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Crisi nucleare giapponese: le prime risposte
di Eleonora Presani - lunedì 21 marzo 2011
Farò 3 post successivi, rispondendo alle domande dei lettori che ho considerato più interessanti (e a cui sono in grado di rispondere) e a cui cercherò di rispondere nel modo più chiaro possibile. Ricordo a tutti che sebbene abbia una laurea in Fisica Nucleare e Subnucleare, non ho nessuna conoscenza di ingegneria nucleare o di nessun altro tipo.
Sono certa che Simone può spiegare e correggere le imprecisioni, inesattezze ed errori che posso commettere. Quelli che leggete sono sicuramente riconducibili a me. Il mio lavoro rimane inoltre in un campo diverso, di ricerca “di base” e non applicata alla nostra vita come la fisica che cerco di descrivere. Farò del mio meglio per essere chiara e precisa nelle spiegazioni, ma non pretendo di essere presa come riferimento. Mi baso soprattutto su informazioni reperibili da chiunque sulla rete, e di cui riporto le fonti.
Nel primo post parlerò degli eventi accaduti alla centrale di Fukushima Daiichi, in seguito al terremoto e allo tsunami dell’11 Marzo, cercando di fare un resoconto preciso di ciò che è avvenuto giorno per giorno, nei limiti delle informazioni disponibili. Nel secondo post cercherò di illustrare lo scenario peggiore che possiamo aspettarci in conseguenza a questo disastro. Non possiedo una sfera di cristallo, quindi non credo che le mie previsioni ricalchino quello che avverrà realmente, ma, poiché in molti è sorto il timore delle conseguenze dell’incidente di Fukushima, cercherò di valutare il peggiore scenario attualmente immaginabile.
Nel terzo post cercherò di chiarire che cos’è la radioattività, come e perché è pericolosa per l’uomo, quali sono le dosi naturali, non dannose, le dosi pericolose e le dosi letali. Cercherò inoltre di descrivere il comportamento prescritto dai metodi di radioprotezione per difendersi dalle radiazioni nocive.
Iniziamo con una descrizione degli eventi alla centrale di Fukushima
Introduzione
La centrale è stata spenta correttamente pochi secondi dopo il terremoto e il processo di fissione non è mai ricominciato. Il problema sorto nei giorni successivi è stato causato dal malfunzionamento dei sistemi di raffreddamento dovuto allo Tsunami, un’onda di 10 metri che ha colpito la centrale ad una velocità di 120 km orari. Il sistema di raffreddamento rimane necessario anche dopo lo spegnimento della centrale, perché reazioni secondarie, come quelle del Cesio e dello Iodio radioattivi, persistono anche diversi giorni/settimane dopo che il processo di fissione è terminato.
Durante i primi giorni in seguito allo Tsunami è stato necessario quindi ricorrere a sistemi di emergenza per il raffreddamento dei reattori 1,2 e 3, in funzione prima del terremoto. Nei giorni seguenti, il problema è stato causato dal rallentamento nel ripristinare la connessione elettrica alla centrale. Questo ha causato il riscaldamento delle vasche in cui vengono stoccate le barre di materiale combustibile esausto. Sebbene queste barre di uranio siano già bruciate e non possano quindi ripristinare la fissione, creano comunque del calore. Se lasciate scoperte possono rilasciare elementi di decadimento secondari, e possono fa innalzare notevolmente i livelli di radiazione nei dintorni. È quindi molto importante mantenerle a temperature basse (di norma attorno ai 25 gradi centigradi).
Venerdì 11 Marzo 2011
Alle 14:45 UTC, un terremoto di scala 9, con successivo tsunami, ha colpito la costa orientale del Giappone. La centrale di Fukushima Daiichi, la più vicina all’epicentro del terremoto, aveva 3 dei suoi 6 reattori in funzione. Durante il terremoto il sistema di emergenza è automaticamente entrato in funzione, inserendo le barre moderatrici di sicurezza e fermando immediatamente le reazioni di fissione, che sono state interrotte.
Il terremoto ha causato un black-out dell’intera rete elettrica della zona, causando così il malfunzionamento dei sistemi di raffreddamento della centrale. I sistemi ausiliari di raffreddamento, alimentati da generatori Diesel, sono entrati in funzione, cominciando il raffreddamento dei tre reattori. Il calore di decadimento, ovvero il calore generato da reazioni secondarie quali quelle del Cesio e Iodio ammontava, in quel momento, a circa il 7% della potenza della centrale quando in funzione normale. Dopo un’ora si continua generare ancora l’1,3% del calore prodotto durante il normale esercizio, che si riduce a circa lo 0,49% dopo un giorno. Per avere un’idea di cosa si sta parlando, pensiamo che l’1% del calore di normale esercizio corrisponde a 13,8 MW, equivalenti a circa 450 caldaie di uso domestico.
Approssimativamente 15 minuti dopo il terremoto, un’onda di 10 metri, viaggiante alla velocità di 120 km/h si è infranta sulla costa e sulla centrale di Fukushima, causando la distruzione degli impianti di raffreddamento ausiliari. Ha inoltre danneggiato la camera di raffreddamento a lungo termine dei reattori. Le batterie di emergenza sono entrate in funzione e hanno continuato il raffreddamento per la durata di 8 ore. Nel frattempo tutta la popolazione entro un raggio di 3 chilometri dalla centrale è stata evacuata.
Rapporto del Jaif:
http://www.jaif.or.jp/english/aij/membe ... rgency.pdf
Alle 2:44 di mattina le batterie di emergenza sono terminate. La dissipazione del calore è ora esclusivamente lasciata alla vaporizzazione dell’acqua di raffreddamento. Questo fa aumentare notevolmente la pressione dentro la camera di contenimento. Di conseguenza è necessario rilasciare il vapore nel reattore 1, onde evitare problemi causati dalla pressione troppo alta. Le incamiciature delle barre di uranio sono fatte di una lega a base di zirconio, che a temperature superiori ai 1200 gradi centigradi inizia una reazione con l’acqua, sviluppando idrogeno. Purtroppo questo e ciò che è avvenuto quando è stato emesso il vapore, che quindi conteneva idrogeno molecolare. Questo gas è altamente esplosivo e ha di conseguenza causato l’esplosione nella camera esterna al reattore 1, indicata nella figura 1. L’esplosione ha ferito 4 operatori della centrale, che sono stati trasportati in ospedale. Ricordiamo che questa esplosione (come delle successive) è di natura chimica, e non atomica. La presenza di materiali radioattivi (seppure in quantità minima), quali lo Iodio 131 e il Cesio 137, nel vapore emesso hanno fatto intuire il danneggiamento delle incamiciature del carburante.
Per mantenere la temperatura delle pastiglie di carburante sotto controllo, i tecnici di Fukushima hanno deciso di continuare il raffreddamento dei reattori inserendo acqua marina borata (con l’aggiunta cioè di Boro, un elemento in grado di raccogliere neutroni) nel sistema. Questo sistema ha finora avuto successo nel processo di raffreddamento dei reattori.
L’area di evacuazione è stata estesa a 10 km e l’incidente alla centrale di Fukushima Daiichi è stato classificato di livello 4 nella scala INES (International Nuclear and Radiological Event Scale), ovvero “incidente con coseguenze locali”.
La mattina del 14 Marzo i tecnici hanno cominciato la ventilazione del vapore al reattore numero 3, per diminuire la pressione interna. Si è cominciato in seguito ad inserire acqua marina borata per il raffreddamento anche del reattore 3. In seguito all’esplosione del giorno prima, la zona di Onagawa circostante la centrale ha mostrato letture di radiazione sopra la norma, ma i livelli sono ritornati alla normalità in serata.
La situazione il 13 Marzo è la seguente:
Il reattore 1 è spento, ha subito un’esplosione ed è ora in raffreddamento costante tramite iniezioni di acqua marina.
Il reattore 2 è spento, e il sistema di raffreddamento è rientrato in funzione dopo il terremoto, procedendo al raffreddamento standard.
Il reattore 3 è stato ventilato estraendo vapore ad alta pressione e in seguito i livelli dell’acqua sono stati riportati a livello tramite acqua marina borata.
Il reattore 4 è spento da Novembre 2010, per ispezione, e contiene pastiglie di carburante esauste. Al momento non vi è nessuna perdita di acqua.
I reattori 5 e 6 sono smantellati e contengono barre esauste. Non hanno perdite di alcun tipo.
Lunedì 14 Marzo
La mattina di Lunedì un’esplosione analoga a quella di Sabato ha avuto luogo nel reattore 3, sempre a causa della presenza di idrogeno nel vapore emesso. A seguito dell’esplosione, si è misurata una radiazione di 3130 microSievert/ora nella zona della centrale, scesa poi a 326 microSievert/ora dopo un’ora. (per confronto, 1 radiografia generalmente causa una dose di radiazione assorbita di circa 1milliSv, ovvero stare un’ora nei dintorni del reattore subito dopo l’esplosione corrisponde a fare circa 3 radiografie). Sei operatori sono stati feriti durante l’esplosione. La camera di controllo del reattore 3 rimane operativa e le operazioni di raffreddamento continuano.
Il reattore 1 continua a essere raffreddato tramite acqua marina, mentre il reattore 2 ha ancora il raffreddamento standard, sebbene il livello dell’acqua nelle camere di contenimento sia più basso del normale.
Il direttore generale della IAEA viene messo al corrente della situazione della centrale (
http://www.youtube.com/watch?v=YqiWVO6FNg0). Il governo giapponese distribuisce, come misura precauzionale (cioè non è stato ancora somministrato), dello Iodio stabile agli abitanti della zona circostante la centrale di Fukushima, che si sostituisce allo Iodio radioattivo e ne previene l’accumulo nella tiroide.
Martedì 15 Marzo
La vicina centrale Fukushima Daini ha completato la riparazione dei sistemi di raffreddamento che ora sono in funzione normalmente, rimanendo quindi fuori pericolo. L’attenzione rimane quindi concentrata sulla centrale di Fukushima Daiichi. I reattori 5 e 6 non hanno nessun danneggiamento. Al contrario gli edifici dei reattori 1 e 3 sono gravemente danneggiati dalle esplosioni, ma le camere di contenimento sono intatte. Le radiazioni sono scese a 231 microSiever/ora.
Mentre i reattori 1 e 3 continuano con il raffreddamento tramite acqua marina, in una situazione stabile, il reattore 2 comincia a creare delle preoccupazioni. È infatti necessario inserire dell’acqua di mare anche in questo reattore, poiché le pastiglie di carburante stanno per rimanere scoperte dall’acqua. Se ciò avviene per un periodo di tempo continuato può causare il famoso “meltdown”, ovvero lo scioglimento delle pastiglie stesse. Per questa ragione è stato necessario inserire acqua marina anche nel reattore 2. Nel frattempo, un fuoco è stato osservato nel reattore 4. Sebbene il reattore 4 non fosse in funzione al momento del terremoto, contiene delle pastiglie di carburante esauste, che devono essere conservate all’interno di piscine d’acqua borata. Il fuoco è stato estinto e il reattore 4 non viene ancora considerato a rischio, sebbene abbia causato un picco di radiazione a 400mSv in prossimità del reattore. È una dose molto alta, ma locale. Nel resto della centrale i valori rimangono attorno a 0.6 mSv.
L’area di evacuazione è stata estesa a 20 km.
Il rapporto jaif a fine giornata è il seguente:
http://www.jaif.or.jp/english/news_imag ... 89582P.pdf
Mercoledì 16 Marzo
Inserico qui una mia opinione personale. Questa è secondo me una cosa che va valutata da qualsiasi altra nazione/ azienda che vuole progettare una centrale nucleare. Conservare il materiale esausto in una piscina attorno al reattore non mi sembra una buona idea, alla luce dei fatti di Fukushima. Da questo giorno in poi, infatti, l’allarme è dato dal surriscaldamento di queste vasche.
Un altro problema è causato dal reattore 2. Sembra infatti che parte della piscina di raffreddamento sotto il reattore sia stata danneggiata, come si vede dalla figura 2. La camera di contenimento rimane però intatta e quindi fuori da rischi di contaminazione dell’ambiente esterno.
A fine giornata, si è misurato un livello di radiazione di 489 micro Sievert.
Rapporto di fine giornata del Jaif:
http://www.jaif.or.jp/english/news_imag ... 73535P.pdf
Giovedì 17 Marzo
Il problema rimangono le piscine di materiale esausto. Poiché l’intero sistema è in condizioni di emergenza e i sistemi di raffreddamento sono scarsi, l’acqua che copre il materiale usato comincia a evaporare. L’edificio del reattore 4 è stato danneggiato, e il trasferimento d’acqua nelle piscine dei reattori (spenti) 4 e 5 risulta essere difficile. Se le barre di carburante esausto sono forse parzialmente scoperte ma utilizzare acqua di mare può risultare problematico, perché evaporando lascerebbe uno strato sempre più spesso di sale sopra le barre, rendendo il raffreddamento meno efficace. È necessario quindi usare acqua dolce. Il sistema più semplice per trasportare grandi quantità di acqua dolce è tramite elicotteri (o perlomeno questi sono i mezzi a disposizione dell’esercito), ma sopra queste piscine il livello di radiazione è alto e quindi non è possibile sostarvi con l’elicottero il tempo necessario per il lavoro.
Il governo giapponese ha prima contattato l’esercito, che ha a disposizione solo gli elicotteri. In seguito, la polizia, con le pompe anti-sommossa è riuscita a versare acqua sulle vasche da una distanza considerevole. I camion dei pompieri arrivano nel pomeriggio per contribuire al raffreddamento.
I reattori 1,2 e 3 sono in condizioni ormai stabili, anche se è chiaro che c’è stato un danneggiamento delle pastiglie di carburante. Il livello d’acqua è però tornato alla normalità, con continue iniezioni di acqua di mare. Le camere di contenimento, necessarie per evitare la dispersione di materiale combustibile radioattivo (come l’uranio) all’esterno, sono intatte. Il materiale radioattivo presente all’esterno è causato dal vapore emesso, in modo controllato, per ridurre la pressione all’interno dei reattori.
Le misure di radiazione attorno alla centrale risultano 646 microSiever/ora, mentre nella città di Iwaki, a 40 km sud della centrale, la radiazione è di 1.25 microSiever/ora, quindi ancora entro la norma. Il pomeriggio, alle 15h30 la radiazione alle porte della centrale scende a 109microSievert/ora.
Qui il rapporto della giornata del Jaif:
http://www.jaif.or.jp/english/news_imag ... 68041P.pdf" onclick="window.open(this.href);return false;" onclick="window.open(this.href);return false;" onclick="window.open(this.href);return false;
Venerdì 18 Marzo
Finalmente si è cominciato a ristabilire la connessione elettrica alla rete. Il problema principale è stato che il nord del Giappone e il Sud utilizzano sistemi diversi per la rete elettrica (uno la distribuisce a 50 Hz, e uno a 60Hz). Poiché il nord del Giappone è rimasto privo di elettricità a causa del terremoto e dello tsunami, e necessario far arrivare la corrente dal sud, ma questo è rallentato enormemente a causa della necessità di utilizzare degli adattatori. La priorità rimane però il raffreddamento dei reattori, quindi il collegamento alla rete avviene lentamente. Si continua a sparare acqua sulle piscine di contenimento dei materiali esausti, in particolare sui reattori 3 e 4, che risultano avere il livello più basso. Mentre gli Stati Uniti insistono per dare priorità al reattore 4, il governo Giapponese ritiene che il reattore 3 presenti un rischio maggiore, e si concentrano su quello. A fine giornata è raffreddato correttamente.
A 1 km di distanza dalla centrale di Fukushima Daiichi (unità 2) si misura un livello di radiazione parti a 292,2 microSiever/ora, e la IAEA decide di innalzare il livello dell’incidente da 4 a 5 sulla scala INES, ovvero un incidente con conseguenze nella zona circostante la centrale, e non la centrale soltanto. Questo non vuol dire che la situazione sia peggiorata, come spiega la stessa IAEA, ma solo che i dintorni della centrale andranno ripuliti per bene dopo che la situazione sarà risolta. Ci saranno sicuramente conseguenza per il territorio e per l’agricolutra, nei mesi a venire. Questa decisione porta l’incidente di Fukushima sullo stesso livello dell’incidente di Three Mile Island.
Alla sera del 18 Marzo, tutti i reattori sono spenti, hanno un livello di acqua di raffreddamento stabile, le camere di contenimento sono intatte ed è stata resa disponibile energia dalla rete elettrica esterna alla centrale. Durante la giornata, pompieri e poliziotti con potenti pompe d’acqua hanno continuato il raffreddamento delle piscine di materiale esausto.
Rapporto Jaif:
http://www.jaif.or.jp/english/news_imag ... 33768P.pdf
Sabato 19 Marzo
Uno squadrone di 100 pompieri è arrivato da Tokyo per continuare l’innaffiamento delle piscine di materiale esausto. Utilizzano cannoni in grado di sparare acqua fino a 22 metri in altezza. Circa 60 tonnellate d’acqua sono state inserite nel reattore numero 3, per continuare il raffreddamento. Inoltre camion motorizzati (senza uomini a bordo) hanno continuato a sparare acqua per 7 ore di seguito. Le condizioni del reattore 3 sono stabili, ma è necessario continuare a lavorare ancora per diversi giorni prima di potersene dimenticare. Sono inoltre stati fatti dei buchi negli edifici di contenimento secondari dei reattori 5 e 6, a livello precauzionale, onde evitare che si verifichi un accumulo di idrogeno e causi un’esplosione. Le connessioni con la rete elettrica esterna sono state eseguite sui reattori 1 e 2 e si spera che entro qualche ora possa essere re-inizializzato il sistema di raffreddamento primario.
Esami su latte e spinaci nella zona adiacente la centrale mostrano la presenza di Iodio radioattivo. Ciò è preoccupante, ma finché si tratta unicamente di Iodio (al momento solo questo elemento è stato trovato) è risolvibile, poiché ha un tempo di semivita di circa 8 giorni e decade naturalmente nel giro di qualche settimana. Di conseguenza, se la contaminazione rimane locale e solo da Iodio, è sufficiente porre particolare attenzione per qualche settimana, dopodiché il pericolo sarà scomparso. È inoltre importante, soprattutto nei bambini, avere a disposizione Iodio non radioattivo, in modo che la tirode lo assorba al posto di quello radioattivo.
Il governo Giapponese ha iniziato un’investigazione approfondita sul grado di contaminazione del cibo e fermato l’importazione di beni alimentari dalla prefettura di Fukushima.
Oltre che il lavoro continuo per mantenere la pressione e il livello dell’acqua stabile all’interno dei reattori, la priorità rimane il raffreddamento delle piscine di contenimento delle pastiglie esauste. Inoltre si procede con il collegamento di corrente esterna, attualmente in fase di aggancio ai reattori 1 e 2.
Rapporto Jaif:
http://www.jaif.or.jp/english/news_imag ... 44332P.pdf
Domenica 20 Marzo
I reattori 3 e 4 sono al centro dell’attenzione: i pompieri tramite pompe e cannoni d’acqua stanno scaricando tonnellate di acqua dolce sulle piscine di stoccaggio di materiale esausto. Informazioni sull’attuale stato della temperatura e del livello dell’acqua in questi due reattori non sono ancora disponibili, ma il livello di radiazione a 500 metri dal reattore è sceso notevolmente, suggerendo che il riempimento delle vasche sta avendo successo.
La connessione alla rete esterna è avvenuta con successo alle unità 5, 6 e 1 e 2. Nelle unità 5 e 6 (ma state particolarmente a rischio) la temperatura è attorno ai 40 gradi, in discesa. Entro qualche giorno verranno connesse anche le unità 3 e 4.
Sono state prese misurazioni di radioattività nelle città di Tokyo, Kanagawa e Chiba, e in tutti questo luoghi il livello è ancora entro la norma e non pericoloso per la salute. Vi sono però elementi radioattivi nel terreno circostante la centrale e questo avrà conseguenze sull’agricoltura locale, che verrà bloccata per un periodo di tempo.
La popolazione è stata evacuata entro un raggio di 20 km, e probabilmente serviranno diverse settimane prima di poter essere tranquilli nel riabilitare completamente la zona. La situazione si sta però stabilizzando, e quando la rete elettrica sarà finalmente connessa per tutti i reattori il grosso sarà finito. Il livello di radiazione ha avuto un picco il 15 Marzo, ma da quel momento non ha fatto che scendere.
Rapporto Jaif:
http://www.jaif.or.jp/english/news_imag ... 24909P.pdf" onclick="window.open(this.href);return false;" onclick="window.open(this.href);return false;" onclick="window.open(this.href);return false;
La situazione ad oggi (UPDATE):
# Livelli di Radiazione:
◦Alle 07:00PM (JST) del 20 Marzo il livello di radiazione fuori dalla porta dell’edificio principale della centrale di Fukushima è: 2,623 micro Sv/hour.
◦Come riferimento, un essere umano riceve una dose di 2,400 milliSv all’anno per cause del tutto naturali. Una radiografia al petto causa una dose di 6,900 micro Sv (pari a 0.06 milliSv), mentre una TAC equivale a 20milliSv.
◦L’ultima misurazione risale alle 12:00 JST del 21 Marzo, ed è 16,2 microSv (uSv) ai confini della centrale e 2,1 milliSv (mSv) all’interno della sala di controllo
# Fukushima Daiichi Unità 1:
◦Alle 3:00PM del 20 Marzo, la pressione all’interno del nucleo del reattore è di 0.187MPa e il livello dell’acqua è 1.7 m sotto la punta delle barre di materiale.
◦La pressione nella camera di contenimento è 0.17MPa
◦Continua l’iniezione di acqua di mare, e la connessione alla rete elettrica esterna sta per essere messa in funzione
# Fukushima Daiichi Unità 2:
◦Alle 3:00PM la pressione nel nucleo del reattore è -0.016MPa, mentre il livello dell’acqua è 1.4m sotto la punta delle barre di carbuante.
◦La pressione nel livello di contenimento principale è 0.125MPa
◦Alle 3:05 è cominciata l’iniezione di acqua di mare nelle vasche di contenimento fino alle 5:20PM.
◦Alle 3:46PMsi è attivata la connessione di corrente esterna, e alle 18:00 è cominciata la reimmissione di acqua marina.
# Fukushima Daiichi Unità 3:
◦La pressione all’interno del nucleo del reattore è di 0.119MPa, e il livello dell’acqua 1.65m sotto la punta delle barre di carburante.
◦La pressione all’interno della vasca di contenimento è 0.290 MPa
◦Alle 18:00 riprende l’iniezione di acqua di mare all’interno del reattore.
◦Alle 19:00 2605 tonnellate d’acqua sono state versate sulla vasca del combustibile esaurito.
◦Nel frattempo la connessione alla corrente esterna sta avendo luogo
# Fukushima Daiichi Unit 4 reactor
◦Per circa un’ora la mattina del 20 sono state versate 83 tonnellate d’acqua sulla vasca di materiale esausto.
◦Alle 19:00 ci si aspetta che la connessione alla corrente esterna sia imminente.
# Fukushima Daiichi Unit 5 reactor
◦Il reattore è spento.
◦La temperatura delle vasche è scesa a 35 gradi celsius.
# Fukushima Daiichi Unit 6 reactor
◦Alle 10:14 di mattina la pompa di raffreddamento, correttamente alimentata, ha iniziato il raffreddamento delle vasche, che misurano una temperatura di 30 gradi centigradi.
