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Come funziona l’impianto di Fukushima e quali sono i problemi da risolvere?

    Dal Mondo dell’EnergiaEnergia
    Fisicamente parlando, l’energia è definita come la capacità di un corpo di compiere lavoro e le forme in cui essa può presentarsi sono molteplici a livello macroscopico o a livello atomico. L’unità di misura derivata del Sistema Internazionale è il joule (simbolo J)
    , n°21

    L’Ing. Bolla, senior advisor EnergyLab, spiega le dinamiche dell’incidente che ha colpito l’impianto giapponese.

    Descrizione impianto

    Nel sito di Fukushima esistono due powerstations: Fukushima -Daiichie Fukushima – Daini.

    A Fukushima – Daini ci sono 4 Unità BWR ciascuna di 1067 MWe entrate in servizio tra il 1982 e il 1987. Queste Unità sono integre ed in sicurezza perché si sono automaticamente spente all’atto del sisma senza perdita di alimentazione elettrica esterna.

    A Fukushima – Daiichi, quella interessata dagli incidenti in corso,ci sono 6 reattori nucleari BWR di tecnologia compresa fra la Ia e la IIa generazione e precisamente:
    Unità 1: 439 MWe BWR, 1971
    Unità 2: 750 MWe BWR, 1974
    Unità 3: 760MWe BWR, 1976
    Unità 4: 760 MWe BWR, 1978
    Unità 5: 760 MWe BWR, 1978
    Unità 6: 1067 MWe BWR, 1979

    Schema dell’impianto:

    Boiling Water Reactor System 001Boiling Water Reactor System 002

    Il reattore e il circuito primario sono racchiusi in una struttura di contenimento progettata per fare tenuta e resistere in caso di incidente e collegata con un toro metallico pieno d’acqua con la funzione di condensare il vapore proveniente dal reattore.
    Il contenitore primario è a sua volta racchiuso da una struttura civile contenente diversi sistemi ausiliari tra cui la piscina contenente il combustibile irraggiato scaricato dopo aver funzionato nel reattore.

    Descrizione degli eventi

    Al momento del sisma le Unità 4-5-6 erano ferme per ispezioni periodiche e le Unità 1,2,3 si sono spente automaticamente.

    A reattore spento è comunque necessario rimuovere le significative quantità di calore prodotte dal decadimento radioattivo (residualheat) mediante sistemi alimentati elettricamente. In mancanza della rete elettricarete elettrica
    Insieme delle linee elettriche, delle stazioni elettriche e delle cabine elettriche adibite alle operazioni di trasmissione e distribuzione dell’elettricità. La rete elettrica può essere ad alta tensione (da 40 a 380 kV), a media tensione (da 1 a 30 kV) o bassa tensione (380 V).
    di alimentazione esterna (causa sisma) l’alimentazione è stata inizialmente garantita dai diesel-generatori di emergenza.

    Le problematiche sono iniziate quando l’onda dello tsunami, superiore al valore previsto dal progetto (sopra i 6m) ha messo fuori servizio completamente l’alimentazione di emergenza.

    Il calore di decadimento ha quindi provocato l’evaporazione dell’acqua contenuta nel reattore con conseguente aumento di pressione; il vapore prodotto è stato sfogato nell’acqua del toro di soppressione che però non potendo a sua volta essere raffreddata col tempo ha portato ad un innalzamento della pressione nel toro stesso e nel contenitore primario. Da qui la necessità di eseguire dei “vent” controllati dal contenitore e con la conseguente fuoriuscita di prodotti radioattivi.

    La mancanza di raffreddamento degli elementi di combustibile ha portato ad alte temperature delle guaine di protezione delle barrette con probabile degrado delle stesse e quindi fuoriuscita di prodotti di fissione; inoltre a temperatura sopra i 1200°C la lega di zirconio delle barrette ha una reazione chimica con l’acqua che produce idrogenoidrogeno
    Primo elemento della tavola periodica, presente sulla Terra in forma combinata, soprattutto nell’acqua e nei composti organici. Esso è costituito da 3 isotopi: prozio (cioè l’idrogeno propriamente detto) per più del 99.9 %, il deuterio e il trizio. La forma molecolare dell’idrogeno (H2) dà origine ad un gas inodore, incolore, altamente infiammabile e molto più leggero dell’aria (ecco perché lo si trova in bassissime concentrazioni in atmosfera).
    . In percentuali superiori al 4%, l’idrogeno con l’aria può provocare esplosioni.

    Le agenzie riportano che, per cercare di riattivare il raffreddamento e ovviare quindi a questi fenomeni, si è intervenuto con due strade:

    1. ripristinare un minimo di alimentazione elettrica attraverso dei moduli portatili di emergenza
    2. iniettare acqua di mare dentro il reattore

    Non è chiaro dalle agenzie se queste azioni siano sufficienti e quanto possano durare nel tempo.

    Le esplosioni che abbiamo visto dai filmati riguardavano gli edifici industriali esterni al contenimento primario e sono state probabilmente provocate da sacche di idrogeno prodotte dalla reazione metallo-acqua sopra descritta.

    Secondo le agenzie, i sistemi di contenimento primario sono tuttora sostanzialmente integri; potrebbe esserci un degrado nella struttura toroidale delle Unità 2 e 3, sempre a causa di un’esplosione dovuta a idrogeno.

    E’ abbastanza verosimile che, per il mancato raffreddamento, il combustibile sia in buona parte danneggiato.

    Le Unità 1,2,3 in servizio al momento del sisma sono state interessate da questa sequenza di eventi.

    Sull’Unità 4, ferma al momento del sisma, è invece probabilmente mancato il raffreddamento agli elementi di combustibile irraggiato nella piscina di stoccaggiostoccaggio
    Attività di raccolta e deposito di una determinata risorsa. 
    (elementi che, anche se in quantità minore, producono comunque calore di decadimento) e quindi anche qui c’è stato un degrado delle barrette di combustibile per alta temperatura, produzione di idrogeno e fuoriuscita di prodotti radioattivi.

    L’idrogeno è quindi la probabile causa degli incendi e degli scoppi che si sono evidenziati.

    Gli operatori stanno cercando anche qui di ripristinare i livelli di acqua nella piscina.

    Il problema, in questo caso specifico, è che le piscine di stoccaggio non sono situate all’interno del contenitore primario, ma solo all’interno degli edifici ausiliari sopra descritti.

    Osservazioni

    Quello che sta succedendo sugli impianti sarà sotto controllo solo quando si riuscirà a mantenere un raffreddamento stabile sia dei reattori che delle piscine del combustibile irraggiato. Tutte le operazioni sono ovviamente complicate dalla presenza di alte intensità di dose sugli impianti e dalle condizioni logistiche al contorno fortemente degradate a causa del sisma.

    In allegato la tabella del forum nuclearenucleare
    Forma di energia derivante dai processi che coinvolgono i nuclei atomici (fissione e fusione).
    giapponese (JAIF) che descrive la situazione su tutti gli impianti di Fukushima con aggiornamento sistematico.

    Per aggiornamenti in tempo reale visitare il sito www.jaif.or.jp/english

    Fonte: Fondazione EnergyLab, 16/03/2011

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