Barreras de agua TEPCO

Probablemente, no será demasiada simplificación decir que el agua es la base de la energía nuclear moderna. Este es un refrigerante universal para la gran mayoría de los reactores nucleares, casi tan universal como refrigerante y fluido contra incendios, y finalmente, el agua tiene características físicas de neutrones muy importantes, sirviendo como moderador y reflector de neutrones.


En particular, la puesta en marcha de los reactores VVER comienza con un "derrame de agua en un reactor abierto", en la foto, este procedimiento se lleva a cabo en el reactor 4 de la central nuclear de Rostov

En el caso de los accidentes por radiación, el agua todavía sirve como un transportador universal de radionucleidos, permitiendo la descontaminación de objetos.

Hoy seguiremos los problemas que surgen con el agua en el proceso de eliminación del accidente en la central nuclear de Fukushima, ya que este tema está densamente rodeado por la mitología al estilo de "contaminar todo el océano".

El 11 de marzo de 2011 a las 14.46 hora local, a 130 kilómetros de la costa de Japón, se produjo un terremoto más tarde llamado el "Gran japonés oriental", que condujo a uno de los accidentes de radiación más fuertes en la historia de la central nuclear de Fukushima Daiichi, propiedad de TEPCO.


Mapa simulado de las alturas de las olas del Gran Terremoto del Este de Japón, presentado universalmente como un mapa de contaminación por el accidente en la FAES

En el momento del terremoto, los bloques 1, 2, 3 estaban en funcionamiento, el bloque 4 se detuvo para la modernización y se descargó completamente del combustible en la zona activa (AZ), y los bloques independientes 5,6 se sometieron a reparaciones preventivas, pero el combustible permaneció en el AZ. Un sistema de detección de terremotos detectó una descarga sísmica e introdujo habitualmente protección de emergencia en los bloques 1,2,3. Sin embargo, las consecuencias no estuvieron exentas de consecuencias: los elementos de la aparamenta exterior de alta tensión (aparamenta abierta) fueron destruidos por un terremoto, que provocó la pérdida de energía externa de las unidades de 1,2,3,4 centrales nucleares. La automatización de la estación pasó a la siguiente línea de defensa: se pusieron en marcha generadores diesel de emergencia, y en menos de un minuto se restableció la alimentación de los neumáticos auxiliares y se inició el procedimiento para enfriar los reactores. La situación era tensa, pero más o menos regular.


El plan general de la central nuclear de Fukushima. El bloque 4 es el más cercano, seguido de los bloques 3.2.1 y en la distancia: 5.6. Detrás de las entradas de agua de enfriamiento del mar, se ve una pared contra el tsunami, lo que no ayudó.

Sin embargo, 50 minutos después del terremoto, una ola de tsunami llegó a la estación, inundando los generadores diesel y los paneles eléctricos asociados. A las 15.37, hay una pérdida total y final de energía en la estación, lo que provocó el apagado de los sistemas de enfriamiento de los reactores, así como la pérdida de fuentes de información operativa sobre el estado de los sistemas del reactor.


Plano real de la bahía de la planta de energía nuclear tsunami fukushima. El disparo se tomó cerca del 4to bloque y al final de la estación, la base del tubo de ventilación es visible, lo que sirve como guía en el plano de arriba.

Las próximas horas pasarán en un intento de suministrar agua de refrigeración a las unidades de reactor 1, 2, 3, pero no tendrán éxito. Aproximadamente 5 horas después de la pérdida de enfriamiento de circulación, el agua dentro de los recipientes del reactor hervirá debajo de la parte superior de los conjuntos de combustible. El combustible comenzará a sobrecalentarse con el calor de la descomposición residual y el colapso. En particular, a las 21.15 en el primer bloque, las mediciones de fondo mostrarán un fuerte aumento, lo que significa la liberación de productos de fisión del combustible en descomposición. A pesar de los esfuerzos titánicos adicionales para llenar el reactor con agua (en 15 horas se bombearán 80 mil metros cúbicos de agua en la línea que conduce al rector de la unidad 1), se producirá la destrucción completa y la fusión del combustible, quemarán las cáscaras del reactor con corio, se liberará hidrógeno como resultado de la reacción de vapor de circonio y explosiones explosivas gas en los bloques 1, 2 y 3. (Una descripción detallada del accidente se encuentra en varios documentos del OIEA: 1 , 2 , 3 , 4 )

En los primeros días del accidente, la situación recordaba un poco el desarrollo del accidente de Chernobyl: los intentos desesperados de llenar todo con agua tenían una eficiencia muy baja debido a la falta de comprensión de la situación real, además, el agua que llegaba a los restos del combustible transportaba productos de fisión radiactiva, girando las bodegas de la planta de energía nuclear en las catacumbas inundadas radiactivas. En el contexto de las explosiones de hidrógeno y la liberación de grandes volúmenes de productos de fisión, los esquemas se utilizan con bombas de hormigón telecontroladas que suministran agua con flechas de 70 metros.


Por cierto, aquí hay una foto de una bomba de avión de EE. UU. Que trae una bomba de concreto con una pluma de 70 metros para verter bloques desde arriba

Debido a los problemas de infraestructura de Japón y la propia central nuclear, el agua de mar con la adición de ácido bórico se utiliza para bombear en su totalidad, este movimiento volverá más tarde.

Los primeros 15 días del accidente, se vertió agua en la central nuclear de Fukushima sin comprender mucho a dónde irá más tarde, era importante asegurarse de que se suministrara el agua. Pero el 27 de marzo comienza el bombeo de agua contaminada, que se derrama a través de las piscinas de burbujas en ruinas de los bloques 2 y 3 y el recipiente reactor destruido del bloque No. 1. El ímpetu para esta operación fue la reexposición de los electricistas obligados a trabajar mientras estaban parados en agua radiactiva.

Además, resultó que el agua se filtra a través de varias comunicaciones hacia el océano. El OIEA estima que en abril de 2011, alrededor de 10-20 PBq de ¹³¹ I y 1-6 PBq de ¹³⁷ Cs cayeron al agua: se necesitan 10-60 mil millones de toneladas de agua para diluir estos volúmenes a concentraciones seguras.


Una de las simulaciones de la distribución de ¹³⁷ Cs en agua de mar. Dado el MPC para cesio 137 para agua potable a 100 Bq / l, puede sentir la fuerza del océano como diluyente

Inicialmente, el agua se bombeaba en varios contenedores regulares para almacenar agua activa en la central nuclear, pero estaba claro que sus volúmenes no serían suficientes durante mucho tiempo. Comienza la construcción de tanques adicionales, y en abril de 2011, comenzó el desarrollo y la construcción de tres sistemas para purificar el agua de los radionucleidos más desagradables, ¹³⁷ Cs, ¹³⁴ Cs, ⁹⁹ Tc y ¹³¹ I. Comenzó el primer sistema con absorbedores de tecnecio, cesio y yodo a base de zeolita. La compañía estadounidense Kurion, la segunda, un sistema de purificación de agua para partículas radiactivas suspendidas DI de Areva, y finalmente otro absorbente de filtro SARRY para cesio y yodo, construido por los japoneses. El sistema de tratamiento para crear circulación de agua se construyó a un ritmo récord para abril-mayo de 2011, y se puso en marcha en junio, lo que cerró parcialmente la circulación de agua en la estación. ¿Por qué parcialmente?


Algunas fotos de equipos de filtro apresuradamente ensamblados

Antes del accidente en la central nuclear de Fukushima Daiichi, había un problema de llenar los sótanos con agua subterránea. Después de la introducción de la circulación cerrada, surgió un momento desagradable en el que el agua entrante aumentó gradualmente el volumen total de agua radiactiva. Alrededor de 400 metros cúbicos de agua por día ingresaron al sistema de circulación y, en consecuencia, cada año el agua creció en unos 150 mil metros cúbicos.

Sin embargo, se puede decir que desde el verano de 2011, los radionucleidos desde el sitio de la central nuclear hasta el océano se detuvieron básicamente.

En ese momento, la central nuclear de Fukushima resultó ser un sistema de circulación de agua bastante extraño, pero que funciona, derramando reactores y sosteniendo piscinas con agua radiactiva, que en un círculo se limpió de solo tres radionucleidos en la cantidad de aproximadamente 150 mil metros cúbicos por mes. Esto hizo posible reducir la sobreexposición de los trabajadores, pero debido al aumento constante en los volúmenes de agua, gradualmente complicó la situación. El agua radiactiva con una actividad de decenas de megabequerelles por litro se almacena en tanques construidos apresuradamente en el territorio de la central nuclear. Esta agua estaba contaminada con isótopos de estroncio, rutenio, estaño, teluro, samario, europio, solo 63 isótopos con estándares de actividad superiores. Filtrarlos a todos es una tarea increíblemente difícil, y antes que nada, requería deshacerse de la sal marina que se metió en el agua en las etapas iniciales. Por lo tanto, ya en el verano de 2011, se tomó la decisión de construir una planta desalinizadora y, a fines de 2011, construir un complejo ALPS que purifica el agua inmediatamente de 62 isótopos, en realidad todos los problemas que están presentes, excepto el tritio.

La desalación en las plantas de Hitachi y Toshiba utilizando el método de ósmosis inversa en membranas y en las plantas de evaporación de Areva se ha encargado desde finales del verano de 2011 y corrige gradualmente los problemas del uso de agua de mar para el enfriamiento.


Plantas desaladoras basadas en ósmosis inversa (arriba) y evaporación (abajo).

A lo largo de 2012, el complejo ALPS está en construcción. A diferencia de los primeros sistemas de tratamiento construidos, ya no había mucha prisa aquí, por lo tanto, se pensaron sistemas para detectar y proteger contra fugas de agua radiactiva, un problema que atormenta regularmente a los liquidadores en diferentes partes del sistema de circulación de agua.


En esta fotografía desde el aire de la central nuclear según la situación del verano de 2013. ALPS ocupa toda la esquina superior derecha del marco (en elevación).


Ya en 2013, una increíble cantidad de tanques para almacenar agua radiactiva se ubicaron en el sitio de la central nuclear de Fukushima, está claro que las fugas son inevitables aquí. Por cierto, estos tanques deben descontaminarse ya que se transfieren a agua más limpia, lo que requiere el desarrollo de nuevas tecnologías para la descontaminación anhidra.

En general, las fugas se convertirán no solo en una fuente constante de trabajo de emergencia, sino también en el tema de la mitologización. Tras una cuidadosa consideración de la complejidad del complejo de plantas de energía nuclear de emergencia, 3 docenas de plantas de tratamiento de agua, miles de tanques para almacenar agua de diferente calidad, queda claro que las fugas son una condición constante en el sitio. Sin embargo, los medios se filtran cada vez como una complicación grave de la situación.

Sin embargo, además de las fugas menores que ocurren todos los días, hubo varios incidentes desagradables y bastante grandes. La mayor se produjo el 19 de agosto de 2013, cuando se descubrió una fuga de 300 toneladas de agua con una actividad de ~ 80 MBq / litro desde un tanque de acero con una capacidad de 1200 metros cúbicos en el Parque H4. Básicamente, esta agua permaneció en el parque (los tanques se encuentran en una base de hormigón rodeada por un lado), sin embargo, varios cientos de litros se vertieron en el suelo a través de un grifo de drenaje abierto. Fueron los radionucleidos de estos cientos de litros los que de alguna manera pudieron entrar al agua subterránea y luego al océano (por supuesto, una parte muy insignificante), lo que TEPCO informó honestamente, pero en la interpretación de los medios de comunicación, este accidente parecía que "300 toneladas de agua radiactiva se escaparon del reactor al océano "



El tanque del cual ocurrió la fuga (en un círculo rojo), el parque H4 y una foto de un charco de agua radiactiva afuera de la cerca de concreto del parque que se filtró a través de un grifo de drenaje no cerrado.

Sin embargo, volvamos a la purificación del agua. A fines de 2013, ALPS se puso en funcionamiento y comenzó el tratamiento de 400,000 toneladas de agua acumuladas para ese momento, como la que fluía del tanque en el Parque H4.


Esquema ALPS muy general

Sin embargo, como recordamos, la instalación única de ALPS no puede hacer nada con tritio, que está contenido en agua purificada a una concentración de aproximadamente 4 MBq / litro. De hecho, esto no es una cantidad tan grande: el límite de la ingesta anual en el cuerpo humano en Rusia, por ejemplo, está limitado a 0.11 GBq, es decir 27.5 litros de tal agua. Dado que el límite de consumo anual es obviamente menor que algunas consecuencias negativas para el cuerpo, podemos suponer que se trata de agua industrial.


Concentraciones máximas permitidas de tritio en el agua potable. Se instalan de acuerdo con la metodología de la OMS para que la irradiación de dicha agua no supere el 5% de la exposición humana natural. Al mismo tiempo, la Unión Europea y los Estados Unidos tienen una opinión alternativa sobre cómo establecer los límites de la ingesta de tritio en el cuerpo.

Sin embargo, desde el punto de vista de los reguladores, todavía se trata de residuos radiactivos de bajo nivel. En principio, TEPCO tiene la opción de diluir 40 veces (hasta 100 kBq / lo menos) y liberar esta agua al océano, pero en el contexto de la histeria mediática, esto es difícil de hacer.

Por lo tanto, desde 2014, TEPCO ha estado tratando de implementar otras dos estrategias: encontrar tecnología para la extracción de tritio del agua y minimizar la afluencia de agua subterránea en los edificios de la central nuclear para frenar el crecimiento del volumen total de agua almacenada.

Existen tecnologías de concentración de tritio, generalmente una combinación de métodos de electrólisis, intercambio de isótopos entre vapor de agua y gas de hidrógeno en catalizadores, y destilación criogénica de isótopos de hidrógeno. Las plantas más grandes para la extracción de tritio del agua pesada se encuentran en Canadá (donde hay muchos reactores de agua pesada cuya agua debe limpiarse del tritio) y Corea (donde también hay reactores de agua pesada).


Una planta típica de separación de isótopos de agua se ve así (esta es la bahía canadiense AECL Glace). Se propone algo así para construir TEPCO en el sitio de la central nuclear de Fukushima.

Sin embargo, las tecnologías estándar apenas pueden funcionar a concentraciones tan bajas como las que se encuentran en el sitio de la central nuclear de Fukushima. Varias propuestas hechas por TEPCO (incluida su tecnología propuesta por RosRAO, parte de Rosatom) no satisfacen a la empresa con un rendimiento frente al costo de la instalación.

El segundo aspecto: la reducción de la entrada de agua subterránea, se decidió llevar a cabo con la ayuda de la construcción de la "pared de hielo" alrededor de los edificios de 1-4 unidades de CN. La esencia de la tecnología era equipar la red de pozos a lo largo del contorno de la pared y congelar el suelo con refrigerante salino. La construcción del sistema continuó en 2015-2016, acompañada de una publicidad poco saludable en los medios (que, por alguna razón, pensó que era "la última barrera para el flujo de agua radiactiva hacia el océano") y terminó en un fracaso: después de congelar todo el volumen planeado, el flujo de agua subterránea disminuyó en solo 10 -15%.


Proceso de congelación: tuberías y cabezas de pozo que distribuyen refrigerante.


El contorno de la pared de hielo en la primavera de 2016.

Como resultado, en los últimos 3 años, se ha observado una cierta estabilidad de la situación del agua: para fines de enfriamiento, se bombean alrededor de 300 toneladas de agua limpia en la planta de energía nuclear por día, se extraen, pretratan y desalinizan alrededor de 700 aguas contaminadas y se transfieren al almacenamiento intermedio de desechos radiactivos, que se reduce gradualmente, pero en agosto 2017 sigue siendo ~ 150 mil toneladas. Además, esta agua pasa a través del complejo ALPS y se acumula en los tanques de almacenamiento de agua de tritio, donde ahora ya hay alrededor de 820 mil toneladas de agua. En total, alrededor de 900 mil toneladas de agua están en diferentes capacidades y amortiguadores en el sitio.


El esquema general de circulación de agua en la central nuclear de Fukushima en agosto de 2017

Una parte importante de este proceso es la acumulación de absorbentes de desechos radiactivos y sedimentos filtrantes, que también se almacenan en el sitio de la planta de energía nuclear de Fukushima en contenedores de concreto, y el destino del cual en algún momento posterior también tendrá que decidirse, sin embargo, este es un tema más trivial, de poco interés para los medios.


El esquema de tratamiento de filtrado de residuos radiactivos en plantas de tratamiento de agua en la central nuclear de Fukushima. La ubicación de los sitios de almacenamiento RW en el diagrama al final del artículo.

La acumulación de agua conduce gradualmente al agotamiento de los lugares para la organización de sitios de almacenamiento para tanques y, obviamente, este problema tendrá que resolverse de alguna manera. En 2017, TEPCO reanudó las pruebas del suelo para drenar el agua de 3.4 PBq de tritio al océano, pero no parecía que la audiencia estuviera lista para ello. No sé si las relaciones públicas internacionales de TEPCO están relacionadas, o solo las nacionales, pero se entregaron muy mal en la empresa.

En conclusión, quiero decir que la experiencia de TEPCO en el sitio muestra que las tecnologías de gestión de residuos radiactivos ahora están bastante desarrolladas para organizar la limpieza y el cierre de la circulación del agua casi al instante, pero por otro lado, tienen debilidades en forma de falta de soluciones para el tritio y las fugas contra el agua. . Finalmente, esta experiencia muestra que invertir en las relaciones públicas adecuadas para la industria nuclear no es menos importante que invertir en tecnología: si los medios de comunicación interpretan al menos correctamente la situación con el agua en la central nuclear de Fukushima, entonces sería más fácil drenar el agua con tritio y ahorrar TEPCO tendría varios miles de millones de dólares.

PD Un plan detallado, aunque un poco anticuado, para la ubicación de las instalaciones en la zona de liquidación.