Barreiras de água TEPCO

Provavelmente, não será muita simplificação dizer que a água é a base da energia nuclear moderna. Este é um refrigerante universal para a grande maioria dos reatores nucleares, quase tão universal quanto um refrigerante e um fluido de combate a incêndios e, finalmente, a água tem características físico-nêutrons muito importantes, servindo como moderadora e refletora de nêutrons.


Em particular, o comissionamento de reatores VVER começa com um "derramamento de água em um reator aberto", na foto, esse procedimento é realizado no reator 4 da central nuclear de Rostov

No caso de acidentes de radiação, a água ainda serve como transportador universal de radionuclídeos, permitindo a descontaminação de objetos.

Hoje, acompanharemos os problemas que surgem com a água no processo de eliminação do acidente na usina nuclear de Fukushima, pois esse tópico está densamente cercado pela mitologia no estilo de "poluir todo o oceano".

Em 11 de março de 2011, às 14h46, horário local, a 130 quilômetros da costa do Japão, ocorreu um terremoto mais tarde chamado de “Grande Japonês Oriental”, o que levou a um dos mais fortes da história de acidentes de radiação na usina nuclear de Fukushima Daiichi, pertencente à TEPCO.


Mapa simulado das alturas das ondas do Grande Terremoto no Japão Oriental, apresentado universalmente como um mapa da poluição causada pelo acidente no FAES

Na época do terremoto, os blocos 1,2,3 estavam no poder, o bloco 4 foi parado para modernização e completamente descarregado do combustível na zona ativa (AZ), e os blocos autônomos 5,6 estavam passando por reparos preventivos, mas o combustível permaneceu no AZ. Um sistema de detecção de terremotos detectou um choque sísmico e introduziu rotineiramente proteção de emergência nos blocos 1,2,3. Contudo, as consequências não foram isentas de consequências - os elementos do painel externo de alta tensão (painel aberto) foram destruídos por um terremoto, o que levou à perda de energia externa para as unidades de 1,2,3,4 NPP. A automação da estação passou para a próxima linha de defesa - geradores a diesel de emergência foram lançados e, em menos de um minuto, a energia dos pneus auxiliares foi restaurada e o procedimento de resfriamento dos reatores foi iniciado. A situação era tensa, mas mais ou menos regular.


O plano geral da usina nuclear de Fukushima. O bloco 4 é o mais próximo, seguido pelos blocos 3.2.1 e à distância - 5.6. Atrás das entradas de água de resfriamento do mar, é visível um muro contra o tsunami, o que não ajudou.

No entanto, 50 minutos após o terremoto, uma onda de tsunami chegou à estação, inundando os geradores a diesel e os painéis elétricos associados. Às 15.37, ocorre uma perda completa e final de energia na estação, o que causou o desligamento dos sistemas de recarga dos reatores, bem como a perda de fontes de informações operacionais sobre o status dos sistemas do reator.


Tiro real da baía da usina nuclear de tsunami fukushima. A foto foi tirada perto do 4º bloco e no final da estação, a base do tubo de ventilação é visível, o que serve como um guia no plano acima.

As próximas horas passarão na tentativa de fornecer água de resfriamento para as unidades do reator 1,2,3, mas elas não terão êxito. Cerca de 5 horas após a perda de circulação de resfriamento, a água dentro dos vasos do reator ferverá abaixo do topo dos conjuntos de combustível. O combustível começará a superaquecer com o calor da deterioração e colapso residual. Em particular, às 21h15 no primeiro bloco, as medições de fundo mostrarão um aumento acentuado, o que significa a liberação de produtos de fissão do combustível em decomposição. Apesar dos esforços titânicos adicionais para encher o reator com água (em 15 horas, 80 mil metros cúbicos de água serão bombeados para a linha que leva ao reitor da unidade 1), ocorrerá a destruição e a fusão completas do combustível, queimando as conchas do reator com corium, o hidrogênio será liberado como resultado da reação vapor-zircônio e explosões explosivas gás nos blocos 1, 2 e 3. (Uma descrição detalhada do acidente está em vários documentos da AIEA: 1 , 2 , 3 , 4 )

Nos primeiros dias do acidente, a situação lembrava um pouco o desenvolvimento do acidente de Chernobyl: tentativas desesperadas de encher tudo com água tinham uma eficiência muito baixa devido à falta de entendimento da situação real; além disso, a água que chegava aos resíduos de combustível carregava produtos de fissão radioativa, transformando as adegas da usina nuclear nas catacumbas radioativas inundadas. No contexto das explosões de hidrogênio e da liberação de grandes volumes de produtos de fissão, esquemas são usados ​​com bombas de concreto telecontroladas que fornecem água com flechas de 70 metros.


A propósito, aqui está uma foto de uma bomba de avião dos EUA trazendo uma bomba de concreto com uma lança de 70 metros para despejar blocos de cima

Devido aos problemas de infra-estrutura do Japão e da própria central nuclear, a água do mar com a adição de ácido bórico é usada para bombear completamente, esse movimento voltará mais tarde.

Nos primeiros 15 dias do acidente, a água foi derramada na usina nuclear de Fukushima, sem muita compreensão de onde foi posteriormente; era importante garantir que a água fosse fornecida. Mas, em 27 de março, começa o bombeamento de água contaminada, derramando através dos poços de bolhas dilapidados dos blocos 2 e 3 e do vaso reator destruído do bloco n ° 1. O ímpeto para esta operação foi a reexposição de eletricistas forçados a trabalhar em pé na água radioativa.

Além disso, descobriu-se que a água penetra através de várias comunicações no oceano. A AIEA estima que, em abril de 2011, cerca de 10-20 PBq ¹³¹ I e 1-6 PBq ¹³⁷ Cs caíram na água - 10-60 bilhões de toneladas de água são necessárias para diluir esses volumes a concentrações seguras.


Uma das simulações da distribuição de ¹³⁷ Cs na água do mar. Dado o MPC de césio 137 para água potável a 100 Bq / l, você pode sentir a força do oceano como um diluente

Inicialmente, a água era bombeada para vários recipientes regulares para armazenar água ativa na central nuclear, mas estava claro que seus volumes não seriam suficientes por muito tempo. Inicia a construção de tanques adicionais e, em abril de 2011, foi iniciado o desenvolvimento e a construção de três sistemas para purificar a água dos radionuclídeos mais desagradáveis, ¹³⁷ Cs, ¹³⁴ Cs, ⁹⁹ Tc e ¹³¹ I. O primeiro sistema é absorvedores de tecnécio, césio e iodo à base de zeólito. A empresa americana Kurion, a segunda - um sistema de purificação de água para partículas radioativas em suspensão DI da Areva e, finalmente, outro absorvedor de filtro SARRY para césio e iodo, construído pelos japoneses. O sistema de tratamento para criação de circulação de água foi construído em um ritmo recorde para abril-maio ​​de 2011 e comissionado em junho, que fechou parcialmente a circulação de água na estação. Por que parcialmente?


Algumas fotos do equipamento de filtro montado às pressas

Antes do acidente na usina nuclear de Fukushima Daiichi, havia um problema de encher os porões com água subterrânea. Após a introdução da circulação fechada, surgiu um momento desagradável em que a entrada de água aumentou gradualmente o volume total de água radioativa. Cerca de 400 metros cúbicos de água por dia entram no sistema de circulação e, consequentemente, a cada ano, a água cresce cerca de 150 mil metros cúbicos.

No entanto, pode-se dizer que desde o verão de 2011, os radionuclídeos do local da NPP para o oceano foram basicamente interrompidos.

Naquela época, a usina nuclear de Fukushima era um sistema de circulação de água bastante estranho, mas funcionando, derramando reatores e mantendo piscinas com água radioativa, que em um círculo era limpo apenas de três radionuclídeos no valor de cerca de 150 mil metros cúbicos por mês. Isso possibilitou reduzir a superexposição dos trabalhadores, mas, devido ao constante aumento no volume de água, complicou gradualmente a situação. A água radioativa com uma atividade de dezenas de megabecquerels por litro é armazenada em tanques construídos às pressas no território da usina nuclear. Esta água foi contaminada com isótopos de estrôncio, rutênio, estanho, telúrio, samário, európio - apenas 63 isótopos com padrões de atividade superiores. Filtrar todos eles é uma tarefa incrivelmente difícil e, antes de tudo, exigia a eliminação do sal marinho que entrava na água nos estágios iniciais. Portanto, já no verão de 2011, foi tomada a decisão de construir uma usina de dessalinização e, no final de 2011 - construir um complexo ALPS que purifica a água imediatamente de 62 isótopos - na verdade, todos os problemas presentes, exceto o trítio.

A dessalinização nas plantas da Hitachi e Toshiba usando o método de osmose reversa nas membranas e nas plantas de evaporação da Areva foi comissionada desde o final do verão de 2011 e corrige gradualmente os problemas do uso da água do mar para o resfriamento.


Instalações de dessalinização baseadas em osmose reversa (em cima) e evaporação (em baixo).

Ao longo de 2012, o complexo ALPS está em construção. Ao contrário dos primeiros sistemas de tratamento construídos, não havia mais pressa aqui; portanto, foram pensados ​​em sistemas de detecção e proteção contra vazamentos de água radioativos - um problema que atormentava regularmente liquidantes em diferentes partes do sistema de circulação de água.


Nesta fotografia do ar da usina nuclear de acordo com a situação para o verão de 2013. Todo o canto superior direito do quadro (em elevação) é ocupado pelo ALPS.


Já em 2013, um número incrível de tanques para armazenamento de água radioativa estava localizado no local da usina nuclear de Fukushima, é claro que os vazamentos são inevitáveis ​​aqui.A propósito, esses tanques precisam ser descontaminados à medida que são transferidos para água mais limpa, o que exigiu o desenvolvimento de novas tecnologias para a descontaminação anidra.

Em geral, os vazamentos se tornarão não apenas uma fonte constante de trabalho de emergência, mas também o tema da mitologização. Após uma análise cuidadosa da complexidade do complexo de usinas nucleares de emergência, 3 dezenas de estações de tratamento de água e milhares de tanques para armazenar água de qualidade diferente, fica claro que os vazamentos são uma condição constante no local. No entanto, a mídia sempre vaza como uma complicação séria da situação.

No entanto, além dos pequenos vazamentos que ocorrem todos os dias, houve vários incidentes bastante desagradáveis. A maior ocorreu em 19 de agosto de 2013, quando foi descoberto um vazamento de 300 toneladas de água com uma atividade de ~ 80 MBq / litro de um tanque de aço com capacidade de 1200 metros cúbicos no Parque H4. Basicamente, essa água permaneceu no parque (os tanques estão sobre uma base de concreto cercada por um lado), no entanto várias centenas de litros foram derramados no chão através de uma torneira de drenagem aberta. Foram os radionuclídeos dessas centenas de litros que poderiam de alguma forma entrar nas águas subterrâneas e depois no oceano (é claro, uma parte muito insignificante), que a TEPCO relatou honestamente, mas, na interpretação da mídia, esse acidente parecia “300 toneladas de água radioativa vazaram do reator para o oceano "



O tanque do qual ocorreu o vazamento (circulado em vermelho) estaciona o H4 e uma foto de uma poça de água radioativa do lado de fora da cerca de concreto do parque que vazava por uma torneira de drenagem não fechada.

No entanto, de volta à purificação da água. No final de 2013, o ALPS foi colocado em operação e começou o tratamento de 400.000 toneladas de água acumulada na época, como a que fluía do tanque no H4 Park.


Esquema ALPS muito geral

No entanto, como lembramos, a instalação exclusiva do ALPS não pode fazer nada com o trítio, que está contido na água purificada a uma concentração de cerca de 4 MBq / litro. De fato, essa quantia não é tão grande: o limite de ingestão anual para o corpo humano na Rússia, por exemplo, é limitado a 0,11 GBq, ou seja, 27,5 litros dessa água. Dado que o limite anual de ingestão é obviamente mais baixo do que algumas consequências negativas para o corpo, podemos assumir que se trata de água industrial.


Concentrações máximas admissíveis de trítio na água potável. Eles são instalados de acordo com a metodologia da OMS para que a irradiação dessa água não exceda 5% da exposição humana natural. Ao mesmo tempo, a União Europeia e os Estados Unidos têm uma opinião alternativa sobre como definir os limites da ingestão de trítio no organismo.

No entanto, do ponto de vista dos reguladores, ainda são resíduos radioativos de baixo nível. Em princípio, a TEPCO tem a opção de diluir 40 vezes (até 100 kBq / l ou menos) e liberar essa água no oceano, mas no contexto da histeria da mídia, isso é difícil.

Portanto, desde 2014, a TEPCO tenta implementar duas outras estratégias - encontrar tecnologia para a extração de trítio da água e minimizar o influxo de água subterrânea nos edifícios da central nuclear, a fim de retardar o crescimento do volume total de água armazenada.

Existem tecnologias de concentração de trítio, geralmente uma combinação de métodos de eletrólise, troca de isótopos entre vapor de água e gás hidrogênio em catalisadores e destilação criogênica de isótopos de hidrogênio. As maiores plantas para a extração de trítio da água pesada estão localizadas no Canadá (onde existem muitos reatores de água pesada cuja água deve ser limpa do trítio) e na Coréia (onde também existem reatores de água pesada).


Uma planta típica de separação de isótopos de água se parece com isso (aqui é a AECL Glace Bay do Canadá). Algo assim é proposto para construir a TEPCO no local da usina nuclear de Fukushima.

No entanto, as tecnologias disponíveis no mercado dificilmente podem funcionar em concentrações tão baixas quanto as encontradas no local da central nuclear de Fukushima. Várias propostas feitas pela TEPCO (incluindo sua tecnologia proposta pela RosRAO, parte da Rosatom) não se adequam à empresa com desempenho em relação ao custo da instalação.

O segundo aspecto - a redução do fluxo de água subterrânea, foi decidido realizar com a ajuda da construção da “parede de gelo” ao redor dos edifícios de 1 a 4 unidades de NPP. A essência da tecnologia era equipar a rede de poços ao longo do contorno da parede e congelar o solo usando refrigerante salino. A construção do sistema continuou em 2015-2016, acompanhada de hype da mídia prejudicial (que, por algum motivo, considerou que era “a última barreira ao fluxo de água radioativa para o oceano”) e terminou em um fracasso: depois de congelar todo o volume planejado, o fluxo de águas subterrâneas diminuiu apenas 10 -15%.


Processo de congelamento - tubulações e cabeças de poço distribuindo refrigerante.


O contorno da parede de gelo na primavera de 2016.

Como resultado, nos últimos 3 anos, foi observada uma certa estabilidade da situação da água - para fins de resfriamento, cerca de 300 toneladas de água limpa são bombeadas para a usina nuclear por dia, cerca de 700 águas contaminadas são extraídas, pré-tratadas e dessalinizadas e transferidas para o armazenamento intermediário de resíduos radioativos, que é gradualmente reduzido, mas em agosto 2017 ainda é ~ 150 mil toneladas. Além disso, essa água passa pelo complexo ALPS e se acumula nos tanques de armazenamento de água de trítio, onde agora já existem cerca de 820 mil toneladas de água. No total, cerca de 900 mil toneladas de água estão em diferentes capacidades e tampões no local.


O esquema geral de circulação de água na usina nuclear de Fukushima em agosto de 2017

Uma parte importante desse processo é o acúmulo de absorventes de resíduos radioativos e sedimentos filtrantes, que também são armazenados na usina nuclear de Fukushima em contêineres de concreto, e cujo destino, em algum momento posterior, também terá que ser decidido, no entanto, esse é um tópico mais trivial, de pouco interesse para a mídia.


O esquema do tratamento de filtrados de resíduos radioativos nas usinas de tratamento de água da usina nuclear de Fukushima. A localização dos sites de armazenamento RW no diagrama no final do artigo.

O acúmulo de água gradualmente leva à exaustão de locais para a organização de locais de armazenamento de tanques e, obviamente, esse problema terá que ser resolvido de alguma forma. Em 2017, a TEPCO voltou a testar o solo sobre a drenagem de água de 3,4 PBq de trítio para o oceano, mas não parecia que o público estivesse pronto para isso. Não sei se o PR internacional da TEPCO está em causa, ou apenas o doméstico, mas foi entregue muito mal na empresa.

Concluindo, quero dizer que a experiência da TEPCO no local mostra que as tecnologias de gerenciamento de resíduos radioativos estão agora bastante seriamente desenvolvidas para organizar a limpeza e o fechamento da circulação da água quase instantaneamente, mas, por outro lado, elas apresentam deficiências na forma de falta de soluções para vazamento de trítio e anti-água . Finalmente, essa experiência mostra que investir no PR certo para a indústria nuclear não é menos importante do que investir em tecnologia: se a mídia pelo menos interpretasse corretamente a situação com água na usina nuclear de Fukushima, seria mais fácil drenar a água com trítio e economizar TEPCO vários bilhões de dólares.

PS Um plano detalhado, embora um pouco desatualizado, da localização das instalações na zona de liquidação.