2011. 03. 24. - Perger András

Tervezési hiba vagy más?

Atomerőműből nem juthat ki sugárzó anyag ellenőrzés nélkül. Fukusimában azonban az erre a célra szolgáló rendszerek csődöt mondtak: az események során a hűtőrendszerek kiesésén túl a „mindent magába záró” konténment is sérült, de legalább sérülhetett. Ez, legalábbis a nukleáris szakma igéreteinek fényében, igencsak váratlan fejlemény. Ennek okait próbálom boncolgatni.

Az atomerőművek tervezésének alapja nyilván az (ésszerűen) elérhető legnagyobb a biztonság. Ehhez a védelmi rendszereket megtöbbszörözik (redundancia), amelyeknek egymástól függetleneknek kell lenniük, illetve védővonalakat építenek ki a környezet, és a radioaktív anyagokat tartalmazó zóna közé.

Fukusimában mégis sérült a többszörös védelem. Áram hiányában a három, egymástól független hűtőrendszer mindegyike csődöt mondott, ez ismert (a redundancia az árambetáplálás szempontjából csak kettős volt, ami elégtelennek bizonyult). A mélységi védelmet elsősorban megjelenítő burokrendszer ugyancsak, legalább egy esetben tönkrement. Lássuk ezt részletesebben!

A védelem jegyében az üzemanyagot (a pasztillák anyagszerkezete magában is biztonsági elemet jelent) cirkóniumötvözetből készített hengeres pálcákba zárják, a pálcákból összeállított kazettákat a reaktortartályban helyezik el, azt pedig egy acél és vasbeton szerkezetű, hermetikus épületegyüttes, leánykori nevén konténment veszi körbe. A védővonalak mindegyike, eltérő mértékben, nyomásálló (a rendszerek felépítése, elvi alapjai, ellenállóképessége stb. reaktortípusonként különbözik).

A védővonalak tulajdonképpen utolsó elemét, a konténmentépületet úgy méretezik, hogy az ellenálljon az elképzelhető legsúlyosabb, viszonylag alacsony, mégsem elhanyagolható valószínűségű esemény következményeinek. Ilyen a hűtőközegvesztéssel járó baleset (Loss of coolant accident, LOCA), amihez a legnagyobb átmérőjű csővezeték törését veszik alapul. Ezeket az eseményeket hívják tervezési balesetnek (design basis accident, DBA). Egy ilyen baleset bekövetkeztekor a konténmentnek magában kell tudnia tartani a reaktorból kiszabaduló anyagokat.

A konténment tehát elvileg nem sérülhet, ha mégis ez a veszély fenyeget, akkor azt el kell hárítani, hiszen az „utolsó védőbástya” nem omolhat le. Fukusimában olyan szintre emelkedett több reaktor konténmentjében is a nyomás, hogy az a konténmentek károsodásával fenyegetett, ezért a nyomás csökkentése érdekében a benn lévő anyagok egy részét a szabadba engedték, a távozó gáz-gőz elegy szűrésével (Three Mile Islandnél is ez történt). Az így szabadba került radioaktivitás elvileg nem veszélyeztetheti a lakosságot, a kibocsátás nyeresége pedig az, hogy a konténment megtartja integritását.

Fukusimában mégis legalább egy blokkban (a 2-esnél) gyanítható, hogy sérült. Ennek több oka lehet: vagy „igen kis valószínűségűnek” kalkulált esemény, azaz tervezésen túli baleset (beyond design basis accident, BDBA) következett be, amire a konténmentet nem méretezték (ide sorolom az extrém földrengés hatásait is). A másik lehetőség, hogy konténmentnek olyan tervezési (esetleg kivitelezési problémákkal, vagy karbantartási hiányosságokkal magyarázható) hibái voltak, hogy egy DBA következményeivel sem volt képes megbirkózni. Nehéz eldönteni, melyik a riasztóbb lehetőség.

De mégis mennyire lehetett váratlan, hogy a konténmentrendszer nem feltétlenül lesz képes kezelni az eseményeket?

Egy 1982-ből származó, igen tanulságos cikk a Fukusimában is alkalmazott, „Mark-1” konténmentrendszer érdekes előéletét meséli el. Az ilyen rendszerrel felszerelt első reaktorok építésének engedélyezése a hatvanas évek közepén kezdődött, a rendszerrel összefüggő egyes problémák már akkor ismertek voltak, de a kérdést különböző okokra hivatkozva, nehéz másképp fogalmazni, szőnyeg alá söpörték. Már működtek az első, ilyen konténmenttel épített erőművek, amikor 1972-ben az amerikai nukleáris hatóság, az NRC (Nuclear Regulatory Commission) elődje, az Atomic Energy Commission egyik vezető munkatársa (Stephen Hanauer) jelezte kollégáinak, hogy szerinte biztonsági hiányosságok miatt a továbbiakban nem lenne szabad alkalmazni a rendszert. A felvetésre adott, a cikkben ismertetett válasz – nagyon vázlatosan összefoglalva – így hangzott: „Bár a felvetés érdekes, az eddigi, általánosan elfogadott gyakorlat megváltoztatása a nukleáris energetika végét jelentheti. Megkérdőjelezné az engedéllyel rendelkező erőművek üzemeltetését, és engedélyezhetetlenné tenné az érdekelt cégek [a General Electric és a Westinghouse] jelenleg vizsgálat alatt lévő erőműtípusait.”

(További tervezési hibára utalhat az az eddig megmagyarázatlan jelenség, hogy hogyan kerülhetett a reaktorcsarnokokba az ott berobbant hidrogén. Erre itt található egy érdekes levezetés, ami alapján elképzelhető, hogy ez esetben is egy legalábbis részlegesen ismert, de elkendőzött problémáról lehet szó.)

A nukleáris felügyelő hatóságok alapvető feladata, hogy az állam oldaláról garantálják az atomerőművek nukleáris biztonságát: azaz, felügyeljék az erőműveket, engedélyezzenek, ellenőrizzenek, az iparág szempontjait figyelmen kívül hagyva. Az amerikai hatóságok a fentiek szerint mégsem jártak el mindig függetlenül, csak a biztonsági szempontok mentén. És most Fukusimával kapcsolatban is felmerült, hogy a japán hatóságok nemrég talán nem teljesen átgondoltan, de legalábbis érdekes körülmények között engedélyezték a reaktorok üzemidejének meghosszabbítását.

Mindez persze nem jelenti azt, hogy a japánok (és az amerikaiak) az elmúlt harminc-egynéhány évben nem tettek meg mindent a kockázatok csökkentése érdekében (bár most, a baleset után már vannak, akik kétségbe vonják a japán gyakorlatot). Mégsem igazán megnyugtató a GE szóvivőjének védekezése, mi szerint 40 évig semmi baj nem volt ezekkel a rendszerekkel.  A tervezési hiba gyanújának ismeretében, illetve a fukusimai események fényében legalábbis aggasztó, hogy az Egyesült Államokban 23, Japánban (Fukusima 5 érintett reaktorát nem számítva) 2, Spanyolországban 1, azaz összesen 26 üzemelő reaktor alkalmazza ezt a konténmentet. Az ilyen amerikai reaktorokat döntően a hetvenes években építették, 40 éves üzemidőre tervezték őket. Eddig 18 ilyen reaktor üzemidejének meghosszabbítását engedélyezték, általában a 2030-as évek első feléig, ebből négy már megkezdte a 40 éven felüli üzemet. (Ezen felül, az USA-ban további 9, nyomottvizes reaktor üzemel, amelyeket a Mark-1-hez hasonló hibákkal terhelt rendszerrel építettek.)

Ha véleményed vagy kérdésed van, írj a bejegyzés szerzőjének! perger@energiaklub.hu