Do nitra fukušimských reaktorů – díky mionům

Po čtyřech letech od havárie jaderné elektrárny Fukušima I se v elektrárně podařilo zajistit cirkulované chlazení zničených reaktorů i bazénů s vyhořelým palivem. To ale není to nejnáročnější.

Jaderná elektrárna Fukušima na snímku z 11. března 2013. | na serveru Lidovky.cz | aktuální zprávy Jaderná elektrárna Fukušima na snímku z 11. března 2013. | foto: Reuters
Jaderná elektrárna Fukušima na snímku z 11. března 2013. | na serveru Lidovky.cz | aktuální zprávy

Od havárie v jaderné elektrárně Fukušima I uběhly už čtyři roky. V řadě oblastí se podařilo dosáhnout při likvidaci následků havárie značných pokroků (současný stav je podrobně popsán v článku na Technetu). A dlohodobý vývoj sleduje cyklus článků na serveru Osel (poslední je zde).

Kam až se palivo dostalo?

Zatím se však pořád málo ví o stavu zničených aktivních zón reaktorů u prvních tří bloků Fukušimy I. Stále je otázkou, do jaké míry se roztavily a kolik roztaveného paliva skapalo na dno tlakové nádoby. Není dokonce vyloučeno, že část paliva se protavila spodní částí reaktorové nádoby a dostala se na betonové dno kontejnmentu.

Stupeň roztavení aktivní zóny by měl být u tohoto reaktoru nejvyšší a je hodně pravděpodobné, že se značná část taveniny mohla dostat až na dno kontejnmentu

Evidence přítomnosti ztuhlé taveniny se zatím nepodařilo prokázat v žádném z bloků. Naopak, přístroj pro měření radiace, který se podařilo prostrčit do vnitřních prostor primárního kontejnmentu, naměřil nejvyšší aktivitu ve výšce, kde je umístěna spodní část tlakové nádoby reaktoru. Aktivita pak rychle klesala, když se přístroj pohyboval dolů a vzdaloval od dna tlakové nádoby – nejnižší byla v blízkosti hladiny vody na dně kontejnmentu.

To by mohlo naznačovat, že dominantní část roztaveného paliva zůstala v tlakové nádobě. I když stupeň roztavení aktivní zóny by měl být u tohoto reaktoru nejvyšší a je hodně pravděpodobné, že se značná část taveniny mohla dostat až na dno kontejnmentu. I z toho je vidět, že každá nová informace o stavu uvnitř konejnmentu je velice důležitá.

Blízko rychlosti světla

Velice zajímavou možností, jak se podívat do nitra kontejnmentu i tlakové nádoby, je tomografie s využitím mionů zrozených v interakci kosmického záření. Miony vznikají v rozpadech pí mezonů, které se produkují ve srážkách protonů i těžších jader kosmického záření s extrémními energiemi s jádry v atmosféře. Při těchto kolizích se jádra tříští a vyražené protony a neutrony i produkované pí mezony mohou tříštit i další jádra v atmosféře. Rozvíjí se tak sprška neutronů, protonů a pí mezonů. Mezony se pak mohou rozpadat za vzniku mionů s velmi vysokou energií.

Propátrat nitro reaktoru je možné pomocí kosmických mionů.

Propátrat nitro reaktoru je možné pomocí kosmických mionů.

Tyto částice, které se pohybují rychlostí blízkou rychlosti světla, pak interagují jen velice slabě s materiálem. Dopadají až na zemský povrch v počtu zhruba 170 na čtvereční metr za vteřinu a i hluboko pod něj – až do hloubek stovek metrů. Miony kosmického záření se tak třeba využívají ke kalibraci detekčních systémů na urychlovači LHC, které jsou v hloubce přes 50 metrů. Jsou také důvodem, proč nás při příliš blízkém výbuchu supernovy nezachrání ani kryt stovky metrů pod povrchem (podrobněji v tomto článku).

A právě tato pronikavost se dá použít ke zkoumání aktivní zóny reaktoru ukryté pod tlustými vrstvami betonu a dalších materiálů

A právě tato pronikavost se dá použít ke zkoumání aktivní zóny reaktoru ukryté pod tlustými vrstvami betonu a dalších materiálů. Využívá se toho, že interakce mionů je mnohem vyšší pro těžká jádra než pro lehká, a navíc se intenzivnější interakcí projeví i místa s vysokou hustotou. Pokud budeme detekovat kosmické miony procházející budovou reaktoru a kontejnmentem, projeví se oblast s uranem, který je tím nejtěžším jádrem a jehož hustota je velmi vysoká, intenzivnější interakcí a změnou směru i absorpcí mionů v daném prostoru. Prostě si danou oblast prosvítíme kosmickými miony a dostaneme její „mionový“ snímek. Pokud to navíc uděláme z více směrů, dostaneme analýzou snímků tomografii příslušných konstrukcí a jejich třírozměrný obrázek.

Než se začne s likvidací

A přesně toto se připravuje v havarované elektrárně Fukušima I. Konkrétní metodu a způsob provedení navrhli vědci z laboratoře KEK, která je jedním z nejznámějších pracovišť částicové fyziky v Japonsku. Známá je právě studiem mezonů a také třeba hyperjader nebo exotických kvarkových systémů. Metoda se testovala i na jiných reaktorech. Již dříve se také kosmické miony využívaly například při průzkumu vnitřních prostor v pyramidách v Egyptě i v Jižní Americe.

V únoru byly instalovány dva systémy pro detekci mionů u prvního bloku. První 9. února na severní straně reaktorové budovy a poté i druhý na západní straně. V druhé polovině února tak mohly být zahájeny testy soustavy. Během března se předpokládá intenzivní měření a na konci tohoto měsíce by mohly být známy první výsledky.

Instalace prvního mionového detekčního systému u prvního bloku.

Instalace prvního mionového detekčního systému u prvního bloku.

Druhá odlišná soustava by se měla instalovat v březnu u druhého bloku. Její dvojici detektorových systémů vyrobila na zakázku firmy Toshiba americká společnost DSIC (Decision Sciences International Corporation). Prozkoumají se tak vnitřní prostory i tohoto bloku. Citlivost a rozlišovací schopnost metody je omezená. Pokud je tak aktivní zóna úplně roztavená a palivo se rozprostřelo v rozsáhlejším prostoru po dně kontejnmentu, bude se jeho přesné rozmístění určovat jen těžko.

Co by mělo jít určit spolehlivě, je stav aktivní zóny. Pokud je jen slabě poškozená, mělo by ji být vidět spolehlivě. A z toho, kolik jí chybí, bude možné odhadnout stupeň jejích poškození. Již v létě by tak mohla být daleko konkrétnější představa o stavu jaderného paliva ve zničených reaktorech, což je nezbytný předpoklad pro začátek jejich likvidace.

Havárie v elektrárně Fukušima I

  • Dne 11. března 2011 zasáhlo Japonsko největší zemětřesení v jeho moderních dějinách. Jeho následkem bylo cunami, které zasáhlo severozápadní pobřeží země. Bylo jedno z největších ve světě za posledních 128 let. V Japonsku tak velkou katastrofu nečekali, a i to bylo důvodem, proč při cunami zahynulo téměř 20 tisíc lidí.
  • Následkem zemětřesení byla havárie jaderné elektrárny Fukušima I. Cunami zalilo náhradní zdroje elektřiny v elektrárně i její rozvody. Nastala tak úplná ztráta zdrojů elektřiny, která byla potřebná pro systémy chlazení.
  • I po zastavení řetězové štěpné reakce se stále produkuje tepelný výkon v rozpadech radioaktivních jader. Než se podařilo zajistit náhradní řešení pro chlazení, došlo k tavení aktivních zón reaktorů, provázené únikem radioaktivních látek.
  • Díky včasné evakuaci a dalším opatřením jsou podle všech relevantních studií zdravotní dopady radiace z Fukušimy zanedbatelné. Také ozáření pracovníků v elektrárně bylo nízké a v mezích hodnot akceptovaných i v jiných oblastech, kde se vyskytuje radiace. Následkem havárie tak na rozdíl od cunami nikdo nezahynul.
  • Ovšem 90 tisíc obyvatel se muselo povinně evakuovat ze silně zasažených oblastí. Dobrovolně pak kvůli obavám z radiace odešlo ze vzdálenějších oblastí dalších téměř 70 tisíc obyvatel.
  • V dekontaminaci a rekonstrukci zasažených oblastí se sice již značně pokročilo, doposud se ale ještě natrvalo nevrátilo okolo 110 tisíc obyvatel.
  • V samotné elektrárně se podařilo zajistit cirkulované chlazení zničených reaktorů i bazénů s vyhořelým palivem. Úplně byl také vyklizen bazén s vyhořelým palivem ve zničeném čtvrtém bloku.
  • Daleko náročnější je zjišťování stavu uvnitř kontejnmentů zničených reaktorů. To je nutné k tomu, aby se rozhodlo o přesném způsobu jejich likvidace.

J. Poděbradský Re: Dokončení dekuji za vasi emotivni odpoved 12:29 9.3.2015
J. Poděbradský Re: Dokončení a pry bez emoci ..... .-DD 15:40 9.3.2015
Hoxlak Zde je preklad... 13:50 6.3.2015
Hoxlak Re: Zde je preklad dekuji 20:34 6.3.2015

Počet příspěvků: 29, poslední 9.3.2015 03:40 Zobrazuji posledních 29 příspěvků.