Wasserbarrieren TEPCO

Wahrscheinlich wird es nicht zu einfach sein zu sagen, dass Wasser die Grundlage der modernen Kernenergie ist. Dies ist ein universelles Kühlmittel für die überwiegende Mehrheit der Kernreaktoren, fast so universell wie ein Kältemittel und eine Feuerlöschflüssigkeit, und schließlich hat Wasser sehr wichtige neutronenphysikalische Eigenschaften, die als Moderator und Reflektor von Neutronen dienen.


Insbesondere die Inbetriebnahme von VVER-Reaktoren beginnt mit einem „Verschütten von Wasser in einen offenen Reaktor“. Auf dem Foto wird dieses Verfahren im Reaktor 4 des KKW Rostow durchgeführt

Bei Strahlenunfällen dient Wasser weiterhin als universeller Transporter für Radionuklide und ermöglicht die Dekontamination von Gegenständen.

Heute werden wir die Probleme verfolgen, die mit Wasser bei der Beseitigung des Unfalls im Kernkraftwerk Fukushima auftreten, da dieses Thema dicht von der Mythologie im Stil der „Verschmutzung des gesamten Ozeans“ umgeben ist.

Am 11. März 2011, um 14.46 Uhr Ortszeit, 130 Kilometer vor der Küste Japans, ereignete sich ein Erdbeben, das später als Großer Ostjapan bezeichnet wurde und zu einem der stärksten in der Geschichte der Strahlenunfälle im Kernkraftwerk Fukushima Daiichi von TEPCO führte.


Simulierte Karte der Wellenhöhen des Erdbebens im Großen Osten Japans, allgemein als Karte der Verschmutzung durch den Unfall auf der FAES dargestellt

Zum Zeitpunkt des Erdbebens waren die Blöcke 1, 2, 3 an der Stromversorgung, Block 4 wurde zur Modernisierung angehalten und in der aktiven Zone (AZ) vollständig aus dem Kraftstoff entladen, und die freistehenden Blöcke 5, 6 wurden vorbeugend repariert, der Kraftstoff blieb jedoch im AZ. Ein Erdbebenerkennungssystem erkannte einen seismischen Schock und führte routinemäßig einen Notfallschutz für die Blöcke 1, 2, 3 ein. Die Folgen waren jedoch nicht ohne Folgen - die Elemente der Hochspannungs-Außenschaltanlage (offene Schaltanlage) wurden durch ein Erdbeben zerstört, was zu einem Stromausfall der 1,2,3,4-KKW-Einheiten führte. Die Automatisierung der Station ging zur nächsten Verteidigungslinie über - Notdieselgeneratoren wurden gestartet, und in weniger als einer Minute wurde die Stromversorgung der Hilfsreifen wiederhergestellt und das Verfahren zum Kühlen der Reaktoren gestartet. Die Situation war angespannt, aber mehr oder weniger regelmäßig.


Der allgemeine Plan des Kernkraftwerks Fukushima. Block 4 ist am nächsten, gefolgt von Block 3.2.1 und in der Ferne - 5.6. Hinter den Einlässen des Seekühlwassers ist eine Wand gegen den Tsunami sichtbar, die nicht geholfen hat.

50 Minuten nach dem Erdbeben erreichte die Station jedoch eine Tsunami-Welle, die die Dieselgeneratoren und die dazugehörigen Schalttafeln überflutete. Um 15.37 Uhr tritt an der Station ein vollständiger und endgültiger Stromausfall auf, der zum Abschalten der Abklingsysteme der Reaktoren sowie zum Verlust von Quellen für Betriebsinformationen über den Zustand der Reaktorsysteme führte.


Echte Aufnahme der Tsunami-Fukushima-Kernkraftwerksbucht. Die Aufnahme wurde in der Nähe des 4. Blocks gemacht und am Ende der Station ist die Basis des Lüftungsrohrs sichtbar, die als Leitfaden für den obigen Plan dient.

Die nächsten Stunden werden in Versuchen vergehen, die Reaktoreinheiten 1,2,3 mit Kühlwasser zu versorgen, aber sie werden erfolglos bleiben. Ungefähr 5 Stunden nach dem Verlust der Kreislaufkühlung kocht das Wasser in den Reaktorbehältern unter der Oberseite der Brennelemente. Der Kraftstoff beginnt sich mit der Hitze des verbleibenden Zerfalls und des Zusammenbruchs zu überhitzen. Insbesondere um 21.15 Uhr im ersten Block zeigen Hintergrundmessungen einen starken Anstieg, was die Freisetzung von Spaltprodukten aus zerfallendem Kraftstoff bedeutet. Trotz weiterer titanischer Bemühungen, den Reaktor mit Wasser zu füllen (80.000 Kubikmeter Wasser werden in 15 Stunden in eine Leitung gepumpt, die zum Rektor der Einheit 1 führt), kommt es zu einer vollständigen Zerstörung und Fusion des Brennstoffs, wobei die Reaktorhüllen mit Corium verbrannt werden, Wasserstoff infolge der Dampf-Zirkonium-Reaktion und explosiver Explosionen freigesetzt wird Gas auf den Blöcken 1, 2 und 3. (Eine detaillierte Beschreibung des Unfalls finden Sie in mehreren IAEO-Dokumenten: 1 , 2 , 3 , 4 )

In den frühen Tagen des Unfalls erinnerte die Situation etwas an die Entwicklung des Unfalls von Tschernobyl: Verzweifelte Versuche, alles mit Wasser zu füllen, hatten aufgrund des Unverständnisses der tatsächlichen Situation einen sehr geringen Wirkungsgrad. Außerdem trug das Wasser, das in die Reste des Brennstoffs gelangte, radioaktive Spaltprodukte und drehte die Keller des Kernkraftwerks in die radioaktiv überfluteten Katakomben. Vor dem Hintergrund von Wasserstoffexplosionen und der Freisetzung relativ großer Mengen von Spaltprodukten werden Schemata mit ferngesteuerten Betonpumpen verwendet , die Wasser mit 70-Meter-Pfeilen versorgen.


Hier ist übrigens ein Foto einer Flugzeugpumpe aus den USA, die eine Betonpumpe mit einem 70-Meter-Ausleger zum Gießen von Blöcken von oben bringt

Aufgrund der Infrastrukturprobleme Japans und des KKW selbst wird Meerwasser mit Zusatz von Borsäure zum vollständigen Pumpen verwendet. Dieser Schritt wird später wieder ausgeführt.

In den ersten 15 Tagen des Unfalls wurde im KKW Fukushima Wasser gegossen, ohne genau zu wissen, wohin es später führt. Es war wichtig, die Wasserversorgung sicherzustellen. Am 27. März beginnt das Pumpen von kontaminiertem Wasser, das durch die heruntergekommenen Bubbler-Pools der Blöcke 2 und 3 und das zerstörte Reaktorgefäß des Blocks Nr. 1 verschüttet wird. Der Anstoß für diese Operation war die erneute Exposition von Elektrikern, die gezwungen waren, im radioaktiven Wasser zu arbeiten.

Darüber hinaus stellte sich heraus, dass Wasser durch verschiedene Kommunikationen in den Ozean sickert. Die IAEO schätzt, dass im April 2011 etwa 10 bis 20 PBq von ¹³¹ I und 1 bis 6 PBq von ¹³⁷ C ins Wasser fielen - 10 bis 60 Milliarden Tonnen Wasser werden benötigt, um diese Volumina auf sichere Konzentrationen zu verdünnen.


Eine der Simulationen der Verteilung von ¹³⁷ Cs im Meerwasser. Angesichts des MPC für Cäsium 137 für Trinkwasser mit 100 Bq / l können Sie die Stärke des Ozeans als Verdünnungsmittel spüren

Anfangs wurde Wasser in verschiedene reguläre Behälter gepumpt, um aktives Wasser im KKW zu speichern, aber es war klar, dass ihre Volumina für lange Zeit nicht ausreichen würden. Der Bau zusätzlicher Tanks beginnt, und im April 2011 wurde mit der Entwicklung und dem Bau von drei Systemen zur Reinigung von Wasser aus den unangenehmsten Radionukliden ¹³⁷ Cs, ¹³⁴ Cs, ⁹⁹ Tc und ¹³¹ I begonnen. Das erste System besteht aus Technetium-, Cäsium- und Jodabsorbern auf Basis von Zeolithen aus Das amerikanische Unternehmen Kurion, das zweite - ein Wasseraufbereitungssystem für suspendierte radioaktive Partikel DI von Areva und schließlich ein weiterer von den Japanern gebauter SARRY-Filterabsorber für Cäsium und Jod. Das Aufbereitungssystem zur Schaffung der Wasserzirkulation wurde von April bis Mai 2011 in Rekordgeschwindigkeit gebaut und im Juni in Betrieb genommen, wodurch die Wasserzirkulation an der Station teilweise geschlossen wurde. Warum teilweise?


Einige Fotos von hastig montierten Filtergeräten

Vor dem Unfall im Kernkraftwerk Fukushima Daiichi gab es ein Problem, die Keller mit Grundwasser zu füllen. Nach der Einführung des geschlossenen Kreislaufs trat ein unangenehmer Moment auf, in dem das einströmende Wasser das Gesamtvolumen an radioaktivem Wasser allmählich erhöhte. Pro Tag kamen etwa 400 Kubikmeter Wasser in das Kreislaufsystem, und dementsprechend wuchs das Wasser jedes Jahr um etwa 150.000 Kubikmeter.

Dennoch kann gesagt werden, dass seit Sommer 2011 Radionuklide vom KKW-Standort zum Ozean grundsätzlich gestoppt wurden.

Zu dieser Zeit erwies sich das KKW Fukushima als ein ziemlich seltsames, aber funktionierendes System der Wasserzirkulation, der Verschüttung von Reaktoren und Expositionsbecken mit radioaktivem Wasser, das in einem Kreis von nur drei Radionukliden in einer Menge von etwa 150.000 Kubikmetern pro Monat gereinigt wurde. Dies ermöglichte es, die Überbelichtung von Arbeitnehmern zu verringern, aber aufgrund des stetigen Anstiegs der Wasservolumen wurde die Situation allmählich kompliziert. Radioaktives Wasser mit einer Aktivität von mehreren zehn Megabecquerel pro Liter wird in hastig gebauten Tanks auf dem Territorium des Kernkraftwerks gespeichert. Dieses Wasser war mit Isotopen von Strontium, Ruthenium, Zinn, Tellur, Samarium, Europium kontaminiert - nur 63 Isotope mit überdurchschnittlichen Aktivitätsstandards. Sie alle herauszufiltern ist eine unglaublich schwierige Aufgabe, und zuallererst musste Meersalz entfernt werden, das in den Anfangsstadien ins Wasser gelangt war. Daher wurde bereits im Sommer 2011 beschlossen, eine Entsalzungsanlage zu errichten und Ende 2011 - einen ALPS-Komplex zu bauen, der Wasser sofort aus 62 Isotopen reinigt - tatsächlich alle Probleme außer Tritium.

Die Entsalzung in Hitachi- und Toshiba-Anlagen mit der Umkehrosmosemethode an Membranen und in Areva-Verdampfungsanlagen wurde seit Ende Sommer 2011 in Betrieb genommen und behebt schrittweise die Probleme bei der Verwendung von Meerwasser zur Kühlung.


Entsalzungsanlagen auf Basis von Umkehrosmose (oben) und Verdunstung (unten).

Während des gesamten Jahres 2012 befindet sich der ALPS-Komplex im Bau. Im Gegensatz zu den ersten konstruierten Aufbereitungssystemen gab es hier nicht mehr viel Ansturm, daher wurden Systeme zum Erkennen und Schützen vor radioaktiven Wasserlecks durchdacht - ein Problem, das Liquidatoren in verschiedenen Teilen des Wasserzirkulationssystems regelmäßig quält.


Auf diesem Foto aus der Luft des Kernkraftwerks entsprechend der Situation für den Sommer 2013. Die gesamte obere rechte Ecke des Rahmens (in der Höhe) wird von ALPS belegt.


Bereits 2013 befand sich am KKW-Standort Fukushima eine unglaubliche Anzahl von Tanks zur Speicherung von radioaktivem Wasser. Es ist klar, dass hier Leckagen unvermeidlich sind. Übrigens müssen diese Tanks dekontaminiert werden, wenn sie in saubereres Wasser überführt werden, was die Entwicklung neuer Technologien für die wasserfreie Dekontamination erforderlich machte.

Im Allgemeinen werden Lecks nicht nur zu einer ständigen Quelle der Notfallarbeit, sondern auch zum Gegenstand der Mythologisierung. Bei sorgfältiger Abwägung der Komplexität des Komplexes von Kernkraftwerken, 3 Dutzend Wasseraufbereitungsanlagen und Tausenden von Tanks zur Speicherung von Wasser unterschiedlicher Qualität ist klar, dass Leckagen auf dem Gelände ein ständiger Zustand sind. Die Medien lecken jedoch jedes Mal als schwerwiegende Komplikation der Situation.

Zusätzlich zu den kleinen Lecks, die jeden Tag auftreten, gab es jedoch einige unangenehme, ziemlich große Zwischenfälle. Das größte ereignete sich am 19. August 2013, als im Park H4 ein Leck von 300 Tonnen Wasser mit einer Aktivität von ~ 80 MBq / Liter aus einem Stahltank mit einem Fassungsvermögen von 1200 Kubikmetern entdeckt wurde. Grundsätzlich blieb dieses Wasser im Park (Tanks stehen auf einem von einer Seite umgebenen Betonsockel), jedoch wurden mehrere hundert Liter durch einen offenen Abflusshahn auf den Boden gegossen. Es waren die Radionuklide aus diesen mehreren hundert Litern, die irgendwie in das Grundwasser und dann in den Ozean gelangen konnten (natürlich ein sehr unbedeutender Teil), über die TEPCO ehrlich berichtete, aber in der Interpretation der Medien sah dieser Unfall so aus, als ob „300 Tonnen radioaktives Wasser aus dem Reaktor in den Ozean gelangt sind ""



Der Tank, aus dem das Leck aufgetreten ist (rot eingekreist), Park H4 und ein Foto einer Pfütze mit radioaktivem Wasser außerhalb des Betonzauns des Parks, die durch einen nicht geschlossenen Abflusshahn ausgetreten ist.

Zurück zur Reinigung von Wasser. Ende 2013 wurde ALPS in Betrieb genommen und die Aufbereitung von 400.000 Tonnen Wasser, die sich zu diesem Zeitpunkt angesammelt hatten, wie das, das aus dem Tank im H4 Park floss, begann.


Sehr allgemeines ALPS-Schema

Wie wir uns erinnern, kann die einzigartige ALPS-Installation jedoch nichts mit Tritium tun, das in gereinigtem Wasser in einer Konzentration von etwa 4 MBq / Liter enthalten ist. Tatsächlich ist dies keine so große Menge: Die Grenze der jährlichen Aufnahme in den menschlichen Körper in Russland ist beispielsweise auf 0,11 GBq begrenzt, d.h. 27,5 Liter solches Wasser. Angesichts der Tatsache, dass die jährliche Aufnahmegrenze offensichtlich niedriger ist als einige negative Folgen für den Körper, können wir davon ausgehen, dass es sich um Brauchwasser handelt.


Maximal zulässige Tritiumkonzentrationen im Trinkwasser. Sie werden gemäß der WHO-Methodik installiert, damit die Bestrahlung mit diesem Wasser 5% der natürlichen Exposition des Menschen nicht überschreitet. Gleichzeitig haben die Europäische Union und die Vereinigten Staaten eine alternative Meinung dazu, wie die Grenzen der Tritiumaufnahme im Körper festgelegt werden sollen.

Aus Sicht der Regulierungsbehörden handelt es sich jedoch immer noch um schwach radioaktive Abfälle. Grundsätzlich hat TEPCO die Möglichkeit, das 40-fache (bis zu 100 kBq / l oder weniger) zu verdünnen und dieses Wasser in den Ozean freizusetzen. Vor dem Hintergrund der Medienhysterie ist dies jedoch schwierig.

Daher versucht TEPCO seit 2014, zwei weitere Strategien umzusetzen: Technologie für die Gewinnung von Tritium aus Wasser zu finden und den Zufluss von Grundwasser in die KKW-Gebäude zu minimieren, um das Wachstum des gesamten gespeicherten Wasservolumens zu verlangsamen.

Es gibt Tritiumkonzentrationstechnologien, üblicherweise eine Kombination aus Elektrolyseverfahren, Isotopenaustausch zwischen Wasserdampf und Wasserstoffgas an Katalysatoren und kryogener Destillation von Wasserstoffisotopen. Die größten Anlagen zur Gewinnung von Tritium aus schwerem Wasser befinden sich in Kanada (wo es viele Schwerwasserreaktoren gibt, deren Wasser von Tritium gereinigt werden muss) und Korea (wo es auch Schwerwasserreaktoren gibt).


Eine typische Wasserisotopentrennanlage sieht so aus (dies ist die kanadische AECL Glace Bay). So etwas wird vorgeschlagen, um TEPCO am Standort des Kernkraftwerks Fukushima zu bauen.

Standardtechnologien können jedoch kaum in so geringen Konzentrationen funktionieren, wie sie am Standort des KKW Fukushima zu finden sind. Verschiedene Vorschläge von TEPCO (einschließlich der von RosRAO, einem Teil von Rosatom, vorgeschlagenen Technologie) passen nicht zur Leistung des Unternehmens gegen die Kosten der Installation.

Der zweite Aspekt - die Reduzierung des Grundwasserzuflusses - wurde beschlossen, mit Hilfe des Baus der „Eiswand“ um die Gebäude von 1-4 KKW-Einheiten durchzuführen. Die Essenz der Technologie bestand darin, das Netzwerk von Brunnen entlang der Wandkontur auszurüsten und den Boden mit Salzkältemittel einzufrieren. Der Bau des Systems wurde in den Jahren 2015 bis 2016 fortgesetzt, begleitet von einem ungesunden Medienrummel (der aus irgendeinem Grund als „letzte Barriere für den Fluss von radioaktivem Wasser in den Ozean“ galt) und endete mit einem Misserfolg: Nach dem Einfrieren des gesamten geplanten Volumens verringerte sich der Grundwasserfluss um nur 10 -15%.


Gefrierprozess - Rohrleitungen und Bohrlochköpfe, die Kältemittel verteilen.


Die Kontur der Eiswand im Frühjahr 2016.

Infolgedessen wurde in den letzten 3 Jahren eine gewisse Stabilität der Wassersituation beobachtet - zu Kühlzwecken werden täglich etwa 300 Tonnen sauberes Wasser in das KKW gepumpt, etwa 700 kontaminiertes Wasser werden extrahiert, vorbehandelt und entsalzt und in die Zwischenlagerung radioaktiver Abfälle überführt, die jedoch im August schrittweise verringert wird 2017 ist immer noch ~ 150 Tausend Tonnen. Außerdem fließt dieses Wasser durch den ALPS-Komplex und sammelt sich in den Tritium-Wasserspeichertanks an, in denen sich bereits etwa 820.000 Tonnen Wasser befinden. Insgesamt befinden sich am Standort rund 900.000 Tonnen Wasser in unterschiedlichen Kapazitäten und Puffern.


Das allgemeine Schema der Wasserzirkulation im Kernkraftwerk Fukushima im August 2017

Ein wichtiger Teil dieses Prozesses ist die Anreicherung von Absorptionsmitteln aus radioaktiven Abfällen und Filtersedimenten, die ebenfalls am KKW-Standort Fukushima in Betonbehältern gelagert werden. Das Schicksal muss später entschieden werden. Dies ist jedoch ein trivialeres Thema, das für die Medien von geringem Interesse ist.


Das Schema der Behandlung von Filtraten für radioaktive Abfälle in Wasseraufbereitungsanlagen des Kernkraftwerks Fukushima. Die Position der RW-Speicherorte im Diagramm am Ende des Artikels.

Die Ansammlung von Wasser führt allmählich zur Erschöpfung von Stellen für die Organisation von Lagerplätzen für Tanks, und dieses Problem muss natürlich irgendwie gelöst werden. Im Jahr 2017 nahm TEPCO die Prüfung des Bodens zum Ablassen von Wasser aus 3,4 PBq Tritium in den Ozean wieder auf, aber es schien nicht, dass das Publikum dazu bereit war. Ich weiß nicht, ob es um die internationale PR von TEPCO geht oder nur um die inländische, aber sie wurde im Unternehmen sehr schlecht geliefert.

Abschließend möchte ich sagen, dass die TEPCO-Erfahrung am Standort zeigt, dass die Entsorgungstechnologien für radioaktive Abfälle heutzutage sehr ernsthaft entwickelt wurden, um die Reinigung und Schließung des Wasserkreislaufs fast augenblicklich zu organisieren. Andererseits weisen sie Schwächen in Form eines Mangels an Lösungen für Tritium- und Anti-Wasser-Leckagen auf . Schließlich zeigt diese Erfahrung, dass Investitionen in die richtige PR für die Nuklearindustrie nicht weniger wichtig sind als Investitionen in Technologie: Wenn die Medien die Situation mit Wasser im Kernkraftwerk Fukushima zumindest richtig interpretieren, wäre es einfacher, das Wasser mit Tritium abzulassen und zu sparen würde TEPCO mehrere Milliarden Dollar.

PS Ein detaillierter, wenn auch etwas veralteter Plan für den Standort von Einrichtungen in der Liquidationszone.