Chernobyl e Fukushima - aprile 2021

Chernobyl e Fukushima
      aprile 2021

La centrale di Chernobyl
                                         Sede: Pripyat, Ucraina
                                         4 reattori RBMK (Reaktor Bol'shoi
                                         Moshchnosty Kanal'nyi) da 1GWe
                                         (3,2 GWt)
                                         R1 1970-77, R2 1973-78, R3 1976-
                                         81, R4 1979-83,
                                         R5 e R6 in costruzione
                                         fonte idrica: fiume Pripyat
                                         pozzo termico: fiume Pripyat

Fukushima Daiichi
Sede: Ōkuma
6 reattori BWR (boiling water reactor)
R1 1967-70, 460 MWe
R2 1969-73, R3 1970-74,
R4 1973-78, R5 1972-78, 784MWe
R6 1973-79, 1100 MWe
Fonte idrica: oceano
pozzo termico: oceano

ciclonuc

schema del nucleo del reattore
rosso: elementi combustibile
verde: moderatore
nero: barre controllo
giallo: riflettore neutroni
azzurro: refrigerante
grigio: cemento

A catena

Il moderatore rallenta i neutroni prodotti nella fissione dall’energia
di 24 MeV all’energia termica di 0,1 eV
I neutroni termici hanno una probabilità di produrre la fissione 50
volte maggiore di quelli veloci
I reattori raggiungono la criticità anche con uranio leggermente
arricchito in U-235 (2 - 4%)

una centrale elettronucleare da 1GWe “brucia” l’uranio
lentamente: bastano circa 47 mg di uranio-235 al secondo,
(~1,3 t all’anno) per produrre annualmente ~26 TWh

nei reattori la reazione deve mantenersi in modo
controllato, né spegnersi, né, soprattutto, divergere
la condizione k = 1 è instabile e richiederebbe continui
delicati aggiustamenti
- rischioso e inaccettabile da ogni buon ingegnere
- i reattori sono “salvati” dai neutroni ritardati
  lo 0,65% dei neutroni sono emessi dopo ~10 s
- si può operare in condizione sottocritica lasciando
   ai neutroni ritardati il compito di mantenere
   la reazione a catena

fattore intriseco di sicurezza

se la reazione inizia a divergere (k > 1)
o viene meno il refrigerante
- l’uranio-238 si riscalda e cresce l’agitazione
   termica delle molecole
- l’assorbimento risonante di neutroni avviene non
  solo per energie “speciali” ma per ampi valori di
  energia (effetto Doppler)
- la reazione a catena si spegne naturalmente

* per un’esplosione nucleare occorre che l’uranio sia
  arricchito almeno al 60%

Sistemi di raffreddamento

In condizioni operative normali operano due sistemi di
raffreddamento:
- il sistema primario introduce acqua a bassa
  temperatura nel nocciolo a mantenere costante il
  livello e compensare il vapore generato che viene
  estratto per far girare le turbine
- il sistema secondario raffredda il vapore all’uscita
  dalle turbine condensandolo in acqua che viene
  ripompata nel nocciolo
- il calore residuo del circuito secondario viene disperso
  nel pozzo termico

La refrigerazione del nocciolo deve continuare anche a
reattore spento:
la radioattività del combustibile, dei prodotti di fissione e
del materiale attivato dai neutroni produce calore
il reattore conserva una potenza residua, che allo
spegnimento, raggiunge tipicamente il 6% della potenza
d’esercizio, per ridursi nel giro di qualche giorno ai valori
minimi della configurazione
di “spegnimento freddo”,
se la refrigerazione
continua regolarmente

 * il 6% di 3,2 GW
 sono 192 MW
 (circa 64000 case)

rischi del riscaldamento del nocciolo
- l’acqua evapora scoprendo le barre
- lo zirconio reagisce col vapore producendo
   idrogeno
- l’idrogeno in presenza di ossigeno libero può
  incendiarsi o esplodere
- le barre possono perdere la protezione e
  liberare sostanze radioattive
- le barre in parte o in toto possono fondere
  liberando radiazione e danneggiando gli schermi
  di contenimento

fusione del nocciolo
in assenza di refrigerante la temperatura del combustibile
cresce fra i 2500 e 2850 °C e le barre del combustibile
fondono creando il “corium”, una miscela fusa di
combustibile, zirconio e acciaio che cade sul fondo del
vessel.
In presenza d’acqua residua solidifica fratturandosi; poiché
l’acciaio del vessel fonde a circa 1500 °C c’è la possibilità che
il corium penetri nel vessel stesso o lo perfori fino a
danneggiare il contenitore primario

rbmk2

        RBMK

reattori RBMK
 dimensione: diametro 12m altezza 7m
 moderatore: grafite (2488 blocchi)
 temperatura della grafite: 600°C
combustibile: uranio arricchito al 2%
   in 1661 canali entro i blocchi di grafite
 refrigerante: acqua, in canali indipendenti
 barre di controllo: 211 di carburo di cadmio,
  con punta di grafite e 1m d’acqua
 potenza: 3200 MWt

vantaggi dei reattori RBMK

tecnologia consolidata

possibilità di incrementare la potenza con
semplice aggiunta di elementi modulari

carico e scarico del combustibile con reattore in
funzione e quindi migliore produttività
 - dovuto all’impiego per l’estrazione del plutonio
   di qualità militare

carenze dei reattori RBMK
- mancanza di un tubo di calandra che separi il tubo col combustibile
  dalla grafite
- eccessiva dipendenza della regolazione e controllo dell'impianto da
  interventi degli operatori
- incompatibilità chimica dei materiali presenti nel nocciolo
  (grafite-acqua) con possibile produzione di idrogeno
- reazione positiva fra reattività e vapore (instabilità intrinseca)
- instabilità dinamica del nocciolo (vibra!)
- limitata efficacia del sistema di protezione
   (insufficiente rapidità di inserzione delle barre di controllo)
- inadeguatezza della refrigerazione di emergenza
  (sistema complesso, insufficiente ridondanza)
- assenza di un sistema di contenimento
  (solo una parte dei circuiti primari è in compartimenti a tenuta)

se la reazione inizia a divergere (k > 1)
o viene meno il raffreddamento
- l’acqua si riscalda ed evapora

• nei reattori moderati e refrigerati ad acqua
  reazione negativa fra reattività e vapore
  - il vapore non è in grado di moderare i neutroni
  - la reazione a catena si spegne
• nei reattori moderati a grafite
  reazione positiva fra reattività e vapore
  - il vapore non assorbe neutroni
  - aumenta il tasso di neutroni termici
  - la reazione a catena aumenta

moderatori

Sistemi di sicurezza dei RBMK:
- gli ambienti contenenti la pompa di circolazione
   principale, il sistema refrigerante di emergenza, e i
   separatori di vapore, possono resistere ad alte
   sovrappressioni (fino a 4,5 atmosfere)
- nel caso di rottura di un tubo a pressione, il vapore e
   l’idrogeno che si possono formare vengono raccolti in
   un sistema chiuso d’acciaio in grado di sopportare alte
   sovrappressioni
- i sistemi di controllo che segnalano eventuali situazioni
  di rischio intervengono automaticamente a spegnere il
  reattore in caso di necessità

BWR

Reattori ad acqua bollente (BWR)
- unico circuito di raffreddamento primario
- l’acqua bollendo genera il vapore per le turbine
- temperatura dell’acqua ~285 °C
- pressione dell’acqua ~75 atmosfere
- nocciolo alto ~20 m e diametro 6 m
- 750 elementi di combustibile di 90-100 barre
  carico totale 165 t di combustibile
- vapore nella parte superiore del reattore viene
   essicato prima di uscire dal “vessel”

autoregolazione dei BWR
- la parte superiore degli elementi di combustibile
  è immersa in una miscela bifase acqua-vapore che
  riduce l’effetto di moderazione dei neutroni e la
  densità di potenza
- autoregolazione: si può variare la potenza senza
   agire sulle barre di controllo aumentando o
   riducedo il flusso d’acqua in modo da variare il
   livello della parte in acqua del combustibile e
   quindi la frequenza delle reazioni

In ogni unità esiste una piscina di stoccaggio degli elementi esausti
vicino alla testa del reattore per facilitare l’estrazione degli elementi
mantenendoli in acqua. Le piscine sono profonde 12 m, garantendo
una copertura di 7-8 m di acqua borata sopra il combustibile, e le
barre vengono conservate in strutture rigide distanziate a impedire il
raggiungimento di condizioni di criticità; la temperatura viene
mantenuta a 30 °C mediante riciclo d’acqua con pompe elettriche
(lo stoccaggio resta sicuro in piena copertura d’acqua fino a 85 °C).

Chernobyl l’esperimento
verificare se in caso di perdita di potenza elettrica
– e quindi del mancato funzionamento delle pompe di
raffreddamento – le turbine in fase di rallentamento
potevano far funzionare le pompe fino all’accensione dei
generatori diesel d’emergenza
 (a Chernobyl impiegano 60-75 s)
• esperimenti precedenti senza esito
• si approfitta dello spegnimento
  programmato
• diretto da ingegneri elettrotecnici
  senza competenza nucleare
• il personale di sicurezza addestrato
  per l'esperimento non disponibile

Chernobyl cronologia
venerdì 25 aprile
13:05 diminuzione della potenza, verso lo spegnimento dell’impianto
14:00 sconnessione del sistema di raffreddamento di emergenza:
  - il sistema di regolazione automatica viene spento
  - la potenza scende a 1600 MWt
23:10 si riprende a diminuire la potenza per raggiungere un valore
    fra 700 e 1000 MWt (700 MWt è il minimo permesso)

sabato 26 aprile
  0:00 si passa dal sistema di controllo automatico a quello manuale
 - la potenza crolla a 30 MWt
 - si forma xenon che “avvelena” il reattore
 - si estraggono barre di controllo fino al limite di
    sicurezza di 30 barre

1:00 si aumenta la potenza a 200 MWt rimuovendo
     ulteriori barre – ne rimangono solo 11
1:07 si aggiungono 2 pompe di riciclo portando il totale a 8
    superando il flusso di sicurezza
   - si formano bolle nel circuito dell’acqua
   - si lasciano solo 6 barre di controllo
   - si bloccano i segnali di protezione di emergenza
1:19 aumenta la reattività oltre i limiti; il sistema di controllo
      richiede lo spegnimento immediato. L’allarme viene ignorato e
       si procede all’esperimento
1:22:30 si diminuisce enormemente il flusso d’acqua
1:23 la temperatura nel reattore comincia a salire
      le pompe funzionano al ritmo delle turbine
      diminuisce il flusso d’acqua nel reattore
1:23:04 si chiudono le valvole di immissione acqua nelle turbine
    - la potenza del reattore cresce
    - l’esperimento si conclude
    - l’operatore vede le barre muoversi

1:23:40 si aziona il sistema di spegnimento urgente AZ-5 con
    inserimento veloce delle barre; le barre efficaci si deformano per
    il calore e non riescono a entrare in operazione
    i frammenti di combustibile causano vuoto nei tubi
     l’acqua diventa vapore ad altissima pressione
1:23:43-45 la potenza aumenta rapidamente per l’effetto positivo del
      vuoto e per l’inserzione veloce delle barre (oltre 32000 MW)
1:23:48 il vapore acqueo causa una prima esplosione seguita da una
     seconda dopo qualche secondo
     la copertura biologica viene divelta
     l’edificio viene scoperchiato
      la grafite ad alta temperatura in
      contatto con l’aria prende fuoco

cause: il fattore umano
- il personale che dirigeva l’impianto e condusse le operazioni non era
   informato dei problemi strutturali del reattore
- i dirigenti non erano qualificati per gestire grandi reattori nucleari
- scarso controllo da parte di enti preposti
- regime di segreto sui problemi degli impianti nucleari anche per i
   responsabili
- scarso addestramento del personale
- gli operatori procedettero con scarsa
   cura e violarono le procedure
- insufficiente comunicazione fra gli
   operatori e i responsabili della
   sicurezza
- gli operatori spensero molti sistemi di
   sicurezza del reattore

cause tecniche
- instabilità a bassa potenza*
- sensibilità positiva al vuoto*
- la particolare forma delle barre: appena inserite, a causa
   della punta di grafite e la parte cava, aumentano la
   reattività anziché diminuirla, anche perché espellono
   l’acqua*
 - inadeguati strumenti di misura della radioattività

* contro l’intuizione
  e ignorata dal personale

Primi interventi
La scala del disastro è stata esacerbata sia dall’impreparazione e
incompetenza degli amministratori locali, e dal loro rifiuto
dell'evidenza, sia dalla carenza di attrezzature adeguate.
14 pompieri iniziano a spegnere gli incendi all’1:28; altre squadre
continuano ad arrivare fino alle 4 del mattino, senza sapere delle
radiazioni e senza protezioni
Alle 5 gli incendi sui tetti e nell’impianto sono spenti, ma i pompieri
accumularono alte dosi di radiazione
Si rafforza l’incendio della grafite, contro il
quale mancano sia esperienza che materiali
di spegnimento
26 aprile ore 3: Bryukhanov telefona a
Mosca: situazione sotto controllo
26 aprile ore 6 il ministro per l’energia
Anatoli Mayorets telefona al premier Nikolai I. Ryzhkov, che fa a
Gorbaciov un rapporto che minimizza l’evento; Gorbaciov indice una
riunione “d’urgenza” del Politburo per il 28 aprile

si muovono i militari
26 aprile ore 2:20 Il capo di stato maggiore, maresciallo
Sergei F. Akhromeyev, viene informato della presenza di
radiazioni;
dal centro di comando ordina al capo della difesa civile
di attivare d’urgenza il reggimento di difesa civile nei
pressi di Chernobyl, e invia l’unità speciale mobile per
combattere incidenti nucleari;
ore 10 telefona a Gorbaciov: situazione grave

26 aprile si muovono i civili
ore 9 giunge a Kiev un’unità operativa di esperti, guidata da
Valery Legasov, direttore dell’Istituto Kurchatov ove era
stato progettato il reattore. A Chernobyl si rendono conto
che il reattore era distrutto e della gravità dell’emissione
radioattiva
A Mosca il premier Ryzhkov crea una commissione
governativa diretta da Boris Y. Sherbina, vice presidente del
Consiglio dei Ministri, con Yevgeny Velikhov, vice presidente
dell’Accademia delle Scienze, come scienziato-capo.
ore 21: la commissione governativa arriva a Chernobyl;
scienziati e tecnici devono combattere per far accettare dai
politici e burocrati la realtà della situazione e la necessità di
misure urgenti per la protezione della popolazione.

Sherbina è contrario all’evacquazione di Pripyat:
Nella notte, 24 ore dopo l’esplosione, Sherbina si convince della
distruzione del reattore e della contaminazione radioattiva e ordina
l’evacuazione di Pripyat; per ridurre i bagagli, alla popolazione si dice
che l’evacuazione sarebbe durata 3 giorni.
Ordina il bombardamento del reattore con sacchi di sabbia da
elicotteri
Dal 27 aprile si lanciano sulla grafite grandi quantità di materiali
differenti:
- composti di boro che assorbono neutroni per prevenire il ristabilirsi
di una reazione a catena,
- dolomia per controllare il fuoco, piombo per bloccare le radiazioni,
- sabbia e argilla per impedire la dispersione di particolato.
Durante la prima settimana vengono lanciate
5 000 tonnellate di materiali nel corso di 1 800 operazioni di elicotteri
Il 2 maggio la commissione decide di evacuare tutti i residenti in un
raggio di 30 km attorno all’impianto: 90 000 persone da 170 fra
cittadine e villaggi.

Il 9 maggio l’incendio della grafite era spento e si iniziò la costruzione
di una base di cemento armato con un sistema di raffreddamento
sotto il reattore, sia per ridurre la temperatura del materiale fuso che
per impedire al reattore di penetrare nel terreno e contaminare la
falda acquifera. II lavoro venne completato in 15 giorni da 4000
operai.
Circa 350 000 “liquidatori” militari e civili, provenienti da tutta
l’Unione Sovietica, hanno lavorato a Chernobyl nel periodo 1986-87 a
bonificare la zona bandita di 30 km di raggio; centinaia di enormi
“cimiteri” di elicotteri e macchinari vari contaminati rimangono nelle
vicinanze dell’impianto, definitivamente abbandonato nel 2000.

Some 350,000 people were evacuated as a result of the accident, but
resettlement of areas from which people were relocated is ongoing.
784 320 ettari tolti all’agricoltura
694 200 ettari tolti alla silvicoltura

                                     •

La zona bandita di 30 km di
raggio è diventata un’oasi
naturalistica

radiazione emessa a Chernobyl
circa il 5% di quella presente nel reattore
     in tutto 14 × 1018 Bq
      400 volte quella di Hiroshima
      1000 volte meno dei test militari
▻ kripton e xenon emessi come gas 6,5 × 1018 Bq
▻ iodio come vapore e particelle solide 1,8 × 1018 Bq
▻ cesio e tellurio come aerosol 8,5 × 1016 Bq
  iodio-equivalente

tempi di dimezzamento
 iodio-131 8 giorni
 stronzio-90 e cesio-137 circa 30 anni

La nuvola radioattiva si spostò guidata dai venti: inizialmente si
diresse a nord-ovest interessando Scandinavia, Olanda, Belgio e Gran
Bretagna; quindi deviò a sud interessando l’Europa centrale, il Nord
Mediterraneo e i Balcani.
La quantità di depositi radioattivi, essenzialmente isotopi di cesio,
dipese soprattutto dalle precipitazioni piovose durante il passaggio
della nube.
Gli effetti maggiori si ebbero in Austria, Svizzera, Germania
meridionale e Svezia,
superando in alcune zone
i 30 kBq per m2, mentre
 meno esposti furono
la Francia e la
penisola iberica.

Dei 240 000 liquidatori impegnati nella fase più critica
circa 20 000 hanno ricevuto dosi di 250 mSv
alcuni più esposti hanno subito dosi fino a 500 mSv,
per gli altri la dose media è stata di 165 mSv

Health effects (WHO / IAEA / UNDP report)
• 50 emergency workers died of acute radiation syndrome
• 5000 thyroid cancers (resulting in 15 fatalities),
• "there is no evidence of a major public health impact attributable to
  radiation exposure 20 years after the accident.”
• no evidence or likelihood of decreased fertility nor any evidence of
  increases in congenital malformations

• an estimated total of 3940 deaths from radiation-induced cancer and
  leukemia among
    ~ the 200 000 emergency workers,
    ~ 116 000 evacuees and
    ~ 270 000 residents of the most contaminated areas
• la contaminazione collettiva per tutte le persone esposte in tutto il
  mondo è di 600 000 Sv-uomo, che comporta in tutto 24 000 decessi
  per cancro

la (dis-)informazione sull'incidente
• i dirigenti locali non informano correttamente Mosca
• la commissione non informa correttamente gli abitanti di Pripyat
• gli organi di stampa nazionali hanno limiti alle informazioni
• la popolazione sovietica viene informata con grave ritardo
• i governi stranieri sono informati con grave ritardo
• grave disinformazione all'estero

* Gorbaciov cerca di imporre la “glasnost”, ma vale ancora il sistema di
censura Glavlit, creato nel 1922 per il controllo dei mezzi di
comunicazione. I giornalisti quindi si trovavano in una situazione
fluida, non essendo chiaro quale posizione avrebbe finito per
prevalere nel partito.

* un decreto (aprile 1985) del ministro per l’energia stabiliva che le
informazioni su effetti negativi delle installazioni energetiche sul
personale, la popolazione e l’ambiente non si potessero diffondere al
pubblico mediante radio, stampa o televisione.

la (dis-)informazione interna
• 28 aprile la maggioranza del Politburo vuole mantenere limitata
l’informazione, ma Gorbaciov riesce a imporsi
• 28 aprile 8 di sera a Radio Mosca un dispaccio della TASS secondo cui
era successo un incidente alla centrale di Chernobyl
• 29 sera TV Vremya: morte di 2 persone ed evacuazione di Pripyat
• 1 maggio TV Vremya: 18 persone ricoverate in ospedale
• 4 maggio sera TV Vremya: le prime immagini riprese da un elicottero
• fino al 7 Maggio si insistette sull’affermazione che tutto era sotto
controllo.
• 6 maggio giornalisti (russi) ammessi a Chernobyl, ma fu loro proibito
di comunicare alcun aspetto tecnico
• 6 maggio sulla Pravda rapporto esteso sulla situazione
• 8 e 12 maggio interviste a Velikhov
• 14 maggio messaggio televisivo di Gorbaciov: precisa la gravità del
disastro e le responsabilità, cerca di assicurare la popolazione che la
dirigenza era in grado di controllare la situazione

(dis-)informazione all’estero
- 27 aprile pomeriggio la nube radioattiva rivelata a Helsinki
- 28 aprile mattina la nube radioattiva rivelata in Svezia, a Forsmark (a
circa 1100 km da Chernobyl): indica un grave incidente in una regione
occidentale dell’Unione Sovietica
 ▻ individuazione del sito da immagini raccolte dal satellite Landsat 5
passato su Chernobyl prima e immediatamente dopo il disastro
 ▻ informazioni precise dal satellite SPOT 4 a partire dal 29 aprile
- il Capo del KGB Viktor M. Chebrikov ordina di controllare il
comportamento dei diplomatici e corrispondenti stranieri
- 28 mattina limitate informazioni al ministro degli Esteri Eduard A.
Shevardnadze, posto sotto pressione da parte del corpo diplomatico a
Mosca e dagli ambasciatori sovietici all’estero
- 30 aprile incontro di Shevardnadze con gli ambasciatori stranieri per
informarli sul disastro
- 10 maggio conferenza stampa del Direttore della IAEA Hans Blix dopo
il suo sopralluogo a Chernobyl

effetti in Unione Sovietica
• gravissimi danni sanitari, sociali, economici e
   ambientali in Bielorissia, Russia e Ucraina
• per molti cittadini sovietici, dalla leadership alle
   masse, Chernobyl divenne sintomo della
  disfunzione dell'intero sistema sovietico, dove
  l'iniziativa era punibile, la responsabilità elusa e la
  verità scomoda
• Chernobyl contribuì ad
   abbattere il sistema
   sovietico

Effetti globali
l’evento ha scosso profondamente l’opinione pubblica mondiale, introducendo un
nuovo terrore nell’immaginario collettivo, e ha minato profondamente la fiducia
nella scienza e nella tecnologia, con diffuso rifiuto dell’energia nucleare

• revisione dei programmi energetici mondiali, con ritorno ai combustibili fossili,
  con gravi conseguenze ambientali ed economiche e tensioni internazionali
• interventi sugli impianti esistenti per eliminare carenze tecniche e rafforzare le
  condizioni di sicurezza
• revisione radicale delle problematiche della sicurezza degli
  impianti nucleari e i problemi della radioprotezione
• accettazione che in ogni settore delle applicazioni
  tecnologiche possono avvenire gravi incidenti, con la
  necessità di pianificare in anticipo gli interventi
• riconoscimento del carattere transnazionale dei grandi
   incidenti e della necessità di azioni comuni e di soccorsi a
   livello nazionale e internazionale
• disposizioni caotiche di limitazioni dei generi alimentari
   in vari paesi europei
• caos nelle informazioni dei mezzi di comunicazione

chiusura dell’impianto

•   Unità 4 – esplosione 1986
•   Unità 2 – incendio 1991
•   Unità 1 – chiusura 1997
•   Unità 3 – chiusura 2000

Piano di messa in sicurezza finale
• contenitore sicuro
  per Unità 4 – novembre 2017
• messa in sicurezza
  Unità 1–3 – 2028
• rimozione materiali – 2046
• distruzione – 2064

deconaminazione

il terremoto e lo tsunami
alle 14.46 (ora locale) dell’11 marzo 2011 un terremoto di
magnitudine 9 MMS con epicentro in mare a 130 km dalla
città di Sendai sulla costa orientale dell’isola di Honshu
- energia liberata 1,9 ´ 1017 J (come 45.000 Hiroshima)
- accelerazione 29,33 Gal
- tsunami con onde alte fino a 29,6 m
precursore il 9 marzo (magnitudo 7,2 MMS)
seguito da oltre 850 scosse superiori a 4,5 MMS,
ultima 26 ottobre 2013 (7,1 MMS)

Map trmt

In Giappone tutti i reattori sono progettati per resistere a sismi
previsti su basi storiche
esaminati dopo il terremoto Miyagi del 1978 (accelerazione 122 Gal
per 30 s) non hanno patito danni
nel 2008 la resistenza sismica è stata portata ad accelerazioni fra 441 e
489 Gal, a seconda delle unità
la centrale di Fukushima è protetta dai tsunami da un muro verso il
mare alto 5,7 m

Effetti immediati
a Fukushima Dai-ichi le unità 1, 2 e 3 si spengono automaticamente
all’arrivo dell’onda sismica, che raggiunge l’accelerazione di 507 Gal,
mentre sono già spente le unità 4 (combustibile rimosso),
5 e 6 (in arresto freddo).
Il terremoto danneggia la rete elettrica della zona, la centrale resta
senza corrente e i generatori diesel d’emergenza provvedono alle
pompe per il raffreddamento del nocciolo dei reattori.
Dopo un’ora arriva un’onda tsunami di 15 m, superando la protezione
prevista (fino a 5,7 m).
Lo tsunami devasta il sito, danneggia o distrugge molti edifici, fra cui la
centrale elettrica principale, sistemi di chiusura, cisterne, strade e
collegamenti.
La centrale viene allagata fino a 5 m di altezza e su tutto il sito si
depositano sabbia, melma, detriti e rottami.
Due persone rimangono uccise, che si aggiungono a una vittima
causata dal terremoto.

I danni più gravi riguardano le funzioni di sicurezza:
vengono distrutti gli impianti di presa dell’acqua marina per i
sistemi di raffreddamento; sono interrotte le connessioni alla
rete idrica esterna e al pozzo di calore (l’oceano), rendendo così
impossibile lo scarico definitivo del calore prodotto; gli edifici
delle turbine sono allagati mettendo fuori uso i 10 generatori
ausiliari ivi installati, per cui rimane operativo un solo generatore
presso l’unità 6; le batterie delle unità 1 e 2 finiscono sott’acqua
e non possono venir impiegate;
in assenza di potenza elettrica tutti gli edifici, e in particolare le
sale controllo, rimangono all’oscuro, gran parte degli strumenti
di misura diventano inutilizzabili; vengono meno anche la
distribuzione di aria compressa e altri servizi; gran parte delle
attrezzature, degli equipaggiamenti di sicurezza, dei dosimetri e
dei pezzi di ricambio vanno persi o sono irraggiungibili; ulteriore
problema la difficoltà di comunicazioni interne e con l’esterno.

La devastazione del terremoto e dello tsunami nell’area circostante
rende impossibili aiuti immediati dall’esterno.
Si devono affrontare, senza energia elettrica e acqua fresca,
simultaneamente i problemi posti dallo tsunami, i danni all’impianto
elettrico, e il controllo dei 6 reattori.

La TEPCO (Tokyo Electric Power Company) segnala la situazione di
emergenza alla NISA (Nuclear and Industrial Safety Agency).

Il governo proclama lo stato d’emergenza nucleare e istituisce i centri
d’emergenza locali; la prefettura di Fukushima ordina l’evacuazione
della popolazione entro un raggio di 2 km dall’unità 1 della centrale,
estesa poi in giornata a 3 km. Il giorno successivo il raggio della zona
d’evacuazione fu portato a 10 km, e, dopo l’esplosione nell’edificio
dell’unità 1, venne esteso a 20 km (170 mila persone).
 Il 15 marzo, dopo l’esplosione nell’unità 2, venne richiesto agli
abitanti nella zona fra 20 e 30 km di rimanere chiusi in casa
(disposizione ritirata il 22 aprile), suggerendo l’evacuazione volontaria.

Primo obiettivo è di riprendere il controllo degli
impianti, portare tutti i reattori a uno spegnimento
freddo e liberare le zone allagate;
presto si rinuncia al salvataggio operativo dei
reattori 1, 2 e 3 puntando ad impedire la fusione dei
noccioli e al mantenimento delle strutture di
contenimento primario della radiazione;
sorgono problemi anche per le vasche di
raffreddamento del combustibile esausto,
alla terza settimana dall’incidente si cerca di limitare
al minimo la contaminazione radioattiva
dell’ambiente.

Sabato 12 marzo
- le batterie di emergenza si esauriscono
- il raffreddamento dei 3 reattori diminuisce e il materiale e vapore si
   surriscaldano; aumenta la pressione nel contenitore primario
- la parte superiore degli elementi di combustibile viene esposta con
  produzione di idrogeno
- si sfoga vapore (filtrato per bloccare la radioattività) dal reattore 1
   per ridurre la pressione e raffreddare il nucleo
- esplosione di idrogeno nell’edificio del reattore 1 con distruzione
  della copertura della parte superiore che ospita la vasca per il
   combustibile esausto; 4 operai rimangono feriti
- arrivano da altre centrali batterie e generatori elettrici
- si pompa acqua di mare nel reattore 1
- distribuzione profilattica di iodio alla popolazione per contrastare
  l’assorbimento di iodio radioattivo

Esplosione m12

Domenica 13 marzo
- accumulo di idrogeno nel reattore 3
- si sfoga vapore dai reattori 1 e 3
- si pompa acqua di mare nel reattore 3
- un lavoratore rimane esposto a dosi superiori ai limiti

Lunedì 14 marzo
- esplosione di idrogeno nell’edificio del reattore 3 con danni alla
  copertura della parte superiore e ferimento di 11 lavoratori
- si sospetta che il livello dell’acqua nei 3 reattori non copra
  completamente il combustibile, con possibili danni alle barre
- le strutture di confinamento del reattore 3 rimangono intatte ma
  viene danneggiato il sistema di raffreddamento dell’unità 2
- si pompa acqua di mare anche nel reattore 2

Marz 14

Martedì 15 marzo
- gravi difficoltà a raffreddare l’unità 2
- si inizia a sfogare vapore e idrogeno dal reattore 2
- esplosione di idrogeno nell’edificio del reattore 2
- si sospettano danni al serbatoio di sfioro nel contenitore primario
- l’edificio del reattore 2 rimane intatto
- incendio nel settore del combustibile spento del reattore 4, con
  emissione di radioattività nell’atmosfera
- esplosione di idrogeno (generato nelle vasche del combustibile
   esausto) nell’edificio del reattore 4, con ulteriori danni
- rischio che l’acqua della vasca per il combustibile esausto del
  reattore 4 inizi a bollire
- il livello dell’acqua nel reattore 5 scende a 2 m sopra il combustibile
  attivo
- i due generatori diesel d’emergenza del reattore 6 forniscono energia
  per i sistemi di raffreddamento dei reattori 5 e 6
- dosi di radioattività fino a 400 mSv/h misurate presso l’unità 3

o Mercoledì 16 marzo
  - nuovo incendio nella zona del combustibile esausto del reattore 4
  - emissione di vapore dalla zona del combustibile esausto del reattore
     3: probabilmente l’acqua di copertura sta bollendo
  - controlli alle condizioni del combustibile esausto nelle 6 unità, i cui
     impianti di raffreddamento non sono operativi
  - il personale non direttamente impegnato nelle operazioni di
     recupero viene allontanato

  Giovedì 17 marzo
  - elicotteri versano acqua nella vasca del combustibile esausto dei
     reattori 3 e 4, riempiendole
  - iniziano i lavori per connettere le 6 unità alla rete esterna con nuove
    linee di alimentazione

U3m16

Venerdì 18 marzo
- personale d’emergenza e 139 vigili del fuoco da Tokyo usano autopompe
  speciali, camion per iniezioni di cemento e cannoni d’acqua antisommossa
   per fornire acqua al reattore 3
- si continua a versare acqua nella vasca del combustibile esausto del
   reattore 3
- problemi nelle vasche del combustibile esausto dei 4 reattori
- arriva acido borico dagli USA
- l’Organizzazione per il CTBT raccoglie dati sulla radioattività nelle sue
  stazioni distribuite in tutto il mondo
- le dosi di radiazione nella centrale sono 265 microSv/h
- i limiti di radiazione in situazione di emergenza viene fissata dal
  Giappone a 250 mSv; il limite internazionale è di 500 mSv)

Venerdi 18 marzo

Sabato 19 marzo
- 100 vigili del fuoco da Tokyo e 53 da Osaka sostituiscono la squadra
   precedente per pompare acqua nella vasca del combustibile esausto
    dell’unità 3
- i due generatori diesel d’emergenza del reattore 6 forniscono energia per i
   sistemi di raffreddamento dei reattori 5 e 6
- si inizia il raffreddamento delle vasche del combustibile esausto dei
    reattori 5 e 6
- latte, ortaggi e acqua potabile in prossimità alla centrale superano i livelli
   di radioattività previsti
- tracce di iodio e cesio radioattivi nei sistemi idrici fino a Tokyo

Domenica 20 marzo
- diminuisce la temperatura nelle vasche del combustibile esausto dei
  reattori 5 e 6
- i reattori 5 e 6 raggiungono la condizione di spegnimento “freddo”
- si continua a versare acqua di mare nelle vasche del combustibile
  esausto dei reattori 2 e 3 e nei reattori 1, 2 e 3
- arriva corrente elettrica al sistema di emergenza del reattore 2
- si inizia a versare acqua nella vasca del combustibile esausto del
  reattore 4
- il presidente del Giappone dichiara che la centrale, una volta posta
  sotto controllo, non verrà riattivata.

Lunedì 21 marzo
- fumo grigio esce dall’edificio dell’unità 3, ma non ci sono segni di
  aumento di radioattività
- arriva corrente elettrica ai reattori 2, 5 e 6
- si lavora per connettere alla rete le unità 3 e 4
- inizia il controllo delle strutture danneggiate delle unità 1 e 2

Martedì 22 marzo
- esce vapore dalle unità 2 e 3, ma senza aumenti di radioattività
- continua l’immissione di acqua di mare nelle unità 1, 2 e 3
- arriva corrente elettrica a tutta la centrale
- giunge un pontone americano con acqua fresca per ridurre la
  corrosione
- continuano i controlli dei componenti delle unità 1 e 2 prima di
  collegarle alla rete
- continua il raffreddamento delle vasche del combustibile
  esausto dei reattori 5 e 6
- radioattività per iodio-131 e cesio-134 e 137 superiore ai limiti
  nei canali di scarico in mare dei reattori 1,2,3 e 4

U4m16

Mercoledì 23 marzo
 - fumo nero e grigio dall’unità 3 di origine non identificata
   e si sospende il lavoro
 - si continua a versare acqua di mare nelle vasche del
   combustibile esausto dei reattori 3 e 4
- riparato il sistema di iniezione d’acqua dell’unità 1
- continuano i controlli degli impianti elettrici delle 6 unità
   prima di collegarle alla rete
- ritorna la luce nella sala controllo del reattore 3, ma non
   alla strumentazione e impianto
- nei reattori 5 e 6 si usano generatori diesel per fornire
  energia elettrica
- materiali protettivi e acido borico giungono dalla Francia

Giovedì 24 marzo
- il reattore 1 raggiunge la temperatura di quasi 400 °C, mentre quella
di progetto è 302 °C; si aumenta il raffreddamento del nocciolo
- fumo nero esce dall’unità 3 e si sospende il lavoro
- non si osservano aumenti di radioattività
- esce vapore dalle unità 1, 2 3, e 4 (prima volta dalla 1)
- tre lavoratori che stanno installando cavi elettrici alla turbina
dell’unità 3 immersi in acqua sono esposti a alte dosi di radiazione,
oltre 2000 mSv
- due lavoratori ospedalizzati con sospetto di ustioni da intense
radiazioni beta
- tre lavoratori esposti a dosi di radiazione fra 170 mSv/h e 180 mSv/h
- TEPCO informa che 17 lavoratori hanno ricevuto dosi di 1000 mSv
- la temperatura superficiale della vasca del combustibile esausto
dell’unità 3 raggiunge i 56 °C
- la temperatura delle superfici esterne dei reattori 1, 2 e 3 diminuisce
sotto i 20 °C

Marz 16

Venerdì 25 marzo
- ritorna potenza elettrica nella sala controllo principale
  dell’unità 2 e strumentazione inizia a funzionale nelle
  unità 1, 2 e 4
- nel reattore 1 la temperatura scende a 204,5 °C
- TEPCO sospetta che il combustibile attivo nel reattore o
  quello esausto nelle vasche si sia danneggiato e che
   l’acqua contaminata da alta radioattività sia sparsa negli
   ambienti di lavoro.
- le temperature superficiali esterne delle unità 1,2,3 e 4
  sono inferiori a 20 °C
- la temperatura superficiale della vasca del combustibile
  esausto dell’ unità 3 scende a 31 °C
- si misura alta contaminazione di iodio-131 in mare
  (1250 volte il livello normale)

Marzo 25

Sabato 26 marzo
- giungono nuovi pontoni americani con acqua fresca
  (2280 metri cubi) per ridurre la corrosione
- si passa dall’iniezione di acqua marina ad acqua fresca con
   acido borico nel recipiente a pressione delle unità 2 e 3
   usando pompe elettriche al posto delle autopompe
- ritorna potenza elettrica nelle sale controllo 1, 2 e 3
- la dose di radioattività attorno alla centrale scende a
  170 microSv/h
- si teme che il contenitore primario del reattore 3 sia
  danneggiato

Marz 17

Domenica 27 marzo
- vapore viene emesso dalle unità 2, 3 e 4
- si pompa acqua fresca nei reattori 1, 2 e 3
- si continua a versare acqua nella vasca del combustibile esausto
del reattore 4
- si inizia a rimuovere acqua dal locale turbine dell’unità 1 al
condensatore principale, per poter connettere gli impianti alla
rete
- la radioattività dell’acqua nei locali turbine è molto alta
  (60 mSv/h nell’unità1, 750mSv/h nell’unità 3 e 1000mSv/h
   nell’unità 2)
- TEPCO riduce la quantità d’acqua versata nel reattore 2 per
evitare fuoriuscite nell’edificio delle turbine

Lunedì 28 marzo
- viene rivelato plutonio nel sito della centrale a livelli che non
pongono problemi di salute, ma è isotopicamente diverso da
quello disperso dalle esplosioni nucleari sperimentali
- alti livelli di radioattività vengono misurati in una canaletta
fuori dell’edificio delle turbine dell’unità 2
- si presume che nel reattore 2 parte delle barre si siano rotte
liberando materiali radioattivi che giungono per vie non
identificate nel locale turbine
- continua il monitoraggio della radioattività in mare e in tutto il
Giappone

Martedì 29 marzo
- si passa dall’iniezione di acqua marina ad acqua fresca con acido
borico nel recipienti a pressione delle unità 1, 2 e 3 usando pompe
elettriche al posto delle autopompe
- si trovano alti livelli di radioattività nell’acqua attorno ai reattori e
nelle canalette di scarico, e ciò ritarda il progresso dei lavori

Mercoledì 30 marzo
- continua l’iniezione di acqua fresca con acido borico nel recipienti a
pressione delle unità 1, 2 e 3
- non si riesce a ricostruire il percorso dell’acqua radioattiva presente
nella centrale
- dispersione di aria radioattiva dal reattore 2, ma non da aperture
significative del contenitore primario

status30A

radiazione emessa a Fukushima
la radiazione emessa in iodio-131 e cesio-137 risulta circa lo 0,16% del
totale presente nei reattori allo spegnimento (circa 81 ´ 1018 Bq di
iodio-131); l’unità 1 ha emesso il doppio di iodio-131 rispetto all’unità
3 e l’unità 2 il decuplo dell’unità 1.

I livelli di radiazione nell’atmosfera presentano 3 picchi dal 12 marzo,
con una notevole emissione il giorno 15,
• sono stabilizzati dal 16 marzo a livelli notevolmente superiori al
   normale, ma tali da permettere le operazioni del personale;
• da aprile le dosi sono andate diminuendo fino a scendere a metà
   luglio a circa 1,7 mSv/y ai bordi della centrale;
• l’emissione totale il 5 aprile era stimata in 154 ´ 1012 Bq/d, per
   scendere a 24 ´ 1012 Bq/d il 26 aprile e di un ulteriore fattore mille
    (a 4 ´ 109 Bq/d) a metà luglio

dosi

concentrazioni (in Bq/m3 ) di radionuclidi in
campioni presi il 26 marzo presso le 4 unità di
Fukushima
  Nuclidi      Unità 1     Unità 2     Unità 3     Unità 4

  Iodio• 131   1,5 ´ 105   1,3 ´ 107   3,2 ´ 105   3,6 ´ 102

  Cesio• 134   1,2 ´ 105   2,3 ´ 105   5,5 ´ 104   3,1 ´ 101

  Cesio• 136   1,1 ´ 104   2,5 ´ 105   6,5 ´ 103   3,7 ´ 100

  Cesio• 137   1,3 ´ 105   2,3 ´ 106   5,6 ´ 104   3,2 ´ 101

A large amount of contaminated water has accumulated on site and has been
treated to remove all but traces of tritium, which limits the potential to release
treated water to the sea.
Some radioactivity has been released to the sea, but this has mostly been low-level
and it has not had any significant impact beyond the immediate plant structures.
Concentrations outside these structures have been below regulatory levels since
April 2011.

Fukushima Daiichi Accident
(WNA Updated March 2021)

• Apart from cooling, the basic ongoing task was to prevent
release of radioactive materials, particularly in contaminated
water leaked from the three units. This task became newsworthy
in August 2013.
• There have been no deaths or cases of radiation sickness from
the nuclear accident, but over 100,000 people were evacuated
from their homes as a preventative measure. Government
nervousness has delayed the return of many.
• Official figures show that there have been 2313 disaster-
related deaths among evacuees from Fukushima prefecture.
Disaster-related deaths are in addition to the about 19,500 that
were killed by the earthquake or tsunami.

piano interventi
a Fukushima

priorità
• rimozione delle sorgenti di contaminazione
• prevenzione della perdita di acqua contaminata
• isolamento della falda dalle sorgenti contaminanti

Ÿ rimozione del combustibile trattato entro il 2024
Ÿ rimozione del combustibile dei reattori entro 25 anni
Ÿ demolizione reattori 1–4 nel giro di 30–40 anni
Ÿ reattori 5 e 6 disattivati nel 2014

Fukushima 2018

Lezioni da Chernobyl e Fukushima

la sicurezza nucleare implica
“il raggiungimento di adeguate condizioni operative,
la prevenzione di incidenti o la mitigazione delle
conseguenze di un incidente, tali da fornire la
protezione da rischi radiologici al personale sul sito,
al pubblico e all’ambiente”

IAEA, Nuclear Safety Standards

Debolezze cruciali dell’industria energetica nucleare
emerse da Chernobyl:
- inadeguatezza degli strumenti legali internazionali per
garantire la sicurezza
- debolezza delle procedure di informazione sia interna che
internazionale in caso di emergenza
- carenza di adeguati provvedimenti scientifici, tecnici,
amministrativi e legali per la sicurezza nucleare, delle
installazioni nucleari e della gestione delle scorie radioattive
- inesistenza di precise forme organizzative per la
cooperazione internazionale in caso di emergenze
radiologiche
- mancanza un sistema internazionale efficace per
l’attribuzione di responsabilità e la definizione di
compensazioni per danni nucleari

Convenzioni di notifica e sicurezza
- 26 settembre 1986: adozione della Convenzione sulla tempestiva
notifica di un incidente nucleare
- 26 settembre 1986: adozione della Convenzione sull’assistenza in
caso di incidente nucleare o di emergenza radiologica
 -21 settembre 1988 adozione del Protocollo congiunto
riguardante l'applicazione della convenzione di Vienna sulla
responsabilità civile per il danno nucleare e della convenzione di
Parigi sulla responsabilità di parti terze nell’ambito dell’energia
nucleare
- 17 giugno 1994: adozione della Convenzione sulla sicurezza
nucleare
 - 5 settembre 1997: adozione della Convenzione congiunta in
materia di sicurezza della gestione del combustibile esaurito e dei
rifiuti radioattivi
- 2005 emendamento della convenzione sulla protezione fisica dei
materiali fissili

Convenzioni legali
- 12 settembre 1997: adozione del Protocollo di emendamento
della Convenzione di Vienna sulla responsabilità civile per il
danno nucleare
 - 12 settembre 1997: adozione della Convenzione sulla
compensazione supplementare per danni nucleari
 - 12 febbraio 2004: adozione del Protocollo di emendamento
della Convenzione sulla responsabilità di parti terze nell’ambito
dell’energia nucleare
 - 12 febbraio 2004: adozione del Protocollo di emendamento
della Convenzione sulla responsabilità civile per il danno
nucleare

La convenzione sulla sicurezza impone delle condizioni
molto strette
- a livello tecnico, per la struttura degli edifici, per tutti gli
impianti, per la strumentazione e i sistemi di controllo, per
migliorare gli aspetti umani dell’interfaccia
macchina/operatore, incluse informazioni più chiare, e
metodologie di analisi probabilistiche del rischio,
- a livello normativo per la legislazione nazionale, per il
quadro della regolamentazione e delle procedure di
controllo e di verifica.
L’obiettivo finale è quello di creare un corretto bilancio fra i
rischi e i benefici, in modo tale che in caso di conflitto fra
questi due aspetti debba prevalere la protezione dai rischi
per gli individui, le proprietà e l’ambiente

prime lezioni da Fukushima
- il ricorso all’energia elettronucleare richiede livelli straordinari e
profondi di conoscenze teoriche e pratiche, risorse, infrastrutture, ed
esperienza di pianificazione e gestione
- queste capacità vanno rigorosamente accertate prima del lancio di
nuovi programmi, con verifiche anche a livello internazionale
- gli impianti con reattori costruiti prima delle ultime norme di
sicurezza vanno chiusi o dotati delle attuali strutture
- vanno riesaminati i rischi sismici delle varie zone, alla luce di recenti
sismi con potenza superiore a quella storica nota, e di conseguenza
la risposta degli impianti
- i piani energetici devono prevedere una varietà di sorgenti
rispondenti a differenti fattori di rischio
- vanno previsti e provati piani per affrontare anche evenienze
ambientali e logistiche di dimensioni inaspettate e creare una
mentalità diffusa cosciente e profonda di sicurezza nei dirigenti, gli
operatori, le autorità locali e la popolazione

i programmi nucleari sono in ripresa
- in funzione 444 reattori per 394 GW in 32 paesi
- in costruzione 54 reattori per 58 GW in 19 paesi
   37 in Asia, 11 in Europa orientale

il problema non è se
un qualche incidente
può succedere, ma,
quando succederà,
quanto si è preparati
a minimizzare i danni
e a rispondere presto
e in modo efficace

Il concetto di difesa in profondità sta imponendosi
come strategia fondamentale e coinvolge tutte le fasi
della produzione energetica, dalla scelta del sito e
progettazione degli impianti, alla formazione del
personale e alla operazione delle centrali.
Richiede la creazione di barriere fisiche successive che
garantiscano il contenimento del materiale radioattivo
in ogni condizione.
Impone la creazione di una forte cultura di sicurezza in
tutti coloro che ad ogni titolo sono coinvolti nelle
attività nucleari e un sistema efficace e continuo di
verifiche.
Un incidente nucleare in un posto qualunque è un
incidente ovunque.

charlot

È importante che il pubblico abbia una chiara
comprensione dei rischi e dei benefici
rappresentati dall’energia nucleare.
Occorre un maggior coinvolgimento del pubblico
anche nel processo di sviluppo della legislazione
internazionale sulla sicurezza dell’energia
nucleare: solo così si può eliminare, o almeno
ridurre l’attuale diffidenza generalizzata e spesso
aprioristica per questo tipo di energia.

Tre criteri
• gli impatti degli incidenti nucleari non vanni misurati solo
quantitativamente. Le misure quantitative come il numero di vittime non
sono solo inappropriate, ma incomplete e non etiche. La persistente
sofferenza umana derivante dalla dislocazione forzata e dal
reinsediamento a causa della distruzione degli habitat e degli ecosistemi
umani va pienamente apprezzata e tenuta in considerazione.
• ci sono molti aspetti immateriali e non quantificabili della sicurezza
nucleare. Questi includono una buona cultura organizzativa, leadership,
memoria e immaginazione. Dobbiamo guardare oltre l'hardware quando
pensiamo alla sicurezza. Dobbiamo considerare non solo i fallimenti
tecnologici, ma anche i fallimenti organizzativi, istituzionali e umani ed
esaminare come ciascuno di essi potrebbe interagire tra loro.
• è di vitale importanza trovare un equilibrio tra la condivisione delle
informazioni e l'armonizzazione di pratiche e approcci, sviluppando e
preservando allo stesso tempo modi di pensare specifici per paese in
materia di sicurezza e protezione. Tuttavia, questi meccanismi di
responsabilità condivisa non dovrebbero indebolire la responsabilità
nazionale, organizzativa e individuale

a

pascolini@pd.infn.it
http://perlascienza.eu       @apascolini