Vědci nahlédli do nitra Fukušimy kosmickým zářením. Výsledek nepotěšil

Palivo v prvním fukušimském reaktoru se skutečně mohlo z velké míry roztavit a vytéct, naznačují první předběžné výsledky prosvěcování prvního fukušimského reaktoru kosmickými miony. Pokud to další pozorování potvrdí, znamená to, že se prodraží a prodlouží odstraňování následků havárie.

Co se vlastně stalo ve fukušimských reaktorech? Na tuto otázku nemáme ani po pěti letech od nehody úplně přesnou odpověď. A to především proto, že do nitra tří zničených bloků jsme ještě nenahlédli. Jde o oblasti s nejvyšší mírou radiace, kam lidé ještě dlouho nebudou moci, a přitom složité prostředí, kde si stroje poradí jen těžko.

Schéma experimentu provádějícího tomografii prvního bloku

I proto se zkouší různé metody. Jednou z nich je výzkum nitra reaktorů pomocí mionů kosmického záření (psali jsme o ní i v tomto přehledu). Tyto částice vznikají přirozeně při srážkách částic a jader (hlavně protonů) s vysokými energiemi, které přilétají z vesmíru, s jádry atomů v naší atmosféře.

Miony s hmotou interagují jen velmi slabě a pronikají bez potíží i silnými zdmi reaktorů a ochranných vrstev kolem reaktorů. Ovšem ne každá hmota je pro ně stejně prostupná. Těžká atomová jádra miony pohlcují a odchylují z jejich drah ve větší míře než jádra lehká. Jinými slovy: uranovým palivem proletí méně mionů než stejnou vrstvou oceli nebo betonu. Proto lze pomocí těchto částic najít místa, kde se nacházejí oblasti s vysokou hustotou a s obsahem těžších prvků. V jaderném reaktoru tak můžeme s pomocí těchto částic při delším měření určit místo, kde se s největší pravděpodobností nachází palivo, protože přes něj projde mionů nejméně.

Japonský restart

Jaderná energetika se v Japonsku rozjíždí jen pomalu. Minulý týden požádala společnost Kyushu Electric Power Company japonský úřad pro jadernou bezpečnost NRA o provedení poslední inspekce před spuštěním prvního reaktoru. Bylo to den poté, kdy úřadu dodala poslední nutné dokumenty. Společnost doufá, že inspekce začne 30. března a po jejím úspěšném uskutečnění dá úřad NRA povolení k provozu prvního reaktoru v elektrárně Sendai. Začátkem července by se tak mohla spustit štěpná řetězová reakce. Po intenzivních testech a kontrolách by pak zhruba po týdnu mohl reaktor dodat první elektřinu do sítě.

Komerční provoz by mohl začít koncem srpna po detailních zkouškách. Druhý reaktor elektrárny Sendai nebude zprovozněn před koncem srpna. U něj se zdrželo vypracování některých podrobných dokumentů, které úřad NRA požaduje.

S využitím „mionových očí“ z více stran tak může vzniknout i trojrozměrný obrázek, na kterém jsou vidět kovové části s vysokou hustotou, tedy třeba právě palivové soubory s uranem nebo stěny reaktorové nádoby. Naopak místa vyplněná pouze vodou a vzduchem se projeví jako světlé oblasti, kde nedochází k pohlcování mionů. Tento postup nefunguje jen u reaktorů, můžete tak hledat třeba i chodby v pyramidách.

Přesně to byl důvod, proč se v únoru instalovaly na dvou místech u budovy prvního fukušimského reaktoru velké soustavy detektorů mionů. Jejich práce sice ještě zdaleka neskončila, ale z rozborů dat získaných do současné doby se dá už nyní udělat velmi důležitý závěr: v místě, kde by se měla zobrazovat tzv. aktivní zóna, tedy „srdce reaktoru“, kde probíhá řízená jaderná reakce, není na snímcích žádný stín od uranového paliva. Z toho se dá usuzovat, že aktivní zóna byla v průběhu havárie úplně, nebo z dominantní části zničena.

Kde je palivo teď? Aktivní zóna je nejspíše úplně zničena a tavenina je v nejlepším případě v dolní části reaktorové nádoby. V horším případě je pak až na dně kontejnmentu (tedy druhé ochranné obálky kolem reaktoru, která obklopuje celou reaktorovou nádobu, pozn. red.). Zatím vůbec nevíme, jak velký mohl být únik materiálu mimo reaktorovou nádobu, ale v každém případě jde o negativní zprávu. Likvidace taveniny bude nepochybně náročnější než likvidace nepoškozeného reaktoru.

Ze srovnání získaného obrazu rozborem detekce mionů s modelem vytvořeným z konstrukčních plánů je vidět, že v oblasti, kde by měl být stín vytvořený palivem v aktivní zóně, se žádný stín nenachází.

Stíny vytvořené různými strukturami, kterými miony před dopadem do detektorů procházejí. Pro srovnání je vlevo nahoře model získaný z projekčních plánů reaktorové budovy. Je vidět, že jsou dobře patrné konstrukce související s kondenzátorem havarijního dochlazování a bazén s vyhořelým palivem.

Musí se měřit dál

Je však třeba zdůraznit, že jde zatím o data s relativně malou statistikou a velice předběžná. Bude také potřeba daleko podrobnější analýza a interpretace. Je třeba také zdůraznit, že celý systém měření není vůbec jednoduchý. Identifikace mionů, určení jejich směru a jejich odlišení od signálů způsobených jinými procesy je značně náročný úkol. Proto je třeba počítat s omezenou přesností konkrétních měření, zvláště v tak náročném prostředí, jako je areál zničené elektrárny Fukušima I.

To je vidět i na obrázcích ukazujících dosavadní výsledky měření prvního a druhého detekčního systému. Pro jejich interpretaci se musíme obrátit k modelové simulaci vycházející z projektové dokumentace příslušného reaktoru a jeho budovy. Pomocí simulace lze zjistit, jak by se měly projevit různé součástí budovy (bazény s vyhořelým palivem, stěny kontejnmentu, stěny reaktorové nádoby a také aktivní zóna).

Robot, který by měl v květnu prozkoumat vnitřek prvního fukušimského reaktoru (prostor kontejnmentu).

Na Oslovi se již psalo, že se do prvního kontejnmentu podařilo zavést endoskop a s jeho pomocí do něj nahlédnout a změřit i radioaktivitu uvnitř. Ve výši dna tlakové nádoby reaktoru byla naměřená aktivita nejvyšší a dosahovala hodnoty 11 sievertů za hodinu (to je v podstatě téměř jistě smrtelná dávka za hodinu, pozn. red.). Směrem dolů k hladině vody na dně kontejnmentu se radioaktivita snižovala. Zdá se tedy, že tavenina zůstala na dně tlakové nádoby reaktoru a nedostala se ve větším množství na dno kontejnmentu. Jde však stále o předběžná zjištění, a je tedy nutné je interpretovat opatrně.

Vladimír Wagner

Pracuje na oddělení jaderné spektroskopie v Ústavu jaderné fyziky AVČR v Řeži u Prahy. Zabývá se výzkumem horké a husté jaderné hmoty pomocí srážek relativistických těžkých iontů a možností transmutace jaderného odpadu intenzivními toky neutronů

Byl členem Nezávislé energetické komise II, která pod vedením Václava Pačese a Dany Drábové připravovala pro Ministerstvo průmyslu a obchodu analýzu stavu a perspektiv vývoje české energetiky.

Podrobnější informace by mohl přinést nový robot, který by se měl v květnu dostat do nitra kontejnmentu prvního bloku a jeho vnitřní části by měl podrobně prozkoumat. Robot by mohl konečně přinést přímé informace o tom, zda se roztavené palivo z aktivní zóny dostalo z tlakové nádoby do kontejnmentu a v jaké míře. Mohl by také podrobně prozkoumat stav zařízení sloužícího k ovládání kontrolních tyčí reaktorů. To je u těchto reaktorů umístěno v dolní části reaktorové nádoby a roztavená tavenina z aktivní zóny by musela téci přes něj.

Na druhé straně je pozitivní zprávou, že se konečně začínají získávat konkrétní informace o stavu aktivní zóny. Pokud se podaří průzkum mionů i u druhého reaktoru a roboty úspěšně proniknou do nitra kontejnmentů, může se díky znalosti jejich skutečného stavu začít s přípravou plánů likvidace.

Článek vznikl pro server Osel.cz. Byl redakčně upraven, původní verzi najdete zde.

Podívejte se, jak to uvnitř elektrárny vypadalo v květnu 2011:

11. května 2011