Presentazione situazione Fukushima 23.05.2011

L’INCIDENTE DI FUKUSHIMA DAIICHI
La messa in sicurezza degli impianti
23 maggio 2011
Roma – 23 maggio 2011
Il terremoto
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Alle 14:46 del 11 marzo 2011 nel Nord‐Est del Giappone nell’oceano, ma vicino alla costa è avvenuto un terremoto di incredibile violenza apri al grado 9,0 della scala Richter
– E’ una dei 5 più forti terremoti avvenuti nel mondo negli ultimi 100 anni
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Il terremoto ha visto il suo epicentro a circa 130 km a est‐sudest della penisola di Ojika nella provincia di Miyagi nella zona nord‐est del Giappone. Il terremoto prende il nome di terremoto di Tohoku‐Taiheiyou‐Oki
Le sollecitazioni sismiche sono state al limite di quelle massime previste dal progetto della centrale nucleare di Fukushima
Terremoto del 11 marzo 2011
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Il maremoto
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Il terremoto ha generato un maremoto (o tsunami, che è proprio un termine giapponese) di dimensioni enormi
Centinaia di chilometri della costa sono stati investiti e la distruzione è stata pressoché
totale
L’altezza della massa d’acqua (diversa da una semplice onda) ha raggiunto altezze diverse a seconda della conformazione della costa
– In golfi stretti ha raggiunto l’altezza di 30 m, pari ad un palazzo di 10 piani
– Nella zona della centrale nucleare di Fukushima si valuta che l’altezza sia stata di circa 14 m
Si sono superati i parametri di progetto e le difese predisposte dai progettisti della centrale che, a fronte di una richiesta delle autorità giapponesi di 5,7 m avevano predisposto una difesa di 6,5 m
L’arrivo dello tsunami a Fukushima
Le caratteristiche dei reattori di Fukushima Daiichi
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Unità
Fukushima I ‐ 1
Fukushima I ‐ 2
Tipo
BWR 3
BWR 4
Prima criticità
26 Marzo, 1971
18 luglio, 1974
Potenza elettrica
460 MW
784 MW
Tipo contenitore
Mark I
Mark I
Fukushima I ‐ 3
BWR 4
27 Marzo, 1976
784 MW
Mark I
Fukushima I ‐ 4
Fukushima I ‐ 5
Fukushima I ‐ 6
BWR 4
BWR 4
BWR 5
12 Ottobre, 1978
18 Aprile, 1978
24 Ottobre, 1979
784 MW
784 MW
1100 MW
Mark I
Mark I
Mark II
Si può notare come l’unità 1 sia diversa dalle altre e di una generazione precedente
Le unità da 2 a 5 sono praticamente gemelle
L’unità 6 appartiene ad una generazione successiva più simile a quella cui apparteneva il reattore di Caorso
La configurazione della centrali BWR
L’edificio reattore
Vessel del
reattore
Piscina del
combustibile esaurito
Contenitore primario
Toro della piscina di
soppressione vapore
L’evoluzione degli avvenimenti
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11 marzo – 14:46 – Avviene il terremoto
– I reattori 1, 2 e 3, gli unici dei 6 sul sito di Fukushima Daiichi ad essere in funzione, vengono fermati automaticamente dal segnale di forte sisma
– Si perdono tutti i collegamenti con la rete elettrica esterna, probabilmente per i danni indotti alle sottostazioni elettriche
– Si avviano come previsto i diesel di emergenza che alimentano i sistemi di raffreddamento dei reattori 1, 2 e 3
– I reattori vengono isolati dall’edificio turbina mediante la chiusura delle valvole di isolamento sulle linee vapore ed alimento
– Il reattore 4 è privo di combustibile in quanto per manutenzione straordinaria tutto il combustibile era stato trasferito nella piscina del combustibile
Secondo le informazioni a disposizione tutti i sistemi di sicurezza hanno funzionato come previsto in caso di terremoto e non era avvenuto alcun evento che potesse preludere agli avvenimenti successivi
Il problema del calore di decadimento
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I problemi intervenuti non possono essere bene compresi, se non si ricorda che in un reattore nucleare, anche dopo l’interruzione della fissione nucleare occorre rimuovere il cosiddetto calore di decadimento o calore residuo
L’evoluzione degli avvenimenti
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11 marzo – ore 15:42 – Arriva lo tsunami
– L’onda di 14 metri (stimata) provoca i seguenti danni
• Mette fuori servizio l’opera di presa a mare, unica sorgente fredda per raffreddare il reattore
• Distrugge la maggior parte dei serbatoi di emergenza posti fronte‐mare
• Allaga il locale diesel di tutte le unità provocando la loro fermata immediata
• Danneggia anche le batterie di emergenza (anche se probabilmente a livelli diversi nelle diverse unità ed in tempi diversi)
I danni dello tsunami
I danni dello tsunami
I danni dello tsunami
Le quote delle varie parti dell’impianto
Da un documento dell’autorità di sicurezza giapponese
L’evoluzione degli avvenimenti
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11 marzo – ore 16:36
– La mancanza di raffreddamento nelle unità 1 e 2 provoca un progressivo aumento della pressione nel reattore
– Si raggiunge la pressione che dovrebbe attivare il sistema di iniezione di emergenza che, tuttavia, non parte
– Il sistema, invece entra in funzione nell’unità 3, grazie alla disponibilità delle batterie di emergenza, che tuttavia si esauriscono alle 2:44 del 12 marzo
– Viene dichiarata l’emergenza dal personale della centrale che informa il Governo
11 marzo – ore successive
– L’alta pressione nei reattori 1, 2 e 3 fanno aprire le valvole di sicurezza che scaricano nel toro, dove il vapore trova acqua relativamente fredda e si condensa
– Progressivamente la temperatura sale anche nel toro fino a che il vapore che non condensa più ed inizia a pressurizzare il contenimento primario
– Uscendo il vapore senza che sia compensato da una iniezione di acqua, il livello dell’acqua nel reattore diminuisce progressivamente fino a scoprire il combustibile la cui temperatura inizia a salire oltre i limiti di sicurezza
– Raggiunta la temperatura di 900‐1000 °C le guaine del combustibile (in lega di zirconio) iniziano ad ossidarsi in presenza di acqua o di vapore e liberano grandi quantità di idrogeno
– Oltre i 1200 °C la reazione diventa esotermica e si autoesalta fino a danneggiare le guaine
– Iniziano a fondere le barre di controllo che mantengono spento il reattore
L’evoluzione degli avvenimenti
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12 marzo – ore 04:15
– La pressione nel contenitore dell’unità 1 raggiunge il doppio di quella di progetto fino a che alle 5:22 il personale decide di aprire lo sfiato per evitare il collasso del contenitore
– Dieci minuti dopo viene aperto anche lo sfiato nell’unità 2
12 marzo ‐ ore 15:36
– L’idrogeno si accumula nella parte superiore dell’edificio fino a raggiungere una concentrazione tra il 10 % ed il 13 % sufficiente per determinarne la detonazione. Si ha una esplosione di idrogeno nell’edificio reattore, che viene parzialmente distrutto nella parte superiore. – Si ha un primo rilascio significativo di radioattività all’ambiente esterno
L’evoluzione degli avvenimenti
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La perdita di tutte le alimentazioni elettriche (in corrente alternata ed in corrente continua) ha una serie di conseguenze
– Le Sale Controllo perdono illuminazione e condizionamento
– Vengono perse tutte le strumentazioni non autoalimentate rendendo gli operatori inconsapevoli della situazione degli impianti
L’evoluzione degli avvenimenti
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12 marzo – Ore 20:20
– Inizia come intervento di estrema emergenza l’iniezione di acqua di mare nel reattore e nel contenitore dell’unità 1 per tentare di evitare la progressione del danneggiamento del combustibile; l’operazione avviene grazie alle motopompe dei vigili del fuoco opportunamente collegate
13 marzo – ore 05:20
– L’unità 3 va in crisi perché si ferma ogni sistema di raffreddamento del nocciolo; alle 08:41 inizia lo sfiato del contenitore ed alle 13:12 inizia l’iniezione di acqua di mare 14 marzo – 04:08
– Iniziano i problemi nella piscina del combustibile esaurito dell’unità 4; viene registrata una temperatura di 84 °C
14 marzo – ore 11:01
– Esplode anche l’idrogeno nell’edificio reattore dell’unità 3; l’esplosione è di maggiore potenza rispetto all’unità 1 ed è più distruttiva
– L’esplosione danneggia anche l’unità 4
L’evoluzione degli avvenimenti
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14 marzo – ore 11:44
– La radioattività aumenta considerevolmente sul sito (si misurano 0,02 mSv/h)
14 marzo – ore 13:25
– Viene perso il sistema di raffreddamento del nocciolo dell’unità 2; alle 16:34 inizia l’iniezione di acqua di mare
14 marzo – ore 23:20
– La pressione nell’unità 2 aumenta in modo significativo, le pompe non riescono più a iniettare acqua di mare, il nocciolo si scopre completamente, inizia a formarsi una grande quantità di idrogeno
15 marzo – ore 06:10
– Gli operatori sentono un boato sordo; è probabile che sia avvenuta una esplosione di idrogeno nel toro, quindi con modalità
diverse dalle altre due; tuttavia questa esplosione avviene dopo
un forte danneggiamento del nocciolo e causa il rilascio più
elevato; La radioattività aumenta in modo molto significativo
– Il personale non indispensabile è evacuato
L’evoluzione degli avvenimenti
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15 marzo – ore 08:15
– Anche nell’unità 4 avviene una esplosione di idrogeno; il combustibile nella piscina è probabilmente danneggiato ed è
esposto direttamente all’ambiente esterno – La dose al sito è di 11,9 mSv/h
17 marzo
– Inizia lo spruzzamento di acqua nelle piscine delle unità 3 e 4
prima con gli elicotteri (poco efficaci) e poi dal suolo con le motopompe dei pompieri
19 marzo – ore 13:30
– Viene alimentato per primo dalla rete elettrica esterna il trasformatore di emergenza dell’unità 2
20 marzo
– Inizia l’iniezione di acqua di mare nella piscina dell’unità 4 e dell’unità 2
21 marzo
– Continua ad uscire nell’ambiente esterno e continuerà fino ad oggi ad uscire il vapore prodotto dall’acqua iniettata con il combustibile e con le zone calde dell’impianto; con il vapore continua ad uscire la radioattività anche se in misura molto ridotta
L’evoluzione degli avvenimenti
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22 marzo
– Cominciano ad essere rialimentati con la rete elettrica esterna le unità 2 e 4
– Torna l’illuminazione nelle Sale Controllo delle unità 3 e 4
24 marzo
– Torna l’illuminazione nelle Sale Controllo delle unità 1 e 2
– Viene identificata acqua contaminata nell’edificio turbina dell’unità 1, che viene trasferita probabilmente al condensatore
27 marzo
– Inizia ad essere utilizzata acqua dolce per evitare i problemi connessi con l’acqua di mare (nell’unità 1 già dal 25 marzo)
– Le motopompe dei pompieri cominciano ad essere sostituite da pompe elettriche
Nei giorni e nelle settimane successive
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Viene individuata acqua altamente contaminata negli edifici turbina delle unità 2 e 3. Quella nella unità 2 è molto più
contaminata forse a causa di un maggior danneggiamento del combustibile
Per trasferire nei serbatoi integri sul sito questa acqua, l’acqua debolmente contaminata contenuta in questi serbatoi viene scaricata in mare
Viene sigillata una fessurazione in una canaletta di cemento che
permetteva un rilascio direttamente in mare
L’agenzia per la sicurezza giapponese classifica l’evento al livello 7 della scala INES il 12 /4
Vengono inviati i primi robot negli edifici reattore per verificare la situazione ambientale
Il 17 aprile viene reso noto il primo programma di messa in sicurezza dell’impianto
Il personale entra nell’edificio reattore della unità 1 per istallare un sistema di ventilazione che filtri la radioattività presente nell’aria in modo da permettere permanenza più prolungate al personale (5 maggio), successivamente personale entra nell’edificio reattore 2 (18 maggio) e nell’unità 3 (23 maggio)
Si ipotizza che il danneggiamento del combustibile nella piscina
della unità 4 sia inferiore a quanto temuto e che l’esplosione di idrogeno sia stata causata dall’idrogeno prodotto nell’unità 3
Programma di messa in sicurezza della centrale
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Innanzi tutto occorre precisare che le unità 5 e 6 dello stesso sito hanno subito danni molto inferiori ed hanno raggiunto condizioni di sicurezza (cold shutdown o fermata a freddo) in entrambi i casi il 20 marzo, dopo che il giorno prima era stato attivato il sistema di rimozione del calore residuo prodotto nel nocciolo
– Non ci sono sintomi di danneggiamento del nocciolo né di danneggiamento del circuito primario
– La TEPCO non ha escluso di poterli riavviare una volta completate tutte le verifiche di sicurezza
– Probabilmente i fattori principali che hanno ridotto di molto le conseguenze per questi due reattori sono stati:
• I reattori erano fermi da alcuni mesi per manutenzione ed il calore residuo era quindi inferiore
• I reattori sono stati realizzati su un terrapieno più alto di 3 m (+13, invece di +10 sul livello del mare) e quindi il danno dello tsunami è stato inferiore
• I reattori erano dotati di un diesel di emergenza aggiuntivo raffreddato ad aria e non ad acqua
• I reattori sono stati realizzati in una zona separata del sito e non avevano sistemi in comune con gli altri
Il piano strategico
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Il programma di messa in sicurezza delle unità 1, 2 e 3 è basato su 3 obiettivi strategici
– Assicurare il raffreddamento stabile sia del reattore, sia delle piscine del combustibile (in questo caso anche quello dell’unità 4)
– Mitigare gli effetti sull’ambiente in termini di rilasci di radioattività
– Monitoraggio della situazione ambientale ed avviamento delle operazioni di decontaminazione
I provvedimenti si distinguono in – Step 1 (da completare entro metà luglio)
– Step 2 (da completare entro fine 2011/inizio 2012)
Il primo programma è stato pubblicato il 17 aprile, ma è continuamente in corso di aggiornamento a mano a mano che si conoscono meglio le condizioni degli impianti (con alcune sorprese positive ed altre negative)
Vi sono ancora preoccupazioni per forti aftershocks del terremoto e possibili tsunami ed ogni provvedimento a medio‐lungo termine tiene conto anche di questi rischi
Assicurare il raffreddamento dei noccioli
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STEP 1
– Unità 1 e 3: • Continuare l’iniezione di acqua demineralizzata nei vessel e nel contenitore fino ad un livello superiore a quello del combustibile
• Stabilire un raffreddamento in ciclo chiuso mediante l’utilizzo di scambiatori di calore esistenti o impiantati ad‐hoc
• Continuare ad iniettare azoto nei contenitore allo scopo di evitare ulteriori esplosioni di idrogeno che continua ad essere generato per radiolisi e che potrebbe concentrarsi a seguito della condensazione del vapore a contatto con acqua più fredda
– Unità 2: • Continuare a refrigerare il nocciolo
• Sigillare la parte del contenitore primario probabilmente danneggiata (la piscina di soppressione)
• Allagare vessel e contenitore fino a sopra il livello del combustibile
STEP 2
– Raggiungere le condizioni di arresto a freddo mantenere e migliorare i provvedimenti elencati per la fase 1 rendendoli più stabili ed affidabili
Assicurare il raffreddamento delle piscine
• STEP 1
– Migliorare l’affidabilità
dei sistemi di iniezione di acqua di raffreddamento
– Ripristinare sistemi di circolazione dell’acqua di raffreddamento
– Nell’unità 4 installare strutture di supporto strutturale
Mitigazione effetti – Gestione acqua contaminata
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STEP 1
– Assicurare una sufficiente capacità di stoccaggio sicuro ed impedire ogni ulteriore rilascio all’ambiente (vedi nella foto seguente serbatoi provvisori istallati)
– Istallazione dei sistemi di trattamento dell’acqua contaminata
– Iniziare a trattare le acque a minore contaminazione
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STEP 2
– Riduzione dei volumi di acqua mediante i trattamenti e il riciclo dell’acqua
– Desalinizzazione dell’acqua di mare utilizzata
– Aumentare per quanto necessario della capacità di stoccaggio
Mitigazione effetti – Rilasci gassosi
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STEP 1
– Dispersione di sostanze stabilizzanti delle polveri contaminate
– Rimozione delle macerie contaminate con mezzi a controllo remotizzato (vedi figura seguente)
– Istallazione di una copertura dell’edificio reattore
– Sfiati del contenitore attraverso i filtri del sistema Standby Gas Treatment
STEP 2
– Completamento della copertura leggera di tutti gli edifici
– Realizzazione di una struttura più robusta e definitiva
Ultime informazioni disponibili
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La radioattività all’interno degli edifici reattore è molto elevata
– Si procede all’installazione di sistemi provvisori di ventilazione con filtri che possano ridurre la radioattività in aria e consentire una maggiore presenza del personale
I programmi successivi
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Successivamente si deve realizzare sistemi stabili di raffreddamento in circuito chiuso
– In primo luogo occorre conoscere quale sia la configurazione geometrica del nocciolo, cioè quanto sia esteso il danneggiamento
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Le ultime informazioni parlano di una situazione più critica nell’unità 1, dove vi sono segnali di danneggiamento anche al contenitore del nocciolo (reactor vessel) e di un livello dell’acqua inferiore di molto a quella misurata dalla strumentazione disponibile
– Occorre realizzare un sistema di misura di livello affidabile, che permetta di allagare in sicurezza il contenitore
– Le valutazioni disponibili dicono che questa strategia è sicura anche dal punto di vista strutturale
– Nell’unità 2 occorre prima ripristinare l’integrità del contenitore
L’ingresso del personale nei reattori
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Il personale entrato brevemente nell’unità 2 il 18 maggio ha avuto grosse difficoltà a causa della elevatissima umidità e del vapore presente
– Ciò è dovuto al fatto che l’edificio reattore è integro ed il valore fuoriesce dalla piscina di soppressione e dalla piscina del combustibile ed ha maggiori difficoltà ad essere rilasciato all’esterno, diversamente dalle unità 1 e 3, in cui la parte superiore dell’edificio reattore è stata distrutta a seguito delle esplosioni di idrogeno
Le nuove apparecchiature
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Sono già arrivati sul sito gli scambiatori di calore che permetteranno il raffreddamento dei reattori e delle piscine e raggiungere le condizioni di fermata a freddo in cui viene completamente eliminato il vapore che oggi viene ancora rilasciato all’esterno.
Il programma a lungo termine
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La TEPCO non ha rilasciato ancora progetti o programma di decommissioning degli impianti, in quanto non può essere precisato nulla prima di conoscere le condizioni esatte degli impianti ed avere una caratterizzazione radiologica precisa
Tuttavia, sulla base delle esperienze della centrale di Three Mile Island e di Chernobyl si possono fare alcune considerazioni
– La prima difficoltà sarà quella della rimozione del combustibile danneggiato, che richiederà il progetto di macchinari ad‐hoc
– Successivamente si dovrà procedere alla decontaminazione delle superfici che saranno sicuramente altamente contaminate
– L’estensione della contaminazione richiederà la realizzazione di vasti depositi per i rifiuti prodotti (i volumi di rifiuti prodotti saranno molto maggiori rispetto a centrali dello stesso tipo che hanno subito incidenti di questo tipo
– Prima di rilasciare il sito da vincoli radiologici occorrerà valutare attentamente i livelli di contaminazione del terreno ed eventualmente anche delle falde acquifere presenti sul sito
Una prima valutazione dei costi per TEPCO
Tipologia
Danni alle centrali convenzionali
US $ millions
608
Danni alla rete
1.010
Interventi di emergenza a Fukushima
5.210
Fuk. Daini e Daichii in cold shutdown
2.590
Primi interventi decomm. Unità 1‐4
2.530
Cancellazione due nuove unità a Fuk. Daichii
Rimborsi danni alle popolazioni
480
?
Considerazioni finali
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Anche se è presto per trarre tutti gli insegnamenti dall’incidente di Fukushima, la comunità internazionale si è già mobilitata e vengono valutata le necessità di alcuni provvedimenti per le centrali nucleari in esercizio
Gli eventuali provvedimenti dovranno essere graduati per le diverse centrali in relazione agli effettivi rischi Tra i provvedimenti attualmente al vaglio si possono citare
– Assicurare il livello di indipendenza dell’Autorità di controllo dal potere politico (i giapponesi valutano la collocazione del NISA (autorità) fuori dal controllo di METI (ministero dell’Industria)
– Garantire le funzioni basilari di sicurezza anche in condizioni di eventi esterni a livello superiore di quanto richiesto e previsto nel progetto della centrale
– Applicare sistematicamente i concetti di separazione e diversificazione per le funzioni fondamentali
– Prevedere sempre una Sala Controllo separata e particolarmente protetta dove comandare le funzioni di base con un alto livello di autonomia
– Prevedere la possibilità di fornire dall’esterno con relativa facilità acqua di raffreddamento ed alimentazione elettrica
– Pianificare i collegamenti via terra, via mare (ove applicabile) e via aria con la centrale anche nel caso che eventi naturali producano danni alle infrastrutture sia per i materiali che per il personale
– Prevedere la possibilità di gestire più di un incidente nello stesso sito contemporaneamente