Что там в Японии

Опасность от бассейнов выдержки перевешивает угрозу от реакторов.

Статья KEITH BRADSHER и HIROKO TABUCHI
http://www.nytimes.com/2011/03/18/world/as...amp;_r=1&hp

Японским властям, пытающимся бороться со взрывами и пожарами на пострадавшей АЭС Фукусима Даи-ичи, приходится сейчас расплачиваться за годы проволочек в принятии решений о долгосрочном хранении высокорадиоактивных топливных стержней из ядерных реакторов реакторов.

Некоторые страны пытались ограничить количество отработанных топливных стержней, накапливающихся на АЭС - Германия, например, хранит их в дорогостоящие контейнерах, в то время как топливо с китайских ядерных реакторов отправляется в хранилище, расположенное в пустыне в западной провинции Ганьсу. Однако Япония, как и США, хранит все более растущее количество отработанных топливных стержней в бассейнах временного хранения на АЭС, где они защищены с такой же степенью безопасности, которая предусмотрена для электростанции.

Данные, представленные в четверг Tokyo Electric Power показывают, что большинство опасного урана на АЭС на самом деле содержится в отработанных топливных стержнях, а не внутри самих активных зон реакторов. По данным компании всего на станции хранилось 11195 сборок топливных стержней.

Помимо этого, в каждом из трех проблемных реакторов, в активном использовании находилось еще от 400 до 600 сборок. Иными словами, подавляющее большинство топливных сборок на проблемных реакторах находятся в бассейнах выдержки, а не самих реакторах.

Теперь эти бассейны выдержки оказываются ахиллесовой пятой АЭС, вода в бассейнах либо выкипает или же утекает из их оболочек, попытки же добавления воды терпят неудачи. Хотя отработанные топливные стержни генерируют значительно меньше тепла, чем более новые, имеются убедительные свидетельства того, что топливные стержни начали плавиться, излучая чрезвычайно высокий уровень радиации. Японские власти изо всех сил старались в четверг, пытаясь добавить больше воды в бассейн выдержки на реакторе № 3.

Четыре вертолета сбрасывали воду лишь для того, чтобы она была рассеяна сильным бризом. В попытках распылить воду на бассейны, были развернуты водометы, установленные на полицейские грузовики - оборудование, предназначенное для разгона бунтовщиков. Неясно, удалось ли этим чего-нибудь добиться.

На этой неделе ученые-атомщики всего мира выражали удивление тем, что бассейны выработки могли стать источником таких проблем. "Я удивлен тем, что они не могут удержать воду в бассейнах", сказал Роберт Альбрехт, специалист со стажем в области ядерной энергетики, который работал в качестве консультанта в японской индустрии по производству ядерных реакторов в 1980-х годах, а затем посещал реактор Фукусима Даи-ичи.

Очень высокие уровни излучения над бассейнами выдержки, указывают на то, что вода в бассейнах глубиной 13 метров ушла настолько, что топливные сборки высотой более 4-х метров, на несколько часов оголились и начали плавиться. Сборки отработанных топливных стержней излучают меньше тепла, чем новые сборки внутри активной зоны работающего реактора, но выделяют при этом достаточно тепла и радиоактивности, поэтому они должны продолжать быть покрытыми 9-метровым слоем циркулирующей воды, для предотвращения чрезмерного разогрева.

В среду, председатель комиссии по ядерному регулированию США Gregory Jaczko, сделал сенсационное сообщение о том, что бассейне выдержки, расположенном на верхней части реактора № 4 практически не осталось воды и выразил серьезную обеспокоенность по поводу радиоактивности, которая могла бы в результате высвободиться. В этом бассейне выдержки хранится 548 сборок топливных стержней, которые были извлечены из реактора лишь в прошлом в ноябре и декабре, при подготовке реактора для технического обслуживания, и могут выделять больше тепла, чем более старые сборки в других бассейнах выдержки.

Ученые-атомщики сообщают, что даже без рециркуляции воды, должно пройти много дней до того момента, как вода в бассейне испарится. Поэтому, столь молниеносное испарение или даже выкипание воды является загадкой, поднимая вопрос о том, не могла ли в бассейнах произойти утечка.

Майкл Фридлендер, бывший старший оператор ядерной электростанции, который проработал 13 лет на трех американских реакторах, говорит, что бассейны выдержки,
как правило, имеют вкладыш из нержавеющей стали толщиной 20 мм, опирающийся на железобетонное основание. Так что даже если вкладыш поврежден, по его словам "без разрушения бетона воде некуда будет уйти".

На каждой из противоположных сторон бассейна находятся стальные ворота, высотой более 5 метров, с резиновыми уплотнениями, используемые для загрузки свежих топливных сборок в реактор, а также выгрузки и хранения отработанных сборок. Г-н Фридлендер сказал что эти ворота рассчитаны на то, чтобы противостоять землетрясениям, но утечки могли возникнуть из-за силы землетрясения в прошлую пятницу, толчки которого, по оценкам в настоящее время, достигали величины в 9,0 баллов.

Даже если вода хлынула из ворот, до верхней части сборок топливных стержней, по-прежнему должно оставаться около 3 метров воды,.

Когда вода в бассейне исчезает, остаточное тепло
в урановых топливных стержнях после их пребывания в ядерном реакторе продолжает разогревать циркониевые оболочки стержней. Это вызывает окисление циркония, образование ржавчины, возможно даже загорание, которое разрушает целостность оболочки стержня, откуда под давлением начинают вырываться радиоактивные газы, такие как пары йода, накопившийся в стержнях за то время, которое они провели в реакторе, сказал г-н Альбрехт.

Каждый стержень внутри сборки содержит вертикальную стопку
цилиндрических гранул оксида урана. Эти гранулы иногда
спекаются вместе за время нахождения в реакторе, и в этом случае они могут продолжать стоять даже после сжигания оболочки. По словам г-на Альбрехта, если гранулы стоят вертикально, то даже при исчезновении воды и циркония, реакция ядерного деления не начнется.

Однако на этой неделе в TEPCO заявили, что в бассейнах выдержки существует шанс "субкритичности" - то есть, уран в топливных стержнях может стать критическим, в ядерном смысле, и возобновить процесс деления, который ранее имел
место внутри реактора, извергая радиоактивные побочные продукты.

Г-н Альбрехт сказал, что это очень маловероятно, но может случиться если стеки гранул упали и перемешаны вместе на полу бассейна выдержки. TEPCO в последние годы меняла расположение стеллажей в бассейне, для того чтобы поместить большее количество сборок в ограниченное пространство бассейна выдержки.

Если возникла «субкритичность», то добавляя чистую воду можно на самом деле лишь ускорить процесс деления. Власти должны добавить воду с большим количеством бора, как они и пытались делать, т.к. бор поглощает нейтроны и прерывает ядерную цепную реакцию.

Если «субкритичность» имеет место, уран начинает разогреваться. Если происходит большое количество делений, что может произойти только в крайнем случае, уран будет проплавляться через все что под ним расположено. Если при этом на его пути встретится вода, то произойдет паровой взрыв и возможен разброс расплавленного урана.

В Даи-ичи, каждая сборка имеет либо 64 крупных топливных стержня или 81 несколько меньших топливных стержня, в зависимости от поставщика, который ее поставляет. Типичные сборки в общей сложности содержат примерно 135 кг. урана.

Одной большой проблемой для японских чиновников является то, что реактора № 3, бывший в четверг основной целью вертолетов и водометов, использует новые и различные виды топлива. Он использует смесь оксидов, или MOX-топливо, которое содержит смесь урана и плутония, и может выделять более опасный радиоактивный шлейф, при рассеяннии во время пожара или взрыва.

В соответствии с информацией от TEPCO, 32 из 514 топливных сборок в бассейне на реакторе № 3 содержат МОХ.

TEPCO сообщила очень мало сведений о крупнейшем хранилище отработанных сборок на АЭС: 6291 сборки расположены в общем бассейне выдержки находящемся на территории станции сразу же за пределами внешней оболочки реактора № 4.

Япония надеется решить проблему накопления отработавшего топлива с помощью крупномасштабного плана по переработке стержней в топливо, которое будет возвращать его в ядерную программу. Но, еще до землетрясения в пятницу, этот план был подвержен многочисленным неудачам.

Центральное место в планах Японии отводится обьекту по переработке в деревне Роккасе, стоимостью 28 млрд. долл., к северу от зоны землетрясения, который мог бы извлекать уран и плутоний из стержней, использованных при создании MOX-топлива. После бесчисленных задержек при строительстве, в 2006 году начались тестовые запуски, и оператор завода, Japan Nuclear Fuel, заявил что работа начнется в 2010 году.
Однако, в конце 2010 года, его открытие было отложено на еще два года. Предприятие по изготовлению MOX-топлива также еще находится в процессе строительства.

Чтобы завершить процесс переработки ядерного топлива, Япония также построила Мондзю, реактор на быстрых нейтронах, который начал работать в полном объеме в 1994 году. Однако через год, после пожара от утечки натрия, завод был закрыт.

Несмотря на подозрения в том, что оператор, полугосударственное японское агентство по атомной энергии, скрыло серьезность аварии, Мондзю снова начал работать на неполную мощность, достигнув критичности, или устойчивой ядерной цепной реакции в реакторе, в мае.

Еще одно предприятие ядерной переработке в Tokaimura было закрыто в 1999 году, после того как в результате аварии с
экспериментальным реактором на быстрых нейтронах, сотни людей поблизости были облучены, а двое рабочих погибли.

Многие из этих объектов были поражены при мощнейшем землетрясении в пятницу. Бассейн выдержки отработавшего топлива в Роккасе переполнился, электропитание на заводе было отключено с переходом на резервные генераторы. По информации от Гражданского центра ядерной информации (анти-ядерного неправительственного комитета) около 3000 тонн топлива хранятся в Роккасе. Но завод, построенный высоте 55 метров над уровнем моря, был избавлен от разрушительного цунами, которое последовало за землетрясением. По информации компании, электропитание было восстановлено в понедельник.