A nemzeti portálokon nem találtam a Japán atomreaktor katasztrófa tudományos magyarázatára semmilyen cikket, tanulmányt. Emiatt kötelességemnek éreztem, hogy az olvasók tájékoztatása végett időt szánjak a témának és ismertessem a problémát tudományos ismeretterjesztő színvonalon.
Fukushima Tokyotol északra fekszik kb. 400 km-re a Csendes Óceán partján. Az erőművet 1966-ban építették, tulajdonosa The Tokyo Electric Power Company. Évi elektromos áram termelése 29891 GWh, hűtővize: tengervíz.
A Fukushima-i atomerőmű madártávlatból
A baleset 2011 március 11-én kezdődik a 9-es erősségű földrengéssel, ami elpusztította Japánnak ezt a részét. Ezt követte a Cunami, ami tetőzte a kárt. Az eddig felmért károkat 180 milliárd euróra becsülik. A fukushimai erőmű helyreállítási munkáinak értéke meg fogja haladni az 5 milliárd Eurót. A kormány rendkívüli állapotot hirdetett meg: 215 000 lakost telepítettek eddig ki.
Miképp működik egy atomerőmű?
Maghasadás és láncreakció: baloldalt egy neutron látható, ami eltalálja a 235-ös urán atommagot keletkezik 2 új elem atommagja, 2 vagy 3 neutron és 200 MeV energia szabadul fel.
A láncreakció és a kritikus tömeg feltalálója Szilárd Leó magyar fizikus. Ugyancsak őt tekintik az első atomreaktor megépítőjének is, amit Enrico Fermivel kísérleti céllal fel is építettek és sikeresen ki is próbáltak. Az atomreaktorban a dúsított urán 235-ös izotópját, vagy más hasadó anyagot, használnak fel. A reaktorban az urán rudak mellett a neutronokat fékező, ill. ezeket elnyelő közeg is található, amelyeket mozgatva szabályozzák a neutronok számát, ami a láncreakció fenntartásához, 2 generációban, az 1-es számot kell fenntartsa (k=1). Ez azt jelenti, hogy a láncreakció beindítása után kettéhasadó uránatomból kilépő neutronokból annyit kell a lassító közegnek elnyelnie, hogy csak egy nagysebességű neutron maradjon. Ez az egy neutron újabb maghasadást okoz rendkívül rövid idő alatt, minden alkalommal felszabadítva 200 MeV energiát is. A neutron ágyú által kilőtt neutronokat is elnyeli a lassító közeg. A reaktor belsejében egy neutronszámláló is el van helyezve, ami a vezérlésnek folyamatosan visszajelzi a neutronok számát. Addig, amíg a neutronok száma 2 maghasadást követően (2 generáció) megmarad 1-nek, addig kritikus állapotú, önfenntartó láncreakcióról beszélünk. Amennyiben a 2 generációs neutronok száma nagyobb lesz 1-nél (k>1), úgy kritikuson felüli láncreakcióról van szó, amit a vezérlő és szabályozó rendszer visszaállít a megkövetelt hőmérséklet fenntartásához szükséges szintre.
Lobogóvíz-reaktoros erőmű működési vázlata
A Fukushima-i atomreaktor konstrukciója: a General Electric terveit vették át, anélkül, hogy egy Cunamit ill. 7-esnél erősebb földrengést tekintetbe vettek volna.
A reaktorok úgy vannak megépítve, hogy egy földrengés kezdetekor, ha az elér egy bizonyos erősségi fokot, automatikusan a láncreakciót le kell a vezérlés állítsa. Azonban a reaktort továbbra is hűteni kell a meglévő magas hőmérséklet miatt, amely fennmarad több órán keresztül is. A hűtési rendszer nagy pumpái villamos energiát igényelnek, amit vagy külső árammal biztosítanak, vagy bekapcsolnak a biztonsági, helyi, dízelmotorokkal meghajtott generátorok és a pumpák működtetéséhez szükséges áramot megtermelik. A harmadik áramforrás a mindig feltöltött akkumulátorok. A Fukushima-i erőműben a 3. áramforrást kényszerültek bekapcsolni, ugyanis az erős földrengés miatt áramszünet keletkezett az országban és sajnos – eddig nem közölt indokok miatt - a dízelmotoros áramfejlesztők nem indultak be. (Tenger mellett, pontosan a Cunami lehetősége miatt, nem lett volna szabad dieselmotorokkal meghajtott generátorokra bízni a biztonsági áramellátást!) Az akkumulátorok pedig egy idő után kimerültek és így az urán rudak már többször teljesen vízmentes állapotba kerültek. Mivel a reaktor egy zárt kupolában működik így a forró urán vagy plutónium rudak a vizet gőzzé és rövid idő után hidrogénné változtatják, ami a megfelelő gázkeverék elérése után felrobban, nagy mennyiségű radioaktív anyagot bocsátva ki az atmoszférába. A rudak az egyik reaktorban 1,4 míg a másikban 2,9 m hosszan szabadon voltak, vagyis nem volt elegendő hűtő víz!
Sajnos rendkívül sok és ellentmondó hír kering, így nehéz megállapítani, hogy eddig mi is történt. Ugyanis Japánban hírzárlat van és még a mindennel felszerelt svájci katasztrófasegítő egységek sem tudnak hiteles adatokat szolgáltatni: mindenki csak spekulál. A még nagyobb baj akkor következik be, mikor a hűtés sikertelensége miatt a reaktor szíve (franciául „coeur” lásd a 3-as és az 5-ös rajzot) összeolvad (INES 7 baleseti fokozat) és a nagy hőmérsékletű olvadék elkezd lesüllyedni, addig amíg nem találkozik nagy mennyiségű vízzel. Ekkor újabb robbanás következik be, ami az erősen sugárzó anyagot sok kilométeres távolságra juttatja ki. Rossz széljárás esetén ezek a radioaktív anyagok messze elkerülhetnek. Például a Csernobili katasztrófa alatt kiszabadult radioaktív anyagok miatt a dél németországi vaddisznók húsát még ma sem tanácsos fogyasztani, mert radioaktívak az erdőben felzabált élelemtől.
A hírek szerint a Fukushima reaktort „elárasztották tengervízzel”, amit az elején nem akartak megtenni, hogy elkerüljék a reaktor korrodálódását! Ennek ellenére mégis további robbanásokról tudósítanak. A tengerbe pedig hatalmas mennyiségű radioaktív anyag került. A halkonzervek még éveken keresztül radioaktívak lesznek.
A reaktor hűtés kiesésének következményei
Ez az oka annak, hogy egy atomerőmű a megsemmisülés útjára kerül. Francia szaknyelv „accident majeur” a német meg „GAU”-ról (Grösste Annehmbare Unfall; magyarul: legnagyobb feltételezhető baleset) beszél. A következmények a következőek lehetnek:
1. Mechanikai robbanás: a leggyorsabban következik be, mivel a hűtővíz a magas hőmérsékletű nukleáris üzemanyag rudak miatt mind nagyobb mennyiségben és sebességgel gőzzé alakul és végül a túlnyomás miatt bekövetkezik az első robbanás a reaktorban, amely megkárosítja a reaktort.
2. Radioaktív szennyezés: A hőmérséklet a termikus tehetetlenség miatt is tovább emelkedik, a hosszú üzemanyagcsövekben repedések keletkeznek, és a reaktor szívébe hasadási termékek kerülnek. A kockázat az, hogy ezek a hasadási termékek kikerülnek a légkörbe a túlnyomásos gőzzel együtt, ami súlyos radioaktív szennyeződést jelent több kilométeres körzetben.
3. Hidrogéntermelődés és vegyi robbanás: Az üzemanyagcsövek, ha már nem merülnek bele a hűtőfolyadékba tovább melegednek és több száz fokot érnek el. Ezen hőmérsékletnél a cirkonium, ami az üzemanyag rudak köpenyét képezi, reagál a forró vízzel és cirkoniumoxidot meg hidrogént képez, amely keveredik a gőzzel és az elsődleges zárt keringés felső részeiben összegyűl. A reakció sokkal gyorsabb, mint ahogy a hőmérséklet emelkedik, és amikor a rudak teljesen vízmentesek lesznek, 1200°-on felül a folyamat felgyorsul. Ezen a szinten a legfőbb veszély, hogy a felgyűlt hidrogén akkora robbanást okoz, amely a „szívben” mindent elpusztít. (Finomabban kifejezve: megváltoztatja a reaktor szívének geometriáját!)
4. A reaktor szívének elolvadása: Végül a csövek is elolvadnak és az olvadék (corium, de nevezik magmának is) a reaktor aljába folyik, ahol felhalmozódik. Amennyiben a szív geometriája megváltozott és a kontrol rudak már nem tudják funkciójukat ellátni, úgy a helyzet a szuper kritikusság állapotába került, vagyis a maghasadáskor 2 generáción belül megnő a keletkező neutronok száma: k>1. Ebben a helyzetben a maghasadást fékezni a hűtővízben feloldott borsav segítene, ami ismert neutron elnyelő.
5. Az önfenntartó nukleáris reakció: a kritikussági állapot elérésekor jön létre (k=1) és a hőmérséklet meg a gőz jelenlétében mechanikus robbanásokat vált ki. Az atombombához hasonló robbanás viszont nem jön létre, pontosan a folyamatosan szétfolyó üzemanyag miatt, ami megakadályozza a kritikus tömeg létrejöttét. A Csernobili eset itt nem ismétlődhet meg, mivel a hűtőközeg nem grafit (ami Csernobilban meggyúlt), hanem víz.
Lobogó-víz reaktor működése
Lobogó-víz reaktor:
1. Vészleállító rúd
2. Kontroll rúd
3. fűtőelemek
4. biológiai védelem
5. páraelszívás
6. vízbevezető
7. hő védelem
A Fukushima Daiichi mind a 4 reaktora veszélybe került és működés képtelen illetve a kieső hűtés miatt különböző baleseti fokozatba soroljak őket! 2 reaktor már az alább látható állapotban van, míg a megmaradt másik kettőben az ellenőrizhetetlen folyamatok lassabban, de haladnak a reaktor megsemmisítésének útján.
A mai nap még 50 alkalmazott sürgölődött a reaktorok körül, kitéve magukat a gyógyíthatatlan egészségi károsodásnak. A sugárzás nagysága már olyan nagy, hogy ezeknek a- már ma- hősöknek tekintett munkásoknak az életükbe kerül a honfitársaik tömegeinek megmentése, illetve az egészségi károsodásaik csökkentése.
A reaktorok felülről: jól láthatóak a 2 felrobbant (1-es és 3-as) és megsemmisült reaktor maradványai
A megsemmisült 3-as reaktor látványa. Az omladék magasan radioaktív! Akárcsak Csernobilben valószínű itt is egy szarkofággal próbálják meg elszigetelni a törmeléket! Másik lehetőség, hogy az egész törmeléket plazma berendezésben (ha van ilyen Japánban?!) amorf „üveggé“ olvasztják és olyan kb. 50 cm-es átmérőjű és kb. 50 cm magas tömbökben, mint radioaktív hulladékot elszállítják valamelyik radioaktív-hulladék temetőbe.
A képen látható már a radioaktív anyagok terjedése, a széljárás tekintetbe vételével. 10 nap múlva már észak Amerika nagy területeit fedi be a félelmetes anyag! Emiatt az amerikai hadsereg egyik speciális drón repülőgépje berepült a reaktorok fölé és méréseket végzett. Az eredményekre csak annyit jelentettek eddig be, hogy „remélik a kiértékeléseik nem jók és a Japán kormány által megbízott szakemberekre bízzák az eredmények kiértékelését”!
A sugárzás emberre gyakorolt hatása
A sugárzásnak az emberre gyakorolt hatása, az amit a japánok jól ismernek. A második világháború végén Japánra dobott 2 atombomba, a „Little boy” és a „Fat man” utóhatásai közül a legszörnyűbbek az ártatlan újszülötteket érintő sejtburjánzások, amelyek a magzati állapotban elképesztő torzulásokhoz vezetnek.
A sugárzás következtében torzzá fejlődött, és életképtelen újszülött, Japán
2011 március 17, helyi óra szerint 4.29 perckor az amerikai nukleáris bizottság szóvivője bejelentette, hogy a fukushimai atomreaktorok víztárolójából kifogyott a víz. Az üzemanyag rudak „víztelenek” lettek, ami miatt rendkívül magas sugárzást keletkezik. Különböző elképzelések születnek, hogy a víztárolókat feltöltsék. Egyelőre katonai helikopterek nagy zsákokkal a tengerből merítik a vizet és dobják le a romhalmazra és tűzoltó kocsikból öntözik a tengervizet a reaktorok romjaira, amely alatt ott „ügyködik” a palackból kiszabadított szellem!
Dr. Ing. Sebestyén István Zürich, Svájc, 2011 március 15-18.
(az adatok egy része a francia nyelvű wikipedia-ról, a Google képtárából, és több más az interneten összegyűjtött angol és német nyelvű forrásból származik)
