Principi di design – considerazioni

Ecco alcune considerazioni tecniche e note sul disegno della installazione nucleare colpita da incidente in Giappone:

1. CLUSTER DI REATTORI

L’idea di cotruire cluster di reattori su un oceano che e` soggetto a potenziali scosse sismiche si poteva evitare o si poteva proteggere meglio l’impianto semplicemnte diversificando i sistemi di protezione tra le varie unita`. Una scossa di terremoto, di magnitudo inferiore, aveva anni fa danneggiato un altro cluster di reattori in  Giappone situato sull’altra costa (impianto di Kashiwazaki-kariwa).  Quindi   i Giapponesi hanno prima costruito impianti  a cluster, ignorando noti principi di design come la ben nota regola di proteggerli dalle cosidette cause di fallimento comune (ovvero da cause esterne che possano creare simili situazioni incidentali, come la Tsunami che ha dannneggiato i sistemi di backup elettrico di tutte le unita’), e poi ignorato la evidenza empirica di tale teorema fornita da incidente a Kashiwazaki-kariwa, evitando di prendere precauzioni in merito (tipo costruire barriere di protezione tra impianto e impianto e diversificare sistemi ausiliari esterni).

2. SISTEMI DI PROTEZIONE

Le unita colpite dal sisma sono di seconda generazione. Tali impianti non sono stati disegnati includendo nel design sistemi di protezione passiva. Questo significa che le operazioni in caso di incidente sono guidati da operatori e in caso automatizzate necessitano comunque di un imput (per esempio corrente elettrica). Per esempio un impianto di terza genarazione evoluto come AP 1000 di Westinghouse e` dotato di sistemi di raffreddamento passivi, ovvero che entrano in azione automaticamente (grazie a principi quali la gravita`) al subentrare di anomalie di temperatura, calore o pressione. Non avendo tali dispositivi, ed essendo esposte a pericolo Tsunami, si sarebbe dovuto diverisficare i sistemi di protezione, creare dei muri piu alti di quelli di 2 metri previsti, e sopraelevare le stazioni di backup elettrico (diesel generators) in modo che onda anomala vi fluisse sotto senza dannegiarli. Tutti accorgimenti ben noti e adottati da altri paesi del mondo (per esempio l’india). Quindi in questo caso design significa valutare le soluzioni adottate da altri paesi e valutarle. Il costo di queste soluzioni sarebbe stato minimo con risultati molto diversi da quelli che abbiamo visto.

3. CULTURA NUCLEARE IN GIAPPONE

Il Giappone ha intrapreso scelte in materia di nucleare molto spesso non condivise dalla comunita` internazionale. Era inoltre noto che la gestione del programma nucleare non sia stata caratterizzata della richiesta trasparenza comunicativa. Due soli esempi: nel 2002 sempre l’impianto di Kashiwazaki-kariwa era stato fermato per falsificazione di dati relativi alla sicurezza nei confronti degli ispettori della agenzia nazionale per la sicurezza. Nel 2008 il Giappone ha completato l’impianto di riprocessamento di Rokkasho. Tale impianto, situato su una faglia soggetta a rischio sismico, ha un deposito di combustibile nucleare con una capacita’ pari a circa 3000 tonnellate. L’impianto, voluto per un forte desiderio nazionalistico di chiudere il ciclo del combustibile nucleare, cosi come e` stato costruito e` facilmente esposto a rischio di furto di combustibile. Con le attuali strumentazioni di rivelazione di radiazione e` infatti difficile calcolare con precisione se del materiale manca dall’inventorio, specie se sottratto in piccole quantita’. Dunque, nonostante in moniti della agenzia internazionale per la energia atomica (IAEA) il Giappone, ha preso rischi sia nel campo della sicurezza che in quello della proliferazione, ben piu alti di quelli ammessi dalle regole vigenti in molti paesi, e tollerati dalle istituzioni internazionali come la IAEA.

RIEPILOGO

Il design di un reattore, va visto dentro un contesto piu ampio che e` quello del societa’, del sistema normativo, e delle pratiche di management, in cui questo e` inserito. Dunque per valutare il rischio di incidente si devono guardare le regole di design di un impianto (sistemi fisici di protezione) ma anche quelle di gestione (sistemi umani) e le leggi (includendo il loro rispetto). Il Giappone e` un paese tecnologicamente molto evoluto, con pratiche di management all’avanguardia come il lean manufacturing, e contraddistinto da una societa’ onesta e con precise regole gerarchiche. Tuttavia la industria nucleare giapponese ha dato in piu occasioni motivo di distinguersi dal resto del suo contesto industriale, mancando di trasparenza e spesso violando una o piu’ delle succitate barriere. Diesel generator non testati, moniti alla sicurezza ignorati, procedure non rispettate sono solo alcuni esempi di conseguenze dovute a un management e di un sistema di public policies non adeguato a un paese con cosi spinte ambizioni nucleari e cosi esposto a rischio terremoto.

Ultime notizie (link utili)

Sotto riportati alcuni link utili a vedere notizie rilasciate da enti coinvolti o competenti a rilasciare notizie riguardo l’incidente:

Governo Giapponese – agenzia che rivela livello di radiazione attorno a impianto:

http://www.mext.go.jp/component/a_menu/other/detail/__icsFiles/afieldfile/2011/03/18/1303727_1716.pdf.

Organizzazione mondiale per il nucleare – status dell’incidente e lista operatori colpiti da radiazione durante le operazioni di soccorso e controllo dei reattori:

http://www.world-nuclear-news.org/RS_Progress_by_on-site_workers_1703111.html

Nuclear Energy Institute – notizie e dettagli tecnici sull’impianto giapponese:

http://nei.cachefly.net/newsandevents/information-on-the-japanese-earthquake-and-reactors-in-that-region/

TEPCO – societa` che gestisce impianto:

http://www.tepco.co.jp/en/press/corp-com/release/11031606-e.html

Riflessione sulla industria giapponese dal nytimes:

Blog della american nuclear society con notizie su incidente:

http://ansnuclearcafe.org/

Grafico nytimes aggiornato dose rilasciata vicino a impianto:

una analisi dell’incidente in evoluzione fatta da Jim Walsh, amico ed esperto in sicurezza al MIT:

Danni all’impianto

La figura sopra riportata mostra la struttura di ognuna delle unita’ presenti nell’impianto colpito. E` evidente che il fatto che la (alquanto ardita e piu volte contestata) scelta di posizionare un cluser di reattori tutti simili in prossimita` della costa (espsta a eventi sismici e Tsunami) rappresenti una criticita’ per l’intera installazione di Fukishima, cosi come di molti altri impianti giapponesi. Tale criticita` si e` potuta constatare in forma di incidenti simili avvenuti alle unita’ da 1 a 4. da notare come unita` accese sino a poco prima del terremoto siano state danneggiate da incidenti di tipo (1) e (2). Incidente di tipo (3) si e` verificato in unita` 4, probabilmente perche’ essendo stato spento di recente, il combustibile esausto nella pool di raffreddamento era ancora molto caldo. Quello che e` importante evincere dalla figura e` come i tre tipi di incidenti sino ad ora verificatosi nelle varie unita`, non coinvolgano direttamente la parte di protezione che contiene il combustibile attivo (core) e come le esplosioni e incendi abbiano per ora solo dannegiato parti periferiche della struttura esterna (il containment building). Dettagli di tale struttura, impiegata in reattori di seconda generazione possono essere trovati in paper [6] della sezione publications.

Eventi Catastrofici

Magnitudo Heartquakes

Semplicemente pigliando dati riportati da wikipedia ho classificato eventi sismici di rilievo a partire dal 1700.La figura sopra (clicca per vederla a pieno schermo) mostra come la magnitudo del terremoto verificatosi in giappone sia tra le piu alte accadute negli ultimi 300 anni. Tuttavia la relazione tra intensita` di un terremoto e conseguenze, misurate in termini di morti, sebbbene ovvia dipende da vari parametri tra cui la densita’ di popolazione, le tecniche antisismiche impiegate negli edifici, eccetera. Il grafico sotto riportato mostra il livello di preparazione del giappone ad eventi sismici. E` comunque chiaro che eventi indietro nel tempo generano piu decessi, tuttavia si pensi che i morti in Giappone sono in gran parte dovuti alla Tsunami e che a Tokio i vetri dei gratacieli hanno tutti resistito all’urto.

Fatalities due to catastrophic earthquakes

 

radiation at the site

Source: nytimes (vedi sezione link per andare all’articolo che ha pubblicato il grafico)

Un altra misura delle conseguenze generate dal terremoto e` in questo caso data dalla dose di radiazione generata da impianti danneggiati dalla combinazione onda sismica e Tsunami. Il grafico riporta la radiazione misurata nell’aria circostante l’impianto, comaprando i picchi registrati con livelli di dose come la dose annualmente ricevuta da un cittadino in USA o quella ricevuta quando tramite un esame medico (raggi X). Le dosi registate piu alte sono state martedi in corrispondenza del perimetro esterno dell’impianto. Un lavoratore che si fosse trovato in quell’area invece che all’interno dell’impianto, stando un ora fermo fuoi dall’impianto  avrebbe preso una dose di radiazione superiore a quella cumulata facendo un CT body scan integrale.

Quesiti relativi all’incidente

In aggiunta alle spiegazioni della dinamica dell’incidente, e` bene capire che tale incidente e` comune a 3 delle 6 unità presenti nell’impianto di Fukushima. Ogni unità contiene un reattore nucleare di potenza compresa tra i 500 e 700 MW. Le tre unità coinvolte sono quelle che erano attive al momento del terremoto. Le altre tre unità erano invece state spente per manutenzione prima del terremoto. Nelle ultime ore tuttavia, per motivi ancora non accertati e al momento difficili da stabilire, anche l’ unità 4 e` stata coinvolta in un incidente (un incendio).

Perché sono coinvolte tutte e tre le unità?

Per due motivi sostanziali. Il primo, e fondamentale nel capire l’incidente, e` che le tre unità sono adiacenti una all’altra e quindi coinvolte nello stesso modo dal terremoto e dal susseguente Tsunami. Questo significa che la causa esterna che ha innestato l’incidente e` la medesima per tutte le unità. Il secondo motivo e` che le tre unità sono molto simili tra loro, ovvero stesso tipo di reattore, circa stessa età di costruzione (ovvero simili principi costruttivi), taglia di potenza erogata di stessa categoria, e soprattutto sistemi di emergenza e confinamento pressoché identici. Le due motivazioni combinate fanno si che l’innesco dell’incidente sia simile (stesso terremoto, e stessa Tsunami), e che pure l’evoluzione dell’incidente possa avere delle spiccate somiglianze, o per lo meno i medesimi punti di vulnerabilità (per esempio stesso contenitore esterno, o uguale mancanza di sistemi di emergenza sopraelevati rispetto il terreno nei tre casi). Tuttavia senza addentrarsi nei dettagli, e` chiaro che due sistemi identici, quando questi sia composti anche da uomini che ne determinano il funzionamento, seppure sollecitati dalla medesima azione, possano evolvere nel tempo con modalità differenti.

Dunque cosa hanno in comune le sequenze incidentali alle tre unità?

Per quanto detto prima, le tre unità condividono l’evento esterno che ha generato l’inizio l’incidente. Tale evento, in termini tecnici denominato evento iniziatore , e` il terremoto che, dapprima ha generato il distacco della rete elettrica da tutte e tre le unità (e che sono quindi rimaste prive della energia necessaria ad alimentare le pompe che servono ad attivare la circolazione dell’acqua dentro i noccioli dei 3 reattori nucleari) e che poi ha determinato la creazione della onda di Tsunami che circa un ora dopo ha danneggiato i generatori di emergenza progettati proprio per entrare in funzione in caso di black-out dell’impianto.

Cosa e` successo alla unità 4?

La unità 4 era già stata spenta al momento del terremoto per una un’interruzione pianificata. Non e` noto quanto prima fosse stata spenta. Martedì  un incendio ha cominciato a divampare in corrispondenza dell’edificio e successivamente e` stato domato. Una recente comunicazione della TECPO (la società che gestisce l’impianto) rivela che l’incendio e’ stato causato da una perdita di olio da una pompa dell’acqua di raffreddamento. Mercoledì mattina (ora locale giapponese) un altro incendio e` divampato presso la unità 4. Non ne sono note le cause ma solo che l’incendio non coinvolge la piscina di contenimento del combustibile usato.

Cosa e` successo alla unità 2?

A metà pomeriggio del 15 Marzo (orario USA east cost, circa mezzogiorno in Italia) e` stato indicato che c’e un breccia nel contenimento del reattore numero 2. La sovrappressione di unità 2 è stata complicata da una valvola difettosa di pressione, che ha reso difficile l’iniezione di acqua di mare e l’evacuazione del vapore e dell’ idrogeno formatisi all’interno del vessel per i motivi spiegati per le unità 1 e 3. È stato riferito che le barre di combustibile sono rimaste completamente scoperte dall’acqua per ben due volte. Una esplosione si e`verificata presso la unità 2 della centrale danneggiando la camera di soppressione dedicata a far sfiatare il contenitore primario quando sotto pressione. Questo scenario e` dunque diverso dagli incidenti avvenuti alle unità 1 e 3 poiché in questo caso l’esplosione ha coinvolto il sistema di contenimento, mentre negli altri due casi questa e` avvenuta al di fuori di essa. Sembra che la strategia seguita per le altre due unità, e cioè quella di fare sfiatare il contenitore primario attraverso una serie di condotte collegate con l’esterno non abbia funzionato, ma non si hanno dettagli specifici a tal riguardo. Questo guasto e sicuramente più grave per le implicazioni che può avere su uomo e ambiente poiché può portare al rilascio di importanti quantità di materiale radioattivo. Tuttavia perche questo si verifichi, la breccia aperta della esplosione deve portare al definitivo collasso della struttura e il nocciolo del reattore deve fondersi. Per il momento nessuna delle due   eventualità si e` verificata e i 50 tecnici presenti sul sito continuano a iniettare acqua marina all’interno del contenitore in pressione e del edificio di contenimento.

E’ grave quello che e` successo alle unità 1, e 3?

Tutto quello che sta accadendo e` grave, a partire dalle vittime e dai danni generati dal terremoto e dalla Tsunami. Tuttavia gli attuali scenari che coinvolgono gli impianti nucleari, se degenerano, potrebbero costituire una ulteriore disastro. Per il momento (6 p.m. USA east cost) e` solo possibile riscontrare che:

• lo stato dei reattori e` definitivamente compromesso, ovvero non saranno in grado di rientrare in funzione
• basse percentuali di Cesio, Iodio, Xenon e Krypton sono state rilasciate nell’atmosfera;
• le persone colpite da radiazioni sono attualmente gli operatori che alla centrale stanno cercando di risolvere la situazione;
• il rateo di radioattività ambientale misurato a distanza dalla centrale, in aree urbane ad alta concentrazione di persone come Tokio,  e` pari a poche volte in più del fondo naturale misurato (opinione di esperti del MIT)

E’ grave quello che e` successo alle unità 2?

Certamente la evoluzione della situazione presso la unità 2 e la principale fonte di preoccupazione poiché il contenitore che impedisce il rilascio di radioattività verso l’esterno e’ rimasto danneggiato da una esplosione.

Come si sarebbe potuto evitare questo incidente?

Ponendo i generatori diesel sopra il livello del mare su apposite banchine sotto le quali possa fluire l’acqua spostata dalla Tsunami. Simili precauzioni sono state prese in altri paesi esposti al rischio Tsunami come l’India. Oppure i muri costruiti per evitare all’esondazione di raggiungere i generatori diesel dovevano essere costruite più alte. Tale altezza era stata stimata immaginando onde alte al massimo tre metri e non dieci metri.

Un’altra scelta plausibile avrebbe potuto essere quella di non costruire i reattori a ridosso dell’oceano ed eventualmente di utilizzare delle torri di raffreddamento invece che l’acqua del mare.

 

Infine, come molti media di oggi fanno notare, i reattori erano vecchi e dotati di sistemi obsoleti, oltre che soggetti un naturale degrado imputabile al tempo trascorso della data della loro attivazione (l’unita’ 1 era infatti stata costruita nel 1970 ed era pianificato che venisse spenta definitivamente proprio alla fine di Marzo). Dunque una critica che senza dubbio può essere fatta alla autorità per la sicurezza giapponese e` quella di come mai in una zona ad alto rischio sismico si tengono accesi impianti obsoleti  fino all’ultimo giorno legislativamente concessogli. Non valeva la pena per un paese, che vanta i migliori tempi e costi di realizzazione di impianti nucleari al mondo, di essere scrupolosi e chiudere in anticipo queste unità per costruirne delle nuove?

 

Quali le implicazioni sull’ambiente e sull’uomo dovuti agli scoppi e agli incendi all’impianto?

Informazioni sequenza incidentale di Fukishima I

Sequenza incidentale alla stazione Fukishima I-1 (fornita da ANS)

• L’impianto e` stato prontamente spento in coincidenza della prima grande scossa di terremoto. Il sistema automatico di spegnimento di barre di assorbimento poste alla base del contenitore in pressione ha dunque funzionato come previsto nel caso di scossa sismica di questa entità.
• A seguito della scossa di terremoto l’impianto e` rimasto senza alimentazione esterna (black-out dovuto a danneggiamento della rete elettrica) rimanendo dunque senza l’energia elettrica necessaria ad alimentare i sistemi di sicurezza, in particolare quelli adibiti alla circolazione dell’acqua all’interno del recipiente in pressione.
• Il sistema di backup disegnato per fare circolare acqua nel reattore dopo il suo spegnimento, ed alimentato da generatori diesel posti all’esterno dell’edificio reattore, e’ entrato in azione regolarmente e come previsto in caso di black-out.
• Un ora dopo lo spegnimento del reattore, i generatori diesel già attivati per rimuovere il calore di decadimento (si noti che anche dopo essere spento un reattore nucleare continua e generare una piccola percentuale della sua potenza per alcune ore. Tale potenza genera calore che deve essere rimosso dalle barre di combustibile per evitare che queste si fondano) sono stati colpiti e messi fuori uso dalla Tsunami.
• Un condensatore è stato utilizzato per rimuovere il calore di decadimento del reattore di arresto.
• A quanto pare l’impianto ha subito una piccola perdita di liquido di raffreddamento del reattore.
• Il sistema di pompe denominato Reactor Core Cooling Isolation (RCIC), che funzionano con il vapore dal reattore, e’ stato  utilizzato per sostituire l’inventario d’acqua nel reattore, purtroppo tale sistema non ha potuto continuare ad operare più di quanto concesso dalle batterie a corrente continua in dotazione con questo sistema.
• La corrente continua delle batterie è stata consumata dopo circa 8 ore.
• A quel punto, l’impianto ha subito un blackout completo.
• Al passare delle ore, l’inventario delle acqua nel circuito primario si e’ ridotto e il degrado del nocciolo ha iniziato a verificarsi (attraverso alcuni combinazione di ossidazione di zirconio e fallimento delle camicie di rivestimento del combustibile).
• I generatori diesel portatili sono stati portati sul sito dell’impianto.
• Corrente alternata è stato ripristinata consentendo a un diverso sistema di pompaggio di sostituire inventario d’acqua dentro il recipiente in pressione (vessel) del reattore.
• Nel frattempo la pressione nell’edifico di contenimento e` cresciuta e con esso la temperatura si  è pure innalzata.
• L’edifico di contenimento è stato fatto sfiatare dentro l’edificio che lo circonda.
• L’idrogeno prodotto da ossidazione zirconio è stato scaricato dal contenimento nell’ edificio reattore.
• L’idrogeno nella costruzione del reattore e’ esploso provocando il collasso della parte superiore della struttura.
• Il contenimento e il vessel sono stati segnalati intatti anche dopo la esplosione.
• E’ stata presa la decisione di iniettare acqua di mare nel vessel per continuare il processo di raffreddamento, un altro sistema di backup che è stato disegnato per fronteggiare queste eventualità.
• Le emissioni di radioattività dovute allo sfiato operato verso l’esterno tramite il sistema di ventilazione controllata sembrano essere in diminuzione, dimostrando dunque l’integrità’ del nocciolo e del contenitore esterno.

Informazioni sull’incidente di Fukushima I

Spiegazioni

L’impianto di Fukushima I e` costituito da 6 reattori nucleari adiacenti e simili. Tre unità erano accese poco prima dell’arrivo del terremoto, le restanti tre erano spente per manutenzione. Al momento della scossa, le tre unità in funzione, attraverso dispositivi automatici si sono spente come previsto nel caso di terremoti di magnitudo  elevata come quella riscontrata. Tuttavia la reazione nucleare non si spegne istantaneamente, e una piccola potenza residua, pari circa a qualche percento di quella in condizioni di funzionamento, rimane all’interno del nocciolo affievolendosi nelle ore successive allo spegnimento. Durante tale periodo, le barre di combustibile che compongono il nocciolo del reattore, devono essere raffreddate tramite un sistema di raffreddamento. Il compito di questo sistema e` quello di pompare acqua all’interno del reattore in modo da rimuovere  il calore generato. Dunque per raffreddare servono acqua e elettricità per le pompe che devono iniettare tale acqua nel sistema di raffreddamento. Il terremoto ha danneggiato la linea elettrica che portava la corrente necessaria al funzionamento delle pompe. Nonostante il black-out, dei generatori diesel, situati al di fuori di ogni unità,  permettono di fornire corrente anche in questa situazione. I generatori diesel son dunque entrati in funzione regolarmente e l’acqua all’interno dei reattori ha iniziato a refrigerare le barre di combustibile. Tuttavia, dopo circa un’ora, la violenta e straordinariamente grande onda (Tsunami) ha colpito la costa orientale del Giappone dove gli impianti sono situati. Gli impianti si affacciano sul mare e, sebbene un muro di protezione in cemento fosse stato disegnato per impedire ad onde anomale di raggiungere l’impianto, le tre unità sono state raggiunte dall’onda che ha danneggiato tutti e tre i generatori diesel adibiti per portare elettricità ai sistemi di raffreddamento. A questo punto l’impianto di Fukushima I si e’ trovato completamente senza corrente e quindi non in grado di iniettare acqua all’interno dei 3 reattori spenti da solo un ora. Per avere uno spegnimento completo del reattore servono invece diverse ore, dunque i reattori in assenza di acqua hanno iniziato a riscaldarsi. In particolare la prima e la terza unità hanno iniziato a surriscaldarsi generando l’evaporazione dell’acqua contenuta nel recipiente che avvolge le barre di combustibile (detto anche recipiente in pressione, o vessel). A complicare la situazione sembra che il recipiente della prima unità, a causa del terremoto, abbia anche sofferto di una piccola perdita di acqua. Nella malaugurata eventualità che si verifichi un incidente che determini la perdita di liquido refrigerante o la perdita della linea elettrica ( e nel caso della prima unità si son verificate entrambe), e` consuetudine depressurizzare il reattore. Questa operazione viene fatta aprendo delle valvole disposte sul contenitore in pressione. La miscela di vapore d’acqua non viene liberata all’esterno bensì condotta in una piscina di soppressione situata all’interno dell’edificio reattore. Lo scopo della piscina d’acqua e` di assorbire parte del vapore radioattivo creatosi nel vessel (trasformandolo in fase liquida cosi da non fare salire la pressione del contenimento. Ridurre la pressione del vessel serve a facilitare l’iniezione d’acqua al suo interno e quindi  a raffreddarlo. Questa procedura era entrata in azione immediatamente in atto dopo il terremoto, e anche questa correttamente. Tuttavia quando i generatori diesel hanno smesso di funzionare, l’acqua all’interno del vessel ha iniziato ad evaporare molto velocemente a causa della mancata iniezione di acqua fresca aggiuntiva. L’acqua e’ scesa di livello, lasciando parte delle barre di combustibile scoperte e quindi non refrigerate. La temperatura delle barre e` salita alimentando ulteriormente la creazione di vapore a discapito della fase liquida, e quindi riducendo ulteriormente il livello dell’acqua nel vessel.

Spiegazione delle esplosioni verificatesi presso le unità 1 e 3

Prima di capire le dinamiche generate dal meccanismo appena descritto, e’ bene fare una precisazione sulle strutture di protezione fisiche di un reattore. Il reattore ha tre protezioni fondamentali, e concentriche: la prima e’ la guaina di metallo che ricopre le barre di combustibile che serve a non disciogliere il materiale radioattivo nell’acqua refrigerante (l’acqua sempre presente nel sistema e’ pure una barriera protettiva al sistema). La seconda e` il recipiente in pressione (detto vessel) che serve a impedire la fuoriuscita di materiale radioattivo e di acqua contaminata qualora la prima barriera si rompa. La terza e` il contenimento in cemento armato che impedisce il rilascio nell’atmosfera di materiale radioattivo qualora il vessel abbia delle perdite o si rompa. Infine esiste un edificio attorno al contenimento che serve a proteggere quest’ ultimo semplicemente dagli agenti atmosferici.  Le guaina di rivestimento delle barre di combustibile e’ fatta di un materiale composto di una lega chiamata zirconio. Se lo zirconio è sufficientemente caldo e si trova in presenza di ossigeno (il vapore fornisce l’ossigeno), allora può subire una reazione che produce idrogeno gassoso. L’idrogeno a concentrazioni superiori al 4% è altamente infiammabile e se miscelato con ossigeno e in ambiente costretto (ovvero sotto pressione) può detonare. Sebbene le alte concentrazioni di vapore acqueo impediscono all’ idrogeno di detonare (e quindi di portare a una esplosione da idrogeno dentro il vessel dove sono presenti le barre di combustibile), la creazione e l’accumulo di idrogeno generano un innalzamento della pressione all’interno del vessel. A seguito del repentino innalzamento di pressione si e` deciso di fare abbassare la temperatura del vessel, rilasciando direttamente il vapore nell’atmosfera. Sebbene questo vapore fosse contaminato rilasciarlo nell’atmosfera avrebbe permesso al vessel di ridurre la sua pressione e quindi di ridurre i rischi di una sua esplosione e di una fusione completa delle barre di combustibile. Le fasi successive a questa operazione non sono ancora state chiarite ufficialmente tuttavia quella che segue sembra essere la spiegazione più probabile di quello che e` accaduto. Si è deciso di far sfogare il vapore all’esterno, ma apparentemente non rendendosi conto che alcune tubazioni collegate direttamente con l’esterno del contenimento sfociavano all’interno dell’edificio reattore, ossia dell’edificio esterno senza una funzione di sicurezza ma solo con funzione di protezione da agenti meteorologici.  A questo punto, il gas vapore e idrogeno si sono mescolati con l’aria nella parte superiore della costruzione del reattore. Questa operazione dopo essere stata ripetuta per diverse ore, e a seguito dello scoccare di una scintilla probabilmente generata da qualche apparecchio elettrico presente in questa intercapedine, ha generato la esplosione dell’ edificio di rivestimento esterno della unità 1 e 3. L’ esplosione ha scoperchiato l’edificio del reattore senza tuttavia danneggiare o compromettere l’edificio di contenimento in cemento armato e fondamentale per il non rilascio nell’atmosfera di materiale radioattivo nel caso di fusione del nocciolo (evento per il momento non verificatosi). In aggiunta alle operazioni appena descritte, al fine di evitare la scopertura delle barre di combustibile e quindi la fusione del nocciolo del reattore, acqua marina e` stata iniettata all’interno del vessel probabilmente usando dei generatori diesel portati sul sito. L’iniezione di acqua salata porta alla degradazione delle strutture. Tale degradazione e` tuttavia misurabile in un arco di tempo dell’ordine di settimane e quindi quando i reattori saranno oramai del tutto spenti, ossia non costituiranno più una forma di pericolo.

Variazioni del livello di radioattività ambientale a seguito delle esplosioni

Subito dopo le esplosioni si sono verificati picchi nei livelli di radiazione rilevata in prossimità dell’ impianto e dovuti al materiale radioattivo presente nel vapore fatto sfogare al di fuori dell’impianto. Quando il rivestimento in lega di zirconio ha ceduto a causa delle alte temperature raggiunte, oltre a produrre idrogeno, ha anche liberato alcuni prodotti di fissione. La stragrande maggioranza dei materiali radioattivi e’ rimasta all’ interno del vessel. Tuttavia, alcuni dei prodotti di fissione sono gas nobili (Xenon, e Krypton) dunque per definizione altamente volatili e quindi rilasciati assieme all’idrogeno rilasciato nell’ambiente. Fortunatamente, questi gas non costituiscono un grave pericolo radiologico, perché sono chimicamente inerti, ossia non reagiscono con gli esseri umani o piante. Tuttavia anche una minima parte di radionuclidi in fase solida ( tipicamente Iodio e Cesio) può essere stata trascinata dal vapore. Questi radionuclidi si sono accumulati nell’intercapedine tra edificio di contenimento ed edificio reattore. Quando quest’ultimo e` esploso, i radionuclidi sono stati rilasciati nell’aria e generando il picco di radiazione ambientale rilevato dalle imbarcazioni americane situate sulla costa. Questa crescita di radiazione immediata e` stata seguita da un rientro delle condizioni di radioattività ambientale, confermando quindi l’ ipotesi che il picco fosse una conseguenza di un rilascio che avrebbe dovuto essere graduale nel tempo (poiché generato dallo sfiato del reattore) ma che ‘ invece stato repentino (poiché associato allo scoppio dell’edificio reattore). La diminuzione del livello di radiazione che e` seguito al picco conferma inoltre  il non danneggiamento dell’edificio di contenimento e quindi il non rilascio di materiali radioattivi invece pericolosi ed altamente tossici che possono accompagnare un incidente di fusione del reattore (anche questo non verificatosi).

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