Milyen hatásai lesznek a fukusimai balesetnek?

2011. április 20-án megrendezésre került a „Fukushimai Atomerőmű balesete és hatásai” című előadás, melyet az Energetikai Szakkollégium és az Eötvös Loránd Fizikai Társulat közösen rendezett meg. A szervezők fő céljuknak azt tartották, hogy az egyetemi hallgatóság és a baleset iránt komolyabban érdeklődők hiteles forrásból, objektíven, a részleteket megismerve halljanak a történtekről. Felkérésünket elfogadva, Dr. Aszódi Attila, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Nukleáris Technikai Intézetének igazgatója tartott előadást a Japánban 2011. március 11-én bekövetkező hatalmas földrengés és az azt követő szökőár által kiváltott atomerőművi balesetről.

Az előadó annak érdekében, hogy a későbbiekben értsük, milyen nagy erőhatások érték az atomerőműveket, először a földrengések, szökőárak tulajdonságait, hatásait és keletkezéseinek módját mutatta be először.

Japán különösen földrengésveszélyes helyen, több tektonikai lemez határán fekszik. Az átlagos lemezmozgás 3-4 cm/év, azonban előfordulhat, hogy a tapadási súrlódás miatt ez a mozgás néhol megakad és akár több évtizedig, évszázadig nem mozdul. Amikor már akkora energia gyülemlik föl, ami már képes legyőzni ezt a tapadási erőt, akkor ez, az akár több száz év alatt felgyülemlett energia szabadul fel, ami komoly földrengést okoz. Fokozza a bajt, ha ez vízfelszín alatt történik, mert ilyenkor a tengerfenék hirtelen megemelkedik, ami szökőárat (cunamit) okoz. E kettős hatás sújtotta Japánt is. A szökőár sekélyebb térségbe érve feltornyosul és a szárazföldet gyorsan elöntve fejti ki pusztító hatását. A földrengés miatti rombolás elsősorban a nagymértékű vízszintes irányú gyorsulásra vezethető vissza.

A szörnyű katasztrófa méreteit jól mutatja, hogy sok, direkt szökőár ellen épített óvóhely megsemmisült, a halottak száma (a feltételezések szerint) 25 000 és 30 000 között van, százezrek vesztették el otthonukat, a tengerpart közelében az infrastruktúra gyakorlatilag teljesen megsemmisült. Ez utóbbi komoly gondokat okozott a kárelhárításban is.

Mindezek után értjük, hogy milyen erőhatásokat kellett elviselniük az atomerőműveknek. Több japán atomerőművet is érintett a rekord méretű földrengés és szökőár, azonban komolyabb probléma csak a Fukushima Daiichi telephelyen adódott, ezért a továbbiakban csak ezzel az esettel foglalkozott az előadó.

A telephelyen 6 darab forralóvizes (BWR) reaktor található. Eme reaktortípus jellemzője az, hogy a gőz, amit a maghasadás hője termel, közvetlenül kerül a turbinára. Március 11-én a földrengés a négyes, ötös és hatos blokkot, karbantartás miatt, már leállított állapotban érte.

Az egyes, kettes és hármas blokk a földrengést követően automatikusan, rendben leállt. Az atomerőművek érdemi súlyos sérülést még a rekord méretű földrengés miatt sem szenvedtek el. A rengések miatt azonban a villamos energia átviteli rendszer megsérült, az atomerőmű így leszakadt a külső villamos energia betáplálásról, ezért az erőműbe beépített diesel generátorok működésbe léptek, hogy árammal lássák el az atomerőmű üzemzavari rendszereit. Villamos energia azért kell még egy leállított reaktornak is, hogy tudják működtetni, többek között, a hűtőberendezéseket. Hűtésre azért van szükség, mert a fűtőelemek a reaktor leállítása után is még számottevő hőt termelnek.

A földrengés után minden rendben működött egészen addig, amíg a szintén rekord méretű cunami el nem érte a telephelyet. A 15 méter magas szökőár hatalmas impulzussal érte el az erőművet és tönkretette a dízelgenerátorokat, ezáltal az erőműben teljesen megszűnt a villamos energia ellátás. Ennek következtében egyetlen aktív rendszer sem működött, ez a későbbiekben problémákat okozott. Sokan kritizálják a japán mérnököket, hogy miért nem gondoltak a tervezés során ilyen katasztrófára, azonban a válasz az, hogy gondoltak, csak nem ekkorára. Az előadó is hangsúlyozta, hogy rekord méretű földrengés és szökőár pusztított azon a környéken; nem ekkora eseményre méreteztek a tervezésnél.

Az üzemzavar során működőképes maradt (egy darabig) a zóna-izolációs hűtőrendszer, melynek alapelve, hogy a reaktorban megtermelt gőz egy külön turbinára jut, aztán a reaktor körül kialakított tórusz-alakú nedves aknában kondenzálódik. A forgásba hozott turbina pedig a hűtőközeget keringető szivattyút hajtja. Termodinamikai okok ahhoz vezettek, hogy ez a rendszer egy idő után leállt. A bomláshő továbbra is gőzt termelt, nyomáscsökkentés céljából a gőzt a nedves aknába engedték kondenzálódni. Ennek negatív hatása azonban az, hogy a reaktortartályban a folyadékszint csökkent, a fűtőelemek szárazra kerültek, minek hatására hőmérsékletük jelentősen megnőtt. 1200 °C fölött a cirkónium üzemanyag-burkolat oxidációja felgyorsul és ennek melléktermékeként hidrogén keletkezik. A vízellátás helyreállítása mind a három blokkon megállította a helyzet súlyosbodását. A tartályban a nyomás körülbelül kétszeresen meghaladta a tervezési értéket, ezért tervezetten csökkentették a nyomást a környezetbe való lefúvatással. Ezáltal radioaktív anyag került a környezetbe, de megelőzték a tartály felrobbanását, így a szilárd halmazállapotú radioaktív termékek gyakorlatilag teljes mértékben a reaktoron belül maradtak. A leeresztés során hidrogén is került a környezetbe, mely a lefúvatás közben berobbant. Az első és harmadik blokkon komoly kárt nem okozott a robbanás. A második blokkon a robbanás a reaktorépületen belül történt, melynek következménye kismértékű nem ellenőrzött gázkibocsátás volt a konténmentből. A kidolgozott súlyosbaleset-kezelési eljárásnak megfelelően tengervíz befecskendezést hoztak létre a blokkokon. Jelenleg az első, második és harmadik blokknál van különböző méretű zónasérülés, a reaktortartályok mindenhol mobil szivattyúk segítségével vannak elárasztva. A reaktorok további hűtése csak kis kibocsátásokat eredményez várhatóan.

A megfelelő hűtővíz-utánpótlás hiánya a reaktorokon kívül a pihentető medencéket is érintette. Pihentető medencére azért van szükség, mert a reaktorból kivett fűtőanyag, még hőt termel. Ennek hűtéséhez elegendő az, hogy az elemek folyamatosan víz alatt legyenek. Ennek hiánya azonban komoly hőmérsékletemelkedést okoz. A folyamatos hőtermelés (és eseteleges szivárgások) miatt a pihentető medencében levő fűtőelemek is szárazra kerültek. Ezek hűtése mára már szintén megoldott.

Dr. Aszódi Attila az események részletes bemutatása után a sugárzási helyzetről beszélt. A fukushimai telephelyen radioaktív kibocsátás az első telephelyi robbanások óta folyamatosan a normál üzemi kibocsátásnál magasabb. . Elsősorban jód és cézium izotóp került ki a környezetbe. Az erőmű körül időben megkezdték és rendkívül szervezetten le is folyt a kitelepítés. Eleinte az erőmű 3, később 10 majd 20 km sugarú körzetéből telepítették ki az embereket. A japán lakosság hallgatott a hatóságokra és tiltakozás nélkül követték az utasításokat, így a lakosság közül senki nem kapott az egészségre ártalmas mértékű sugárterhelést. Az elhárításban résztvevők dóziskorlátját 100 mSv-ről 250 mSv-re emelték. Eddig összesen 17 munkás kapott 100 mSv feletti dózist, azonban a 250 mSv-et még senki. A reaktor közelében azonban a sugárzás értéke még mindig nagyon magas. A munkások, emberek életét elsősorban nem a sugárzás nehezíti meg, hanem a szökőár és földrengés okozta borzasztó körülmények. Ezrek laknak tornatermekben, elveszítve szeretteiket, értékeiket. Ezek a lelki megterhelések sokkal nagyobb egészségügyi kárt jelentenek, mint a megnövekedett sugárterhelés. A hatóságok a kezdetektől fogva nyomon követik a Fukushima prefektúra mezőgazdasági termékeit, és amelyik termékben a határérték feletti aktivitáskoncentráció van, azt nem engedik forgalomba. A helyzet javulását mutatja, hogy több olyan termék is megtalálható ismét a boltokban, amiket nemrég még a magas aktivitáskoncentráció miatt nem engedtek az üzletekbe. A hatóságok folyamatos méréseinek és kommunikációjának következtében a lakosság megbízik a megfelelő szervek döntéseiben.

Ebből a szempontból (is) példamutatóan szerepelt Japán. Az atomerőmű 20 km sugarú körzetén belül tartózkodni tilos, 80 km-es zónán belül a dózisteljesítmény magasabb az átlagnál, de egészségre nem káros mértékű. Az előadó szerint, ha valakinek nincs halaszthatatlan dolga, akkor ne menjen ebbe a körzetbe. Japán többi részén és a világban máshol az erőművi kibocsátásnak egyáltalán nincs semmilyen negatív egészségügyi hatása, így ezektől nem kell tartani.

Végezetül az előadó az eseményekből levonta a tanulságokat: Méretezési alapot lényegesen meghaladó szökőár érte az erőművet, ennek következménye a baleset, nem a földrengésé. A konténment, mint mérnöki gát most is bizonyított, hiszen a radioaktivitás zöme az épületen belül maradt. Legalább 27 000 ember vesztette életét a cunami következtében, senki sem halt meg a megnövekedett radioaktív sugárzás miatt és senki nem kapott egészségre súlyosan káros mennyiségű dózist. A fukushimai egyes, kettes, hármas és négyes blokkot leszerelik. A japán hatóságok külvilág felé történő kommunikációja az első néhány napban nem volt tökéletes, azóta azonban példaértékű. A szakmának át kell gondolnia pár műszaki elképzelést, megoldást, mint például a hidrogénkezelés, pihentető medencék hűtése és védelme, stb.

A japán atomerőművi események a közelmúltban a Nemzetközi Nukleáris Eseményskálán (INES) a legmagasabb, 7-es besorolást kapták. Ennek oka, hogy a blokkok kibocsátását összevonva értékelték, és egy bizonyos kibocsátási mérték felett – előírás szerint- az eseményt 7-es kategóriába kell besorolni. A csernobili katasztrófa is 7-es besorolást kapott az INES skálán, azonban nem szabad azt gondolnunk, hogy a két esemény azonosan súlyos volt. A két eset kialakulása, lefolyása és hatása alapvetően más volt, nagyságrenddel kisebb következménye van a Fukushimában történteknek.

Magyarországot tekintve az eseménynek fizikai hatása nem lesz. Társadalmi és politikai hatása azonban már most is érezhető, hiszen a világon mindenhol, Magyarországon is, felerősödött az atomenergiát betiltani követelők hangja. A világnak azonban nem félelmekre, hanem tényekre kell támaszkodnia. Fontos, hogy mindenhol felülvizsgálják az atomerőművi biztonsági rendszereket, mert minden ipari balesetből tanulni kell. Ahol a tanulságok alapján valami hiányosság merül fel, azt pótolni kell. Atomenergiáról érzelmi okok miatt lemondani azonban nem szabad.

A magas színvonalú előadást több mint 400 ember hallgatta végig. A prezentáció után a jelenlévők kérdéseket tehettek fel az eseményekkel kapcsolatban. Köszönettel tartozunk Dr. Aszódi Attilának, hiszen egy nagyon tanulságos és érdekes előadást hallhattunk.