech reaktoru a prvního kontejnmentu pod 100oC Zajištění kontroly hromadění vodíku Úniky radioaktivity sníženy na minimální úroveň (příspěvek k roční dávce na hranicích elektrárny menší než 1 mSv 1) Teplota reaktorové nádoby v různých místech: 1. blok okolo 30oC 2. a 3. blok 50-60oC 2) Kontrola atmosféry v reaktoru (nádobě i kontejnmentu) a vstřikování dusíku, dekontaminace Teplota bazénů mezi 10oC a 20oC, minimální zdroje páry, čištění radioaktivity a odsolování Postavení budovy u 1. bloku, odstraňování trosek, fixace radioaktivity, čištění radioaktivní vody 16. prosince 2011 – vyhlášení studeného odstavení (>0,1 mSv) – možnost uvažovat o návratu evakuovaných

Nejdůležitější cíl – včasná evakuace, zabránit ohrožení lidí Důležité – před únikem radioaktivity bylo několik dní pro evakuaci a přípravu Evakuační zóna – do 20 km, 20-30 km omezený režim, zůstávat doma V prvních dnech nejvýznamnějším izotope 131I (T1/2 = 8 dní) a další krátkodobé izotopy, po několika měsících začíná převládat hlavně 137Cs (T1/2 = 30 let). Během té doby pokles aktivity o několik řádů

Povedlo se zabránění proniknutí jódu do potravin Pečlivé sledování radioaktivity v potravinách a vodě (překročení obsahu jódu přes limit pro kojence jen na pár dní) Povedlo se zabránění proniknutí jódu do potravin Rozšiřování monitorování, stále pečlivěji se hledají nejzasaženější oblasti Tokio – (2012) příspěvek z Fukušimy 0,013 μSv/h přirozené pozadí 0,036 μSv/h Všude, kromě perfektury Fukušima pod 0,2 μSv/h Měření přímo v areálu elektrárny Pokles dávkového příkonu (lehkovodní reaktor) Relativní příspěvek jednotlivých izotopů

V perfektuře Fukušima silná závislost na místě Po několika měsících je dominantní částí radioaktivity cesium a pokles přirozeným rozpadem se zpomaluje V perfektuře Fukušima silná závislost na místě kritický severozápadní směr – Iitate (až 14 μSv/h), Katsurao (až 9 μSv/h), Namie (až 36 μSv/h) Vesnice Iitate patří k nejkrásnějším místům Japonska Z evakuované zóny (byla zasažena i cunami) muselo odejít zhruba 80 000 obyvatel Cílená evakuace z míst, kde by roční dávka mohla přesáhnout 20 mSv (dalších zhruba 8 tisíc lidí) „Dobrovolná evakuace“ – přes 70 000 obyvatel

Dozimetrické dávka a zdravotní dopady Pracovníci elektrárny: Dva mezi 600 -700 mSv dalších šest přes 250 mSv celkově 167 přes 100 mSv žádné zdravotní problémy pro 21 022 pracovníků, kteří v areálu pracovali a pracují V elektrárně byly i smrtelné úrazy, ale nesouvisely s radiací Pečlivá dozimetrická sledování kontaminovaných oblastí – reálná měření dávají nižší dávky než odhady. Dávky jsou srovnatelné s přirozeným pozadím – nevedou k riziku Nedošlo k žádným pozorovatelným zdravotním dopadům ani u pracovníků elektrárny a ani u evakuovaných či obyvatel v dalších zasažených oblastí Psychické a sociální dopady jsou však značné – vedly i k nepřímým obětem, zhoršení podmínek při evakuaci nemocnic a domovů pro přestárlé nebo sebevraždy

Někteří zůstali – problém se zvířaty

Jak se likvidují následky? Současný stav

Vyvezení palivových souborů z bazénů Čtvrtý blok – již vyvezen Třetí blok – odklizení trosek, i těžkých z bazénů, začátek stavby krytu Druhý blok – rozhodnutí o postupu vyvezení První blok – odstranění provizorního krytu

Vyřešení problémů s radioaktivní vodou Zdroje: 1) Cunami 2) Chlazení v prvních týdnech 3) Spodní voda Řešení: 1) Dekontaminace, 137Cs, 90Sr a vše kromě tritia 2) Odčerpávání spodní vody 3) Ledová stěna 4) Stěna, vybetonování přístaviště, vyčištění a zabetonování kanálů

Poznání situace uvnitř kontejnmentů Potřeba dekontaminace vnitřních prostor Využití endoskopu (od včerejška všechny) Využití tomografie pomocí mionů (1. a 2. blok – zóna je z velké části zničena) Využití robotů pronikajících do kontejnmentu (u 1. bloku první dva průzkumy, u 2. bloku se připravuje) Umisťování detektorů mionů u prvního bloku Robot, který má proniknout do kontejnmentu

první pohled do nitra kontejnmentu 3. bloku Novinka ze včerejška první pohled do nitra kontejnmentu 3. bloku

Dekontaminace a návrat obyvatel Odvolána omezení v oblastech za 20 km zakázanou zónou, které nehrozí roční dávkou překračující 20 mSv, to znamená: znovuotevření škol, nemocnic a úřadů – začal návrat dobrovolně evakuovaných, problém s obnovou infrastruktury a zaměstnaností Oblasti v zakázané a evakuované zóně jsou rozděleny na tři typy: Aktivita menší než pro roční dávku 20 mSv – spuštění návratu, obnova infrastruktury, intenzivní dekontaminace Dávka mezi 20 mSv až 100 mSv – intenzivní dekontaminace pro umožnění návratu Dávka nad 100 mSv – dlouhodobé omezení návratu Začal návrat – podmínky, vyhovující dozimetrická situace a vypracovaný plán rekonstrukce

První zrušení veškerých omezení u části zakázané zóny Zakázaná zóna 88 000 obyvatel „Dobrovolná“ evakuace 25 000 Konec roku 2011, studené odstavení, odvolání omezení v zóně 20 – 30 km. V průběhu let 2012 až 2013 klasifikace jedenácti zasažených území. Postupné otevírání méně kontaminova- ných částí (I. a II.) pro návštěvy a práce přes den (nelze zůstávat přes noc). Konec roku 2013 omezené povolení trvalejšího pobytu v části města Tamura Zrušení všech omezení u části města Tamura – 1. duben 2014 Následovala vesnice Kawauči (26. dubna) a poté město Naraha (6. září) V průběhu let a 2016 by měly následovat další místa v zelené zóně Podstatné – obnova infrastruktury a pracovních příležitostí – Džobánská železnice a dálnici

Klíčové výzvy k řešení rekonstrukce oblasti Obnova infrastruktury – už se povedlo zprovoznit silnici č. 6 i dálnici Džoban, železnici Džoban jen částečně část její trasy se jede autobusy. Potřeba obnovení výjezdů a dalších cest Obnova nemocnic, zdravotních zařízení, obchodů a škol. Obnova pracovních příležitostí – výzkumná střediska pro robotiku a dekontaminaci, výroba v oblasti elektroniky a obnovitelných zdrojů Obnova pěstování rýže a ovoce, obnova rybářství Nutnost pro intenzivní dekontaminaci – vybudování přechodného úložiště radioaktivního odpadu z dekontaminace. Březen 2015 zahájení provozu jeho části (Okuma a Futaba) Nalezení metod dekontaminace silně kontaminovaných oblastí (III. zóna)

Obnovení využívání jaderných zdrojů Japonskem Vytvoření nového úřadu pro jaderný dozor NRA Začátek procesu posuzování jednotlivých bloků (polovina roku 2013 – šest elektráren) Hlavní důraz – odolnost proti zemětřesení a cunami, opatření proti úplnému výpadku proudu Podzim roku 2015 – posuzuje se 25 bloků v 13 elektrárnách Letos byly zprovozněny dva bloky v Sendai, za ní jsou nejdále dva bloky v Takahama a blok v Ikata Nejdále je posuzování u elektrárny Sendai Elektrárna Takahama Zařízení pro čištění při ventilaci (Kašiwazaki Kariwa)

Poučení z havárie Nutnost počítat i z extrémními přírodními katastrofami. Striktní oddělení úřadu pro jadernou bezpečnost (regulačního úřadu) od úřadu propojujícího odvětví. Nutnost počítat s kompletním výpadkem proudu a mít připravena řešení (dostatek mobilních prostředků pro náhradní dodávky elektřiny i vstřikování vody). Mít dostatek prostředků na likvidaci i více paralelně probíhajících událostí. Připravené varianty evakuace, hlavně řešení problémů s imobilními lidmi. Lépe vysvětlit veřejnosti rizika spojená s radiací (vysvětlení principu ALARA), aby dokázala racionálněji rizika srovnávat.

Děkuji kolegům i studentům za inspiraci a pomoc při tvorbě knihy Děkuji za pozornost Těším se na diskuzi

Informace navíc do diskuze

Všechny relevantní studie ukazují zanedbatelný vliv dávek pod 100 mSv (např. BEIR 1) Zpráva „UN Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation“ (UNSCEAR): Z 20 115 zaměstnanců jen 168 dávku větší než 100 mSv jen 6 dávku větší než 250 mSv jen 2 dávku větší než 600 mSv Obyvatelé pod 20 mSv, dominantně hluboko Pracovníci v elektrárně pracují v prostředí s radiací, nutná pečlivá dozimetrická kontrola

Epidemiologické studie dozimetrické Studium vnitřní kontaminace pomocí celotělových počítačů Rjugo Hajáno říjen 2011 – únor 2012 z 10 186 měřených: 88 % bez měřitelné kontaminace 12 % slabé stopy pod hyg. Limity březen 2012 – listopad 2012 z 21 997 osob: 99 % bez měřitelné kontaminace 1 % slabé stopy pod hyg. Limity Větší stopa (vedoucí k 1 mSv senioři z hub) Epidemiologické studie rakoviny štítné žlázy Ultrazvukové metody – kontrola mládeže do 18 let: Větší výskyt abnormalit – dáno použitím modernějších přístrojů. Potvrzeno srovnáním studií v zasažených a nezasažených oblastech: Zasažená: Fukušima - výskyt těchto malých bulek 41,2 %, Nezasažené: Aomori 57,6 %, Jamanaši 69,4 % a Nagasaki 42,5 %. Výskyt rakovin vyšší, ale odpovídá s vysokou pravděpodobností intenzivnímu skríningu Podobné u rozsáhlého sledování štítné žlázy u 380 000 obyvatel, probíhá druhá série (doposud 103 podezření a přes dvacet potvrzených případů) (4 případy „standard“)

Rizika je třeba srovnávat „I malá porucha (efekt motýlích křídel), výpadek technologických systémů nebo lidská rutina, může vyvrcholit katastrofou. “ V žádném oboru lidské činnosti nelze úplně vyloučit možnost havárie – i v budoucnu nelze havárie jaderných elektráren, stejně jako přehrad, chemických podniků vyloučit Havárie jaderných elektráren (pouze čtyři vážné): 1) Jaslovské Bohunice A1 – žádné oběti 2) Three Mile Island – žádné oběti 3) Černobyl – 47 přímých obětí + 14 obětí rakoviny štítné žlázy (téměř 7000 případů) 4) Fukušima – žádné oběti Havárie přehrad (147, v Evropě 26): Přehrada Desná (1916) - 65 obětí Přehrada Vaiont (1966) – 2000 obětí Systém přehrad na Jang-C (Panč chiao) (1975) – 25 000 přímých obětí 80 000 až 200 000 obětí následného hladomoru a nemocí Téměř 6 milionů budov zničeno, postiženo 11 milionů lidí. Přehrada Machchu-2, Indie (1979) 1800 – 15 000 obětí Sajano-Sušenská hydroelektrárna (2009) – 75 obětí Přehrada Tři soutěsky – přesídlení 700 000 lidí Přehrada Vaiont

Negativní dopady je třeba také vždy srovnávat Ve srovnání hydroelektrárny – jaderné elektrárny jsou oběti na životech i škody na majetku u havárii hydroelektráren řádově vyšší Nelze úplně vyloučit protržení vltavské kaskád ani systému rakouských přehrad Ještě vyšší počet obětí a škod má využívání fosilních paliv, hlavně uhlí Je třeba započítat celý palivový cyklus: roční potřeba uranu 66 000 tun Existuje jen pár dolů, často jako vedlejší produkt těžby jiných kovů Nejsou problémy s metanem a výbuchy Každá realistická studie dokládá, že jaderná energie má jednu z nejmenších počtu obětí, škody a ekologické dopady na jednotku vyrobené energie Havárie v uhelných dolech jsou běžnou záležitostí Havárii v Sajano Sušenské hydroelektrárně – 75 obětí

Závěr srovnání rizik Při havárii Jaderné elektrárny Fukušima I nikdo nezahynul. Více obětí mělo protržení přehrady Fujinuma při tomto zemětřesení. Je nutné srovnávat rizika různých zdrojů a z nich vychází jádro velmi dobře Co nese větší riziko? Intenzivní využití jaderné energie? Nebo intenzivní emise CO2? Jestli že dvě havárie (Fukušima a Černobyl) za 50 let využívání jádra mají mnohem větší dopady ve srovnání s rizikem budoucího vlivu oteplování, tak se ho není třeba obávat. Rizika sociálních dopadů vzniklých z nedostatku energie a její vysoké ceny jsou daleko vyšší než rizika z využívání jádra Má pravdu Rain man, že několikadenní cesta autem přes USA je bezpečnější než letadlo?