حواجز المياه TEPCO

على الأرجح ، لن يكون من التبسيط القول إن الماء هو أساس الطاقة النووية الحديثة. هذا سائل تبريد عالمي للغالبية العظمى من المفاعلات النووية ، تقريبًا مثل سائل التبريد والسوائل المقاومة للحرائق ، وأخيرًا ، تتميز المياه بخصائص فيزيائية نيوترونية مهمة جدًا ، حيث تعمل كمؤشر وعاكس نيوتروني.


على وجه الخصوص ، يبدأ تشغيل مفاعلات VVER بـ "انسكاب الماء في مفاعل مفتوح" ، في الصورة ، يتم تنفيذ هذا الإجراء في المفاعل 4 من Rostov NPP

في حالة الحوادث الإشعاعية ، لا يزال الماء يعمل كمحرك عالمي للنويدات المشعة ، مما يسمح بتطهير الأجسام.

اليوم سنتابع المشاكل التي تنشأ مع الماء في عملية التخلص من الحادث في محطة فوكوشيما للطاقة النووية ، حيث أن هذا الموضوع محاط بكثافة بالأساطير في أسلوب "تلويث المحيط بأكمله".

في 11 مارس 2011 ، في الساعة 14.46 بالتوقيت المحلي ، على بعد 130 كيلومترًا قبالة ساحل اليابان ، وقع زلزال يسمى شرق اليابان العظيم ، مما أدى إلى واحدة من أقوى الحوادث في تاريخ الحوادث الإشعاعية في محطة فوكوشيما دايتشي للطاقة النووية المملوكة لشركة TEPCO.


خريطة محاكاة لارتفاعات الأمواج من زلزال شرق اليابان الكبير ، مقدمة عالميًا كخريطة للتلوث من الحادث الذي وقع في FAES

في وقت الزلزال ، كانت الكتل 1،2،3 في السلطة ، وتم إيقاف الكتلة 4 للتحديث وتفريغها بالكامل من الوقود في المنطقة النشطة (AZ) ، وكانت الكتل القائمة 5،6 تخضع لإصلاحات وقائية ، لكن الوقود بقي في AZ. اكتشف نظام الكشف عن الزلازل صدمة زلزالية وقدم بشكل روتيني حماية الطوارئ في الكتل 1،2،3. ومع ذلك ، لم تكن العواقب خالية من العواقب - فقد تم تدمير عناصر مجموعة المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي في الهواء الطلق (المفاتيح الكهربائية المفتوحة) بواسطة زلزال ، مما أدى إلى فقدان الطاقة الخارجية إلى وحدات 1،2،3،4 NPP. مرت أتمتة المحطة إلى خط الدفاع التالي - تم إطلاق مولدات الديزل الطارئة ، وفي أقل من دقيقة تم استعادة الطاقة على الإطارات المساعدة ، وبدأت إجراءات تبريد المفاعلات. كان الوضع متوترا ، لكنه كان أكثر أو أقل انتظاما.


الخطة العامة لمحطة فوكوشيما للطاقة النووية. الكتلة 4 هي الأقرب ، تليها الكتل 3.2.1 والمسافة - 5.6. خلف مداخل مياه التبريد في البحر ، يظهر جدار ضد التسونامي ، وهو ما لم يساعد.

ومع ذلك ، بعد 50 دقيقة من الزلزال ، وصلت موجة تسونامي إلى المحطة ، مما أدى إلى إغراق مولدات الديزل والألواح الكهربائية المرتبطة بها. في الساعة 15.37 ، هناك خسارة كاملة ونهائية للطاقة في المحطة ، مما تسبب في إغلاق أنظمة التهدئة للمفاعلات ، وكذلك فقدان مصادر المعلومات التشغيلية حول حالة أنظمة المفاعل.


لقطة حقيقية لخليج محطة تسونامي فوكوشيما للطاقة النووية. تم التقاط الصورة بالقرب من الكتلة الرابعة ونهاية المحطة ، وقاعدة أنبوب التهوية مرئية ، والتي تعمل كدليل على الخطة أعلاه.

ستمر الساعات القليلة القادمة في محاولات لتزويد وحدات المفاعل بمياه التبريد 1،2،3 ، لكنها ستفشل. بعد حوالي 5 ساعات من فقدان تبريد الدورة الدموية ، سيتم غلي الماء داخل أوعية المفاعل أسفل الجزء العلوي من تجميعات الوقود. سيبدأ الوقود في السخونة الزائدة مع حرارة التحلل والانهيار المتبقي. على وجه الخصوص ، عند 21.15 في الكتلة الأولى ، ستظهر قياسات الخلفية زيادة حادة ، مما يعني إطلاق منتجات الانشطار من الوقود المتحلل. على الرغم من الجهود الجبارة الإضافية لملء المفاعل بالماء (في 15 ساعة سيتم ضخ 80 ألف متر مكعب من الماء في الخط المؤدي إلى الوحدة 1) ، سيحدث تدمير ودمج كامل للوقود ، وحرق قذائف المفاعل بالكروم ، سيتم إطلاق الهيدروجين نتيجة تفاعل الزركونيوم البخاري والانفجارات المتفجرة الغاز على الكتل 1 و 2 و 3. (يوجد وصف مفصل للحادث في العديد من وثائق الوكالة الدولية للطاقة الذرية: 1 ، 2 ، 3 ، 4 )

في الأيام الأولى للحادث ، كان الوضع يذكرنا إلى حد ما بتطور حادث تشيرنوبيل: كانت المحاولات اليائسة لملء كل شيء بالماء ذات كفاءة منخفضة جدًا بسبب عدم فهم الوضع الحقيقي ، علاوة على ذلك ، فإن المياه التي وصلت إلى بقايا الوقود تحمل منتجات الانشطار الإشعاعي ، وتحول أقبية محطة الطاقة النووية في سراديب الموتى المشعة. على خلفية انفجارات الهيدروجين وإطلاق كميات كبيرة إلى حد ما من منتجات الانشطار ، يتم استخدام المخططات مع مضخات الخرسانة التي يتم التحكم فيها عن بعد والتي تزود المياه بسهام بطول 70 مترًا.


بالمناسبة ، هذه صورة لمضخة طائرة من الولايات المتحدة الأمريكية تحمل مضخة خرسانية مع ذراع 70 متر لصب الكتل من الأعلى

بسبب مشاكل البنية التحتية في اليابان و NPP نفسها ، يتم استخدام مياه البحر مع إضافة حمض البوريك للضخ بالكامل ، وستعود هذه الخطوة لاحقًا.

في أول 15 يومًا من الحادث ، تم سكب الماء في محطة فوكوشيما للوقاية من التلوث دون أن يدرك كثيرًا إلى أين تذهب لاحقًا ، كان من المهم التأكد من توفير المياه. ولكن في 27 مارس ، يبدأ ضخ المياه الملوثة ، ويمتد عبر برك الفقاعات المتداعية من الكتل 2 و 3 وسفينة المفاعل المدمرة للكتلة رقم 1. كان الدافع لهذه العملية هو إعادة تعرض الكهربائيين الذين أجبروا على العمل أثناء وقوفهم في الماء المشع.

بالإضافة إلى ذلك ، اتضح أن المياه تتسرب من خلال الاتصالات المختلفة في المحيط. وتقدر الوكالة الدولية للطاقة الذرية أنه في أبريل 2011 ، سقط في الماء حوالي 10-20 PBq ¹³¹ I و 1-6 PBq ¹³⁷ Cs في الماء - هناك حاجة إلى 10-60 مليار طن من الماء لتخفيف هذه الأحجام إلى تركيزات آمنة.


إحدى عمليات محاكاة توزيع ¹³⁷ سى سى فى مياه البحر. بالنظر إلى MPC للسيزيوم 137 لمياه الشرب عند 100 بيكريل / لتر ، يمكنك أن تشعر بقوة المحيط كمخفف

في البداية ، تم ضخ المياه في حاويات منتظمة مختلفة لتخزين المياه النشطة في NPP ، ولكن كان من الواضح أن أحجامها لن تكون كافية لفترة طويلة. بدأ بناء خزانات إضافية ، وفي أبريل 2011 بدأ تطوير وبناء ثلاثة أنظمة لتنقية المياه من النويدات المشعة الأكثر إزعاجًا ، بدأ ^{137 137} سنتًا و ¹³⁴ سنتًا و ⁹⁹ سنتًا و ¹³¹ طنًا. النظام الأول هو امتصاص التكنيسيوم والسيزيوم واليود على أساس الزيوليت من الشركة الأمريكية كوريون ، الثانية - نظام لتنقية المياه للجزيئات المشعة المعلقة DI من Areva ، وأخيرًا ممتص مرشح آخر SARRY للسيزيوم واليود ، الذي بناه اليابانيون. تم بناء نظام معالجة إنشاء دورة المياه بوتيرة قياسية لشهر أبريل - مايو 2011 ، وتم تشغيله في يونيو ، مما أدى إلى إغلاق دورة المياه في المحطة جزئيًا. لماذا جزئيا؟


بعض صور معدات التصفية التي تم تجميعها على عجل

قبل وقوع الحادث في محطة فوكوشيما دايتشي للطاقة النووية ، كانت هناك مشكلة في ملء الأقبية بالمياه الجوفية. بعد إدخال الدورة المغلقة ، نشأت لحظة غير سارة بأن المياه المتدفقة زادت تدريجياً من إجمالي حجم المياه المشعة. دخل حوالي 400 متر مكعب من الماء يوميًا إلى نظام الدورة الدموية ، وبالتالي تنمو المياه سنويًا بنحو 150 ألف متر مكعب.

ومع ذلك ، يمكن القول أنه منذ صيف عام 2011 ، تم إيقاف النويدات المشعة من موقع NPP إلى المحيط بشكل أساسي.

في ذلك الوقت ، تبين أن Fukushima NPP هو نظام غريب نوعًا ما ، ولكن يعمل من دورة المياه ، ومفاعلات انسكاب المياه ومجمعات التعرض بالمياه المشعة ، والتي تم تنظيفها في دائرة من ثلاثة نيوكليدات مشعة فقط تبلغ حوالي 150 ألف متر مكعب في الشهر. هذا جعل من الممكن الحد من التعرض المفرط للعمال ، ولكن بسبب الزيادة المستمرة في أحجام المياه ، فقد أدى ذلك إلى تعقيد الوضع تدريجيًا. يتم تخزين المياه المشعة مع نشاط عشرات الميغا بيكريل لكل لتر في خزانات مبنية على عجل على أراضي محطة الطاقة النووية. كانت هذه المياه ملوثة بنظائر السترونتيوم والروثينيوم والقصدير والتيلوريوم والساماريوم والأوروبيوم - 63 نظيرًا فقط تتجاوز معايير النشاط. إن تصفيتها كلها مهمة صعبة للغاية ، وقبل كل شيء ، تتطلب التخلص من ملح البحر الذي يدخل الماء في المراحل الأولية. لذلك ، تم بالفعل في صيف 2011 اتخاذ قرار لبناء محطة لتحلية المياه ، وفي نهاية عام 2011 - لبناء مجمع ALPS ينقي المياه مباشرة من 62 نظيرًا - في الواقع جميع المشاكل الموجودة باستثناء التريتيوم.

تم تشغيل تحلية المياه في مصانع هيتاشي وتوشيبا عن طريق التناضح العكسي على الأغشية وفي مصانع المبخر في أريفا منذ نهاية صيف 2011 ويصحح تدريجياً مشاكل استخدام مياه البحر للتبريد.


محطات تحلية المياه على أساس التناضح العكسي (علوي) والتبخر (سفلي).

طوال عام 2012 ، كان مجمع ALPS قيد الإنشاء. على عكس أنظمة المعالجة الأولى ، لم يعد هناك اندفاع كبير هنا ، لذلك تم التفكير في أنظمة للكشف والحماية من تسرب المياه المشعة - وهي مشكلة تعذب المصفِّيات بانتظام في أجزاء مختلفة من نظام تدوير المياه.


في هذه الصورة من هواء محطة الطاقة النووية حسب الوضع في صيف 2013. يشغل ALPS الزاوية العلوية اليمنى من الإطار (عند الارتفاع).


بالفعل في عام 2013 ، تم العثور على عدد لا يصدق من الخزانات لتخزين المياه المشعة في موقع فوكوشيما NPP ، من الواضح أن التسريبات حتمية هنا. بالمناسبة ، يجب إزالة هذه الخزانات حيث يتم نقلها إلى مياه أنظف ، مما يتطلب تطوير تقنيات جديدة للتطهير اللامائي.

بشكل عام ، لن تصبح التسريبات مصدرًا دائمًا للعمل في حالات الطوارئ فحسب ، بل أيضًا موضوع الميثولوجيا. بعد النظر بعناية في مدى تعقيد مجمع محطات الطاقة النووية الطارئة ، وثلاث عشرات من محطات معالجة المياه ، وآلاف الخزانات لتخزين المياه بجودة مختلفة ، فمن الواضح أن التسريبات هي حالة ثابتة في الموقع. ومع ذلك ، يتسرب الإعلام في كل مرة كمضاعفات خطيرة للوضع.

ومع ذلك ، بالإضافة إلى التسريبات الطفيفة التي تحدث كل يوم ، كانت هناك العديد من الحوادث غير السارة إلى حد ما. حدث أكبرها في 19 أغسطس 2013 ، عندما تم اكتشاف تسرب 300 طن من الماء مع نشاط ~ 80 MBq / لتر من خزان فولاذي بسعة 1200 متر مكعب في Park H4. بشكل أساسي ، بقيت هذه المياه في الحديقة (تقف الخزانات على قاعدة خرسانية محاطة بالجانب) ، ولكن تم صب عدة مئات لترات على الأرض من خلال صنبور تصريف مفتوح. كانت النويدات المشعة من هذه المئات من اللترات التي يمكن أن تصل بطريقة ما إلى المياه الجوفية ثم إلى المحيط (بالطبع ، جزء غير مهم للغاية) ، الأمر الذي أبلغته شركة TEPCO بصدق ، ولكن في تفسير وسائل الإعلام بدا هذا الحادث وكأنه "300 طن من الماء المشع تسرب من المفاعل إلى المحيط "



الخزان الذي حدث منه التسرب (محاط بدائرة حمراء) ، الحديقة H4 وصورة لبركة من الماء المشع خارج السياج الخرساني للحديقة التي تسربت من خلال صنبور تصريف غير مغلق.

ومع ذلك ، نعود إلى تنقية المياه. في نهاية عام 2013 ، تم تشغيل ALPS وبدأت معالجة 400000 طن من المياه المتراكمة في ذلك الوقت ، مثل تلك التي تدفقت من الخزان في H4 Park.


مخطط ALPS عام جدًا

ومع ذلك ، كما نتذكر ، لا يمكن لتركيب ALPS الفريد أن يفعل أي شيء مع التريتيوم ، الموجود في المياه النقية بتركيز حوالي 4 MBq / لتر. في الواقع ، هذه ليست كمية كبيرة: الحد الأقصى للتناول السنوي لجسم الإنسان في روسيا ، على سبيل المثال ، يقتصر على 0.11 GBq ، أي 27.5 لترًا من هذه المياه. بالنظر إلى أن حد المدخول السنوي من الواضح أنه أقل من بعض العواقب السلبية للجسم ، يمكننا أن نفترض أن هذه المياه الصناعية.


التركيزات القصوى المسموح بها من التريتيوم في مياه الشرب. يتم تثبيتها وفقًا لمنهجية منظمة الصحة العالمية بحيث لا يتجاوز الإشعاع الناتج عن هذه المياه 5٪ من تعرض الإنسان الطبيعي. في الوقت نفسه ، لدى الاتحاد الأوروبي والولايات المتحدة رأي بديل حول كيفية وضع حدود لتناول التريتيوم في الجسم.

ومع ذلك ، من وجهة نظر المنظمين ، لا تزال هذه النفايات المشعة منخفضة المستوى. من حيث المبدأ ، تمتلك TEPCO خيار تخفيف 40 مرة (حتى 100 كيلوبول / لتر أو أقل) وإطلاق هذه المياه في المحيط ، ولكن على خلفية هستيريا الوسائط ، يصعب القيام بذلك.

لذلك ، منذ عام 2014 ، تحاول شركة TEPCO تنفيذ استراتيجيتين أخريين - لإيجاد تكنولوجيا لاستخراج التريتيوم من الماء وتقليل تدفق المياه الجوفية إلى مباني NPP من أجل إبطاء نمو إجمالي حجم المياه المخزنة.

توجد تقنيات تركيز التريتيوم ، عادة ما تكون مزيجًا من طرق التحليل الكهربائي ، وتبادل النظائر بين بخار الماء وغاز الهيدروجين على المحفزات ، والتقطير المبرد لنظائر الهيدروجين. توجد أكبر مصانع لاستخراج التريتيوم من الماء الثقيل في كندا (حيث توجد العديد من مفاعلات الماء الثقيل التي يجب تنظيف مياهها من التريتيوم) وكوريا (حيث توجد أيضًا مفاعلات الماء الثقيل).


تبدو محطة فصل نظائر المياه النموذجية مثل هذا (هذا هو الكندي AECL Glace Bay). شيء من هذا القبيل مقترح لبناء TEPCO في موقع محطة فوكوشيما للطاقة النووية.

ومع ذلك ، يمكن أن تعمل التقنيات الجاهزة بالكاد بتركيزات منخفضة مثل الموجودة في موقع Fukushima NPP. العروض المختلفة التي قدمتها TEPCO (بما في ذلك تقنيتها التي اقترحتها RosRAO ، جزء من Rosatom) لا تناسب الشركة مع الأداء مقابل تكلفة التركيب.

الجانب الثاني - الحد من تدفق المياه الجوفية ، تقرر تنفيذه بمساعدة بناء "الجدار الجليدي" حول مباني وحدات 1-4 NPP. كان جوهر التكنولوجيا هو تجهيز شبكة الآبار على طول كفاف الجدار وتجميد التربة باستخدام مبردات الملح. استمر بناء النظام في 2015-2016 ، مصحوبًا بضجيج إعلامي غير صحي (الذي اعتقد ، لسبب ما ، أنه "الحاجز الأخير لتدفق المياه المشعة إلى المحيط") وانتهى بالفشل: بعد تجميد الحجم المخطط بالكامل ، انخفض تدفق المياه الجوفية بمقدار 10 فقط -15٪.


عملية التجميد - خطوط الأنابيب ورؤوس الآبار التي توزع غاز التبريد.


محيط جدار الجليد في ربيع عام 2016.

ونتيجة لذلك ، لوحظ خلال السنوات الثلاث الماضية استقرار معين لحالة المياه - لأغراض التبريد ، يتم ضخ حوالي 300 طن من المياه النظيفة في NPP يوميًا ، ويتم استخراج حوالي 700 من المياه الملوثة ومعالجتها مسبقًا وتحليتها ونقلها إلى التخزين الوسيط للنفايات المشعة ، والتي يتم تقليلها تدريجيًا ، ولكن في أغسطس عام 2017 لا يزال ~ 150 ألف طن. علاوة على ذلك ، يمر هذا الماء من خلال مجمع ALPS ويتراكم في خزانات تخزين مياه التريتيوم ، حيث يوجد حاليًا حوالي 820 ألف طن من الماء. في المجموع ، يوجد حوالي 900 ألف طن من المياه بسعات وعازل مختلفة في الموقع.


المخطط العام لتداول المياه في محطة فوكوشيما للطاقة النووية في أغسطس 2017

جزء مهم من هذه العملية هو تراكم المواد الماصة من النفايات المشعة وتصفية الرواسب ، والتي يتم تخزينها أيضًا في موقع محطة الطاقة النووية في فوكوشيما في حاويات خرسانية ، وسيتقرر مصيرها أيضًا في وقت لاحق ، ومع ذلك ، فهذا موضوع تافه ، لا يهم الإعلام كثيرًا.


مخطط معالجة مرشحات النفايات المشعة في محطات معالجة المياه في محطة فوكوشيما للطاقة النووية. موقع مواقع تخزين RW في الرسم التخطيطي في نهاية المقالة.

يؤدي تراكم المياه تدريجياً إلى استنفاد الأماكن لتنظيم مواقع التخزين للخزانات ، ومن الواضح أنه يجب حل هذه المشكلة بطريقة أو بأخرى. في عام 2017 ، استأنفت TEPCO اختبار التربة حول تصريف المياه من 3.4 PBq من التريتيوم إلى المحيط ، ولكن لا يبدو أن الجمهور مستعد لذلك. لا أعلم ما إذا كانت العلاقات العامة الدولية لشركة TEPCO معنية ، أم المحلية فقط ، ولكن تم تسليمها بشكل سيء جدًا في الشركة.

في الختام ، أود أن أقول إن تجربة TEPCO في الموقع تُظهر أن تقنيات إدارة النفايات المشعة تم تطويرها بجدية الآن لتنظيم تنظيف وإغلاق دورة المياه على الفور تقريبًا ، ولكن من ناحية أخرى ، لديهم نقاط ضعف في شكل عدم وجود حلول للتريتيوم وتسرب المياه. . أخيرًا ، تُظهر هذه التجربة أن الاستثمار في العلاقات العامة المناسبة للصناعة النووية لا يقل أهمية عن الاستثمار في التكنولوجيا: إذا فسرت وسائل الإعلام على الأقل بشكل صحيح الوضع مع الماء في محطة فوكوشيما للطاقة النووية ، فسيكون من الأسهل تصريف المياه باستخدام التريتيوم وتوفير سوف تبكو عدة مليارات من الدولارات.

PS A مخطط تفصيلي ، وإن كان قديمًا قليلاً ، لموقع المنشآت في منطقة التصفية.