Minulý týden jsme si připomněli výročí jednoho z nejsilnějších zemětřesení a cunami v historii lidstva, které způsobilo havárii japonské jaderné elektrárny Fukušima. Světová jaderná komunita na to reagovala posilováním bezpečnosti jak stávajících, tak nových bloků a napnula úsilí k tomu, aby se podobná havárie nemohla zopakovat.
(Zdroj: TEPCO)
Co se odehrálo v JE Fukušima
Vysvětlení toho, k čemu přesně ve Fukušimě v březnu 2011 došlo, nám poskytne Vladimír Wagner z Ústavu jaderné fyziky AV ČR, který se touto havárií dlouhodobě zabývá:
„Možná nejlépe bude vysvětlit podstatu havárie pomocí srovnání události v Černobylu a Fukušimě. Ve Fukušimě vyvolala havárii největší přírodní katastrofa, se kterou se lidská civilizace setkala. Zemětřesení vyvolalo automatické vypnutí štěpné řetězové reakce. Zde pracovala elektrárna přesně, jak měla. A to bylo to klíčové, co se nezdařilo v Černobylu.
V tom okamžiku klesá uvolňovaný výkon k procentu a níže a je více času na řešení problémů. Ztrátu dodávek elektřiny z vnějších vedení nahradily dieselové agregáty. Tři odstavené bloky se začaly dochlazovat. Intenzivní teplo se totiž uvolňuje i po zastavení štěpné řetězové reakce rozpadem radionuklidů. Vše bylo v pořádku.
Po necelé hodině přišlo cunami, které zalilo areál a také dieselagregáty, které byly bohužel umístěny v suterénu. Přežily některé baterie, ale ty měly hodně omezenou kapacitu. Tři právě odstavené bloky tak postupně ztrácely schopnost chlazení. Teplota palivových souborů stoupala a došlo k odhalení aktivní zóny. To vše trvalo hodiny a dny, během nichž se podařilo provést evakuaci obyvatelstva a připravit se na následující události. Ty byly dány tím, že vysokoteplotním rozkladem vody a také interakcí zirkonia v povlaku palivových článků se produkoval vodík. Reaktory ve Fukušimě, na rozdíl od černobylských, mají kontejnmenty. Ty jsou však malé a neobsahují zařízení na likvidaci vodíku. Opatření proti výbuchu vodíku je tak řešeno vyplněním kontejnmentu dusíkem.
Pokud se však do reaktoru měla vstřikovat pomocí náhradních prostředků voda, musel se snížit tlak uvnitř způsobený vysokým tlakem páry. Proto se po evakuaci obyvatel z okolí elektrárny ventilačním systémem provedlo odpuštění páry z kontejnmentu. Tím se však vodík dostal do jiných částí budovy a při dostatečné koncentraci a setkání s kyslíkem explodoval. K vodíkovému výbuchu došlo v horní části budovy prvního a třetího bloku. Došlo k němu i v budově čtvrtého bloku, kam se vodík dostal přes společný ventilační systém třetího a čtvrtého bloku. Ve druhém bloku k výbuchu vodíku nedošlo, protože exploze na třetím bloku vytvořila ve stěně bloku díru a zároveň pracovníci vytvořily otvory, které umožnily únik vodíku pryč z budovy a koncentrace potřebná k výbuchu se nevytvořila.
Po ventilaci bloků bylo možné přistoupit ke vstřikování vody do reaktorů a zajistit chlazení. Dalším problémem, který bylo třeba řešit, bylo chlazení bazénů s vyhořelým palivem, které jsou mimo kontejnment. Tam ovšem bylo na řešení mnohem více času. Hlavním problémem byl z tohoto hlediska čtvrtý blok, kde byl reaktor prázdný a veškeré palivové soubory byly v bazénu. Zajištění havarijního chlazení reaktorů a bazénů a dochlazení reaktorů pak nakonec trvalo řadu týdnu i měsíců a stavu „studeného odstavení“ bylo oficiálně dosaženo až v prosinci 2011.“
Reakce na Fukušimu u stávajících bloků
Světová jaderná komunita na tuto událost reagovala několika způsoby, které měly za cíl zvýšit bezpečnost jaderných elektráren. Docházelo k přehodnocování přístupů v jaderné bezpečnosti a k doplňování nových bezpečnostních systémů.
Vladimír Wagner to vysvětluje: „Zkušenosti z Fukušimy vedly k tomu, že se i u dalších jaderných elektráren začalo uvažovat o možnosti extrémních událostí, které by ji mohly zasáhnout třeba jednou za tisíce let. Pochopitelně to pro vnitrozemské státy nebylo cunami, ale třeba pro Ameriku extrémní tornádo, sucho a rozsáhlé požáry či naopak záplavy. U nás například extrémní sněhová bouře či extrémní vichřice a deště. Stress testy tak kontrolovaly, zda některá z důležitých částí elektrárny nebude při zmíněných událostech poškozena a vyřazena. Posilovala se statika budov, které chrání důležitou infrastrukturu, i chladících věží. Další oblastí bylo testování, jak budou jednotlivé části elektrárny reagovat i na extrémní varianty teroristických útoků.“
Dále stávající i rozestavěné bloky prošly tzv. stress testy, které kontrolovaly bezpečnostní rezervy nad rámec platné legislativy. Konkrétní příklady nových opatření si uvedeme na reaktorech VVER, které jsou provozovány i v Česku.
Jaderná elektrárna Dukovany prošla stress testy v roce 2011 a jejich závěrem podle ČEZu bylo potvrzení skutečnosti, že robustnost elektrárny Dukovany s technologií VVER-440 poskytuje značné rezervy k odvrácení těžkých havárií. I přes vysokou úroveň bezpečnosti provozu a robustnost použité technologie bylo přijato několik opatření pro další zvýšení odolnosti elektrárny. Mezi ně ČEZ řadí doplnění dalších mobilních dieselgenerátorů a mobilních čerpadel, které jsou nezávislé na stávajících systémech bloků, optimalizaci organizace a školení personálu pro řízení extrémních situací a rozšíření kapacity pro likvidaci vodíku během těžkých havárií.
Podobné zátěžové zkoušky proběhly i v elektrárnách VVER v jejich domovské zemi, v Rusku. Byla například posílena připravenost personálu ke zvládání nadprojektových havárií a jaderné elektrárny byly doplněny konkrétními technickými prostředky (mobilní dieselgenerátory a čerpadla).
Zvyšování bezpečnosti nových bloků
„Je pochopitelné, že zmíněné reakce a stress testy proběhly i u nově budovaných elektráren a zaměřily se i na reaktory III. generace. Návrh bloků se nezměnil dramaticky, ale ke změnám došlo, a i ty byly důvodem ke zpožďování zmíněných staveb. Vzhledem k tomu, že tyto elektrárny budou fungovat déle než šedesát let, bylo pečlivé zvážení zkušeností z Fukušimy opravdu nezbytné a užitečné. Spíše než dopady do konstrukce samotných bloků, se opatření projevila do infrastruktury celé elektrárny,“ uvádí Vladimír Wagner.
V Rusku byly v roce 2011, kdy došlo k havárii ve Fukušimě, rozestavěny čtyři bloky VVER-1200 generace III+ a i ty patřily mezi upravované bloky. Například kapacita pasivních systémů pro chlazení reaktoru byla zvýšena z 24 na 72 hodin. Tyto bloky ale měly jinou výchozí pozici než stávající elektrárny.
Vladimír Wagner to vysvětluje: „Nedílnou součástí koncepce reaktorů III. generace je vysoké zvýšení bezpečnostních parametrů. Je tak téměř jisté, že reaktory III. generace by situaci ve Fukušimě ustály. Právě evoluce k vyšší bezpečnosti byla u nich cílem. Takže jejich vysoká odolnost je součástí přirozeného vývoje. Přesto byla u všech jejich typů provedena kontrola a posouzení bezpečnostních parametrů právě z hlediska zkušeností získaných při havárii ve Fukušimě I. A také to přispělo k jejich dalšímu zvýšení.“
Nové bezpečnější palivo
Dalším důležitým směrem vývoje pofukušimského zodolňování jaderných elektráren je tolerantní palivo. Všechny lehkovodní reaktory, které jsou po celém světě v provozu, používají zirkoniové pokrytí a tablety z oxidu uraničitého. Menší procento bloků má palivo MOX vyrobené přepracováním použitého paliva, ale tablety jsou opět uzavřeny v pokrytí ze slitiny zirkonia. A jak jsme si řekli na začátku, právě rozklad vody na rozpáleném zirkoniu na vodík a kyslík způsobil výbuch reaktorových budov a únik radiace. Proto výrazně vzrostl zájem o tolerantní palivo, které by tomu předcházelo.
„Právě potřeba, a tedy i vývoj, tolerantního paliva je jednou z výzev, kterou podtrhly události ve Fukušimě. Ukázalo se, že velmi vysoké teploty, dokonce i tavení, palivových souborů hrozí. Je tak důležité každé zlepšení odolnosti palivových souborů proti vysokým teplotám, produkci vodíku i úniku štěpných produktů. Proto se takový vývoj zrychlil u řady dodavatelů paliva pro jaderné elektrárny z celého světa.“ uvádí Vladimír Wagner.
Vývoj tolerantního paliva byl iniciován organizací Nuclear Energy Agency spadající pod OECD v roce 2014 a po osmi letech je vidět obrovský pokrok. Různí dodavatelé paliva se vydali různými cestami.
„Mezi ně patří i Rosatom, který nedávno dokončil druhou etapu vývoje tolerantního paliva pro reaktory VVER i pro západní tlakovodní reaktory. Ve výzkumném reaktoru MIR byl nedávno dokončen druhý cyklus ozařovací kampaně palivových proutků pro toto palivo. I v této oblasti je Rosatom na špici světového vývoje a v budoucnu půjde o jednu z důležitých výhod reaktorů typu VVER,“ popisuje vývoj tolerantního paliva pro VVER Vladimír Wagner.
