Barrières d'eau TEPCO

Probablement, ce ne sera pas trop de simplification de dire que l'eau est la base de l'énergie nucléaire moderne. C'est un liquide de refroidissement universel pour la grande majorité des réacteurs nucléaires, presque aussi universel qu'un fluide frigorigène et anti-incendie, et enfin, l'eau a des caractéristiques neutroniques et physiques très importantes, servant de modérateur et de réflecteur de neutrons.


En particulier, la mise en service des réacteurs VVER commence par un «déversement d'eau dans un réacteur ouvert», sur la photo, cette procédure est réalisée au réacteur 4 de la centrale de Rostov

En cas d'accident radiologique, l'eau sert toujours de transporteur universel de radionucléides, permettant la décontamination des objets.

Aujourd'hui, nous suivrons les problèmes qui se posent avec l'eau dans le processus d'élimination de l'accident de la centrale nucléaire de Fukushima, car ce sujet est densément entouré par la mythologie dans le style de «polluer tout l'océan».

Le 11 mars 2011, à 14 h 46 heure locale, à 130 kilomètres au large des côtes du Japon, un tremblement de terre appelé plus tard le Grand Japon oriental s'est produit, qui a conduit à l'un des plus forts accidents de rayonnement de l'histoire de la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi appartenant à TEPCO.


Carte simulée des hauteurs de vagues du grand tremblement de terre du Japon oriental, présentée universellement comme une carte de la pollution de l'accident au FAES

Au moment du tremblement de terre, les blocs 1, 2, 3 étaient au pouvoir, le bloc 4 a été arrêté pour modernisation et complètement déchargé du carburant dans la zone active (AZ), et les blocs autonomes 5,6 faisaient l'objet de réparations préventives, mais le carburant est resté dans l'AZ. Un système de détection des tremblements de terre a détecté un choc sismique et introduit systématiquement une protection d'urgence sur les blocs 1, 2, 3. Cependant, les conséquences n'ont pas été sans conséquences - les éléments de l'appareillage extérieur à haute tension (appareillage ouvert) ont été détruits par un tremblement de terre, ce qui a entraîné une perte d'alimentation externe des unités de 1,2,3,4 NPP. L'automatisation de la station est passée à la ligne de défense suivante - des générateurs diesel d'urgence ont été lancés, et en moins d'une minute, l'alimentation des pneus auxiliaires a été rétablie et la procédure de refroidissement des réacteurs a été lancée. La situation était tendue, mais plus ou moins régulière.


Le plan général de la centrale nucléaire de Fukushima. Le bloc 4 est le plus proche, suivi des blocs 3.2.1 et au loin - 5.6. Derrière les entrées d'eau de refroidissement de la mer, un mur contre le tsunami est visible, ce qui n'a pas aidé.

Cependant, 50 minutes après le tremblement de terre, une vague de tsunami est arrivée à la station, inondant les générateurs diesel et les panneaux électriques associés. À 15 h 37, une panne de courant complète et définitive de la centrale se produit, ce qui a entraîné l'arrêt des systèmes de refroidissement des réacteurs, ainsi que la perte de sources d'informations opérationnelles sur l'état des systèmes des réacteurs.


Photo réelle de la baie de la centrale nucléaire du tsunami de fukushima. La photo a été prise près du 4e bloc et à la fin de la station, la base du tuyau de ventilation est visible, ce qui sert de guide sur le plan ci-dessus.

Les prochaines heures passeront dans des tentatives d'approvisionnement en eau de refroidissement des réacteurs 1, 2, 3, mais ils seront vains. Environ 5 heures après la perte de refroidissement de la circulation, l'eau à l'intérieur des cuves du réacteur va bouillir sous le haut des assemblages combustibles. Le carburant commencera à surchauffer avec la chaleur de la décomposition résiduelle et de l'effondrement. En particulier, à 21h15 sur le premier bloc, les mesures de fond montreront une forte augmentation, ce qui signifie la libération de produits de fission du combustible en décomposition. Malgré de nouveaux efforts titanesques pour remplir le réacteur d'eau (80 000 mètres cubes d'eau seront pompés dans une conduite menant au recteur de l'unité 1 en 15 heures), une destruction et une fusion complètes du combustible se produiront, brûlant les coquilles du réacteur avec du corium, de l'hydrogène sera libéré à la suite de la réaction vapeur-zirconium et des explosions explosives gaz sur les blocs 1, 2 et 3. (Une description détaillée de l'accident figure dans plusieurs documents de l'AIEA: 1 , 2 , 3 , 4 )

Au début de l'accident, la situation rappelait quelque peu le développement de l'accident de Tchernobyl: les tentatives désespérées de tout remplir avec de l'eau avaient une très faible efficacité en raison d'un manque de compréhension de la situation réelle, de plus, l'eau qui arrivait aux restes du combustible transportait des produits de fission radioactifs, transformant les caves de la centrale nucléaire dans les catacombes radioactives inondées. Dans le contexte des explosions d'hydrogène et de la libération de volumes assez importants de produits de fission, les systèmes sont utilisés avec des pompes à béton télécommandées qui fournissent de l'eau avec des flèches de 70 mètres.


À propos, voici une photo d'une pompe à avion des États-Unis apportant une pompe à béton avec une flèche de 70 mètres pour verser des blocs par le haut

En raison des problèmes d'infrastructure du Japon et de la centrale nucléaire elle-même, l'eau de mer avec l'ajout d'acide borique est utilisée pour pomper complètement, cette décision reviendra plus tard.

Les 15 premiers jours de l'accident, de l'eau a été versée à la centrale nucléaire de Fukushima sans trop comprendre où elle allait plus tard, il était important de s'assurer que l'eau était fournie. Mais le 27 mars, le pompage de l'eau contaminée commence, se déversant à travers les bassins à bulles délabrés des blocs 2 et 3 et la cuve du réacteur détruite du bloc n ° 1. L'impulsion de cette opération a été la ré-exposition d'électriciens contraints de travailler alors qu'ils se tenaient dans de l'eau radioactive.

En outre, il s'est avéré que l'eau s'infiltre par diverses communications dans l'océan. L'AIEA estime qu'en avril 2011, environ 10 à 20 PBq ¹³¹ I et 1 à 6 PBq ¹³⁷ Cs sont tombés dans l'eau - 10 à 60 milliards de tonnes d'eau sont nécessaires pour diluer ces volumes à des concentrations sûres.


L'une des simulations de la distribution du ¹³⁷ Cs dans l'eau de mer. Étant donné le MPC pour le césium 137 pour l'eau potable à 100 Bq / l, vous pouvez sentir la force de l'océan comme diluant

Initialement, l'eau était pompée dans divers conteneurs réguliers pour stocker l'eau active à la centrale nucléaire, mais il était clair que leurs volumes ne seraient pas suffisants pendant longtemps. La construction de réservoirs supplémentaires commence et, en avril 2011, le développement et la construction de trois systèmes de purification de l'eau des radionucléides les plus désagréables, ¹³⁷ Cs, ¹³⁴ Cs, ⁹⁹ Tc et ¹³¹ I, ont commencé. Le premier système est constitué d'absorbeurs en technétium, césium et iode à base de zéolithes de La société américaine Kurion, la deuxième - un système de purification de l'eau pour les particules radioactives en suspension DI d'Areva, et enfin un autre filtre-absorbeur SARRY pour le césium et l'iode, construit par les Japonais. Le système de traitement pour créer la circulation d'eau a été construit à un rythme record pour avril-mai 2011 et mis en service en juin, ce qui a partiellement fermé la circulation d'eau à la station. Pourquoi partiellement?


Quelques photos d'équipements de filtrage assemblés à la hâte

Avant l'accident de la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi, il y avait un problème de remplissage des sous-sols avec de l'eau souterraine. Après l'introduction de la circulation fermée, un moment désagréable s'est produit, à savoir que l'eau entrante augmentait progressivement le volume total d'eau radioactive. Environ 400 mètres cubes d'eau par jour sont entrés dans le système de circulation et, par conséquent, chaque année, l'eau a augmenté d'environ 150 000 mètres cubes.

Néanmoins, on peut dire que depuis l'été 2011, les radionucléides du site de la centrale nucléaire vers l'océan ont pratiquement été arrêtés.

À cette époque, la centrale nucléaire de Fukushima s'est révélée être un système de circulation de l'eau plutôt étrange mais fonctionnel, déversant des réacteurs et retenant des piscines avec de l'eau radioactive, qui en un cercle n'avait été nettoyé que de trois radionucléides pour un montant d'environ 150 000 mètres cubes par mois. Cela a permis de réduire la surexposition des travailleurs, mais en raison de l'augmentation constante des volumes d'eau, cela a progressivement compliqué la situation. L'eau radioactive avec une activité de dizaines de mégabecquerels par litre est stockée dans des réservoirs construits à la hâte sur le territoire de la centrale nucléaire. Cette eau était contaminée par des isotopes de strontium, de ruthénium, d'étain, de tellure, de samarium, d'europium - seulement 63 isotopes avec des normes d'activité dépassant. Les filtrer tous est une tâche incroyablement difficile, et tout d'abord, il a fallu se débarrasser du sel de mer qui était entré dans l'eau au stade initial. Par conséquent, déjà à l'été 2011, une décision a été prise de construire une usine de dessalement et, fin 2011 - de construire un complexe ALPS qui purifie immédiatement l'eau à partir de 62 isotopes - en fait, tous les problèmes sont présents, sauf le tritium.

Le dessalement des usines d'Hitachi et de Toshiba par osmose inverse sur membranes et des usines d'évaporation d'Areva est en opération depuis la fin de l'été 2011 et corrige progressivement les problèmes d'utilisation de l'eau de mer pour le refroidissement.


Usines de dessalement basées sur l'osmose inverse (en haut) et l'évaporation (en bas).

Tout au long de 2012, le complexe ALPS est en construction. Contrairement aux premiers systèmes de traitement construits, il n'y avait plus beaucoup de précipitation ici, par conséquent, des systèmes de détection et de protection contre les fuites d'eau radioactives ont été pensés - un problème tourmentant régulièrement les liquidateurs dans différentes parties du système de circulation d'eau.


Sur cette photo prise de l'air de la centrale nucléaire selon la situation de l'été 2013. Tout le coin supérieur droit du cadre (en élévation) est occupé par ALPS.


Déjà en 2013, un nombre incroyable de réservoirs de stockage d'eau radioactive étaient situés sur le site de la centrale nucléaire de Fukushima, il est clair que les fuites sont inévitables ici. Soit dit en passant, ces réservoirs doivent être décontaminés car ils sont transférés dans de l'eau plus propre, ce qui a nécessité le développement de nouvelles technologies pour la décontamination anhydre.

En général, les fuites deviendront non seulement une source constante de travail d'urgence, mais aussi le sujet de la mythologisation. Après un examen attentif de la complexité du complexe de centrales nucléaires de secours, 3 dizaines de stations de traitement de l'eau, des milliers de réservoirs pour stocker de l'eau de qualité différente, il est clair que les fuites sont une condition constante sur le site. Cependant, les médias fuient à chaque fois comme une complication grave de la situation.

Cependant, en plus des fuites mineures qui se produisent chaque jour, il y a eu plusieurs incidents assez importants et désagréables. Le plus important s'est produit le 19 août 2013, lorsqu'une fuite de 300 tonnes d'eau d'une activité d'environ 80 MBq / litre provenant d'un réservoir en acier d'une capacité de 1200 mètres cubes a été découverte dans le parc H4. Fondamentalement, cette eau est restée dans le parc (les réservoirs reposent sur une base en béton entourée d'un côté), mais plusieurs centaines de litres ont été déversés sur le sol par un robinet de drainage ouvert. Ce sont les radionucléides de ces plusieurs centaines de litres qui pourraient en quelque sorte pénétrer dans les eaux souterraines puis dans l'océan (bien sûr, une partie très insignifiante), que TEPCO a honnêtement rapporté, mais dans l'interprétation des médias, cet accident ressemblait à «300 tonnes d'eau radioactive s'échappant du réacteur dans l'océan "



Le réservoir à l'origine de la fuite (entouré en rouge), le parc H4 et une photo d'une flaque d'eau radioactive à l'extérieur de la clôture en béton du parc qui a coulé à travers un robinet de drainage non fermé.

Mais revenons à la purification de l'eau. Fin 2013, ALPS a été mise en service et le traitement de 400 000 tonnes d'eau accumulées à ce moment-là, comme celle qui s'écoulait du réservoir du parc H4, a commencé.


Schéma ALPS très général

Cependant, comme nous nous en souvenons, l'installation ALPS unique ne peut rien faire avec le tritium, qui est contenu dans de l'eau purifiée à une concentration d'environ 4 MBq / litre. En fait, ce n'est pas si important: la limite de l'apport annuel dans le corps humain en Russie, par exemple, est limitée à 0,11 GBq, soit 27,5 litres d'eau. Étant donné que la limite annuelle d'absorption est évidemment inférieure à certaines conséquences négatives pour l'organisme, nous pouvons supposer qu'il s'agit d'eau industrielle.


Concentrations maximales admissibles de tritium dans l'eau potable. Ils sont installés selon la méthodologie de l'OMS afin que l'irradiation de ces eaux ne dépasse pas 5% de l'exposition humaine naturelle. Dans le même temps, l'Union européenne et les États-Unis ont une opinion alternative sur la façon de fixer les limites de l'apport de tritium dans le corps.

Cependant, du point de vue des régulateurs, il s'agit toujours de déchets radioactifs de faible activité. En principe, TEPCO a la possibilité de diluer 40 fois (jusqu'à 100 kBq / l ou moins) et de libérer cette eau dans l'océan, mais dans le contexte de l'hystérie médiatique, cela est difficile à faire.

Par conséquent, depuis 2014, TEPCO essaie de mettre en œuvre deux autres stratégies: trouver une technologie pour l'extraction du tritium de l'eau et minimiser l'afflux d'eau souterraine dans les bâtiments de la centrale afin de ralentir la croissance du volume total d'eau stockée.

Il existe des technologies de concentration de tritium, généralement une combinaison de méthodes d'électrolyse, d'échange d'isotopes entre la vapeur d'eau et l'hydrogène gazeux sur les catalyseurs et la distillation cryogénique des isotopes d'hydrogène. Les plus grandes usines d'extraction de tritium de l'eau lourde sont situées au Canada (où il existe de nombreux réacteurs à eau lourde dont l'eau doit être nettoyée du tritium) et en Corée (où il existe également des réacteurs à eau lourde).


Une usine typique de séparation des isotopes de l'eau ressemble à ceci (c'est la baie canadienne d'EACL Glace Bay). Quelque chose comme cela est proposé pour construire TEPCO sur le site de la centrale nucléaire de Fukushima.

Cependant, les technologies standard peuvent difficilement fonctionner à des concentrations aussi faibles que celles trouvées sur le site de la centrale nucléaire de Fukushima. Diverses propositions faites par TEPCO (y compris sa technologie proposée par RosRAO, une partie de Rosatom) ne conviennent pas à l'entreprise avec des performances par rapport au coût de l'installation.

Le deuxième aspect - la réduction de l'apport d'eau souterraine, il a été décidé de réaliser à l'aide de la construction du «mur de glace» autour des bâtiments de 1 à 4 centrales nucléaires. L'essence de la technologie était d'équiper le réseau de puits le long du contour du mur et de geler le sol à l'aide d'un réfrigérant au sel. La construction du système s'est poursuivie en 2015-2016, accompagnée d'un battage médiatique malsain (qui, pour une raison quelconque, pensait que c'était «la dernière barrière à l'écoulement de l'eau radioactive dans l'océan») et s'est terminé par un échec: après avoir gelé tout le volume prévu, l'écoulement des eaux souterraines n'a diminué que de 10 -15%.


Processus de congélation - pipelines et têtes de puits distribuant le réfrigérant.


Le contour de la paroi de glace au printemps 2016.

En conséquence, au cours des 3 dernières années, une certaine stabilité de la situation de l'eau a été observée - à des fins de refroidissement, environ 300 tonnes d'eau propre sont pompées dans la centrale nucléaire par jour, environ 700 eaux contaminées sont extraites, prétraitées et dessalées et transférées vers un stockage intermédiaire de déchets radioactifs, qui est progressivement réduit, mais en août. 2017 est toujours ~ 150 mille tonnes. De plus, cette eau traverse le complexe ALPS et s'accumule dans les réservoirs de stockage d'eau au tritium, où il y a déjà environ 820 000 tonnes d'eau. Au total, environ 900 000 tonnes d'eau se trouvent dans différentes capacités et tampons sur le site.


Le schéma général de circulation de l'eau à la centrale nucléaire de Fukushima en août 2017

Une partie importante de ce processus est l'accumulation d'absorbants provenant de déchets radioactifs et de sédiments filtrants, qui sont également stockés sur le site de la centrale nucléaire de Fukushima dans des conteneurs en béton, et dont le sort devra également être décidé un peu plus tard, cependant, il s'agit d'un sujet plus trivial, peu d'intérêt pour les médias.


Le schéma de traitement des filtrats de déchets radioactifs dans les usines de traitement des eaux de la centrale nucléaire de Fukushima. L'emplacement des sites de stockage RW dans le diagramme à la fin de l'article.

L'accumulation d'eau conduit progressivement à l'épuisement des lieux pour l'organisation des sites de stockage des réservoirs, et évidemment, ce problème devra être résolu d'une manière ou d'une autre. En 2017, TEPCO a recommencé à tester le sol pour drainer l'eau de 3,4 PBq de tritium vers l'océan, mais il ne semblait pas que le public était prêt pour cela. Je ne sais pas si les relations publiques internationales de TEPCO sont concernées, ou simplement nationales, mais elles ont été livrées très mal dans l'entreprise.

En conclusion, je tiens à dire que l'expérience TEPCO sur le site montre que les technologies de gestion des déchets radioactifs sont aujourd'hui assez sérieusement développées pour organiser le nettoyage et la fermeture de la circulation de l'eau presque instantanément, mais d'un autre côté elles ont des faiblesses sous la forme d'un manque de solutions pour le tritium et les fuites anti-eau . Enfin, cette expérience montre qu'investir dans le bon PR pour l'industrie nucléaire n'est pas moins important que d'investir dans la technologie: si les médias ont au moins correctement interprété la situation de l'eau à la centrale nucléaire de Fukushima, il serait plus facile de vidanger l'eau avec du tritium et d'économiser serait TEPCO plusieurs milliards de dollars.

PS Un plan détaillé, quoique légèrement dépassé, pour l'emplacement des installations dans la zone de liquidation.