Fukushima reactor 4, het zorgenkind van Japan

De catastrofe in Japan kan terecht een van de zwaarste van het millenium genoemd worden. In de nasleep van de dodelijke aardbeving verwoestte de tsunami er op de koop toe de noodaggregaten in de Fukushima Daiichi elektriciteitscentrale, broodnodig om de koeling van de kreupele reactoren te garanderen. De gevolgen waren navenant; de brandstof van de drie toen werkzame reactoren, eenheden 1, 2 en 3, kwam op de bodem van de respectievelijke reactorvaten terecht door gebrek aan koelwater. Vandaag stelt het IAEA, het internationaal atoomenergieagentschap, vast dat alle getroffen reactoren in veilige toestand zijn, maar is daarmee alle gevaar geweken? Een kort overzicht.

Het is vandaag meer dan twee jaar geleden dat het noodlot toesloeg op het Japanse schiereiland. Ironisch genoeg zijn de 3 doorgesmolten reactorkernen  er niet het meest dringende probleem. Ten tijde van het ongeluk waren in de Daiichi centrale 3 van in totaal 6 eenheden aan het werk. De 3 andere eenheden 4, 5 en 6 lagen stil voor onderhoud. Het is net een van die 3 laatste eenheden, reactor 4, die de ingenieurs en in het algemeen de Japanners zorgen baart.

In de meeste nucleaire reactoren wordt het vrijgegeven vermogen gemodereerd door zogenaamde regelstaven. Ze absorberen neutronen, de deeltjes die zorgen voor de splijting van de brandstof. Hoe meer je de staven in de reactor neerlaat, hoe meer neutronen opgevangen worden en hoe minder vermogen er geproduceerd wordt. Dezelfde regelstaven worden ook gebruikt om de reactie volledig stil te leggen, een ‘SCRAM’ in de vaktaal. Zo’n SCRAM wordt automatisch bevolen bij een anomalie, zo ook ten tijde van de Tsunami in Fukushima. De gebruikte brandstof produceert daarna nog een aanzienlijk vermogen restwarmte door radioactief verval, ook na de ‘SCRAM’. Die warmte kan veilig afgevoerd worden door de staven uit de reactor te halen en onder te dompelen in een gigantisch zwembad, de ‘spent fuel pool’ in het jargon. In het Mark-design van General Electric, een ontwerp waarvan de Boiling Water Reactor eenheden in Fukushima stuk voor stuk voorbeelden zijn, bevindt het koelbad zich bovenaan het reactorgebouw.

Het koelbad van reactor 4 bevindt zich in de secondary containment, het gebouw uit beton dat vaak de media haalde door de hevige waterstofexplosies die erin plaatsvonden. In dat koelbad zit vandaag 130 ton aan brandstof, gecombineerd nieuwe en oude en in een totaal van 1331 ‘fuel assemblies’, rekken zeg maar. Samen zijn ze goed voor een restwarmtevermogen van 3 MW. Dat is meer dan in de koelbaden van de andere eenheden, net omdat reactor 4 recent leeggemaakt was. Je kan zo’n zwembad op grote hoogte vergelijken met een staande lamp: hoe hoger en zwaarder de lampekap is, hoe gemakkelijker de lamp omver valt en hoe heviger de bovenkant zal zwiepen als je ertegenaan loopt. Net om die reden kreeg de spent fuel pool gedurende de aardbeving rake klappen. De kraan die de brandstofstaven van en naar de reactor moest brengen, is in het koelbad gestort en heeft daarbij de rekken waarin de staven zich bevinden beschadigd.

Gezien de functie die koelbaden moeten vervullen – restwarmte afvoeren – dienen ze ook gekoeld te worden. Dat was na de gebeurtenissen in Fukushima niet het geval door de stroompanne volgend op de tsunami. De brandstofrekken kwamen deels bloot te liggen en warmden op. Op 15 maart vond een waterstofexplosie plaats in het reactorgebouw (dus niet in de reactor zelf) die de secundaire beschermstructuur verwoestte. De waarschijnlijke oorsprong van het waterstofgas is unit 3, verbonden met unit 4 via een leiding. Het waterstofgas in unit 3 was op zijn beurt afkomstig uit een reactie tussen het omhulsel van de brandstof (zirconium) en de stoom in de reactor.

Op 25 oktober 2013 ging de grond voor een tweede maal aan het trillen in Japan. Er werd geen extra schade of vrijgave van radioactiviteit gemeld. Het is niet duidelijk hoeveel sterke grondbevingen de structuren op de site nog kunnen verdragen. Het staat vast dat er dringend actie ondernomen moet worden.

Tepco heeft beslist om de meest dringende problemen van reactor 4 eerst aan te pakken. De taken die men daar voor de boeg heeft, zijn niet van de minste. De gebruikte brandstof in het koelbad moet zo snel mogelijk naar een veilige opslagplaats. Dat op zich zal een sterk staaltje engineering vragen, een taak die Tepco onmogelijk op zich kan nemen, noch financieel, noch technisch. Omdat het koelbad en het gebouw van reactor 4 in het algemeen zeer onstabiel zijn door de aardbeving en ontploffing, heeft men in juli getracht het bad te stutten. Dan pas zal de extractie van brandstof uit de baden beginnen.

Dat laatste zal geen sinecure zijn. De gigantische werkbrug van reactor 4 is in het bad gevallen, op de rekken brandstof. Ze zal dus eerst weggehaald moeten worden, wetende dat het gebouw erg labiel is. De grote brokken gewapend beton zullen de operatie nog meer bemoeilijken. Laat ons ook niet vergeten dat de site besmet is met isotopen, hetgeen werken rond en op de reactoren een hachelijke onderneming maakt. Men monitort vandaag het zeewater, de bodem en de atmosfeer op 25 plekken op de site zelf en ook 12 locaties op de grenzen van de centrale en nog anderen meer landinwaarts. Het IAEA (International Atomic Energy Agency) heeft verhoogde, doch geen significante waarden van Jodium-131 gevonden in maart. Met een halfwaardetijd van acht dagen, zou dit gevaar al geweken moeten zijn, gerekend vanaf de datum van de incidenten. Een stralingskaart van de site de dato maart 2013 gaf substantiële vooruitgang aan. De hoogste dosis gemeten op de site is 0,15 mSv/h en dat dichtbij reactoren 3 en 4. Ten tijde van de ramp was dat 300 mSv/h. Deze verlaagde dosissen worden ook weerspiegeld in de dosissen van de arbeiders: in januari 2013 kregen de arbeiders een gemiddelde dosis van 0,86 mSv en dat met 75% van de arbeiders die zelfs minder dan 1 mSv te verduren kregen.  Ter vergelijking is in België de maandelijkse stralingsdosis gesitueerd tussen 0,05 en 0,1 mSv per maand. De maandelijkse limiet voor werknemers in de nucleaire sector is in België 1,7 mSv per maand.

Eenmaal alle brokstukken geruimd zijn, kunnen werklui aan de slag om manueel – de automatische kranen voor brandstofstaven zijn immers stuk – de geplooide hoogradioactieve staven uit de rekken te proberen halen. In juli 2012 is men er reeds in geslaagd de 204 nieuwe brandstofassemblies te extraheren uit de spent fuel pool en over te brengen naar een gebouw voor opslag van gebruikte brandstof ten westen en landinwaarts van reactor 4. Dat wil zeggen dat men de andere 1127 staven gebruikte brandstof nog moet zien te verwijderen. Inspectie van de 204 reeds verwijderde staven heeft aangetoond dat de corrosie door het zeewater miniem bleek te zijn en dat de staven geen tekenen vertoonden van beschadiging. Op zich een zeer hoopgevende indicator. Nieuwe berichten over de koeling van de spent fuel pools zijn zeer positief en geven aan dat de nieuw geïnstalleerde koelcircuits en ontziltingsinstallaties hun werk doen. Men is immers bezig het water in de spent fuel pool van reactor 4 te ontzilten om corrosie een halt toe te roepen.

Ook na de evacuatie van reactor 4 zullen de problemen niet volledig geweken zijn. Reactor 4 is niet de enige eenheid met opgeslagen gebruikte brandstof in de koelbaden. Reactor 3, bijvoorbeeld, werkt op het nieuwste soort “recuperatiebrandstof” waarin een deel plutonium verwerkt zit. Men mag ook niet uit het oog verliezen dat alle moeilijkheden in de koelbaden zich parallel met de andere problemen manifesteren: ook voor de doorgesmolten kernen zal er op termijn een adequate oplossing moeten komen. Begraven onder een laag beton lijkt hiervoor de meest aangewezen oplossing. Op vlak van dat laatste is men niet aan zijn proefstuk toe.

Wat vaststaat is dat we in de nabije toekomst nog van Fukushima zullen horen. Tepco staat voor een belangrijke uitdaging om de verspreiding van radioactieve elementen te beperken. Een balanceeroefening die vraagt naar innovatie en nooit eerder geziene oplossingen.

Matthieu Van Damme

Skills

Posted on

28/08/2015

Submit a Comment

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *