Az elmúlt napokban sokat foglalkozott a nemzetközi sajtó a fukusimai atomerőmű hulladékvíz-kezelési terveivel, a tríciummal szennyezett víz óceáni kibocsátásával. Raffael Grossi, a Nemzetközi Atomenergia Ügynökség (NAÜ) főigazgatója Japánba, majd a csendes-óceáni térség több országába látogatott (többek között Dél-Koreába és Új-Zélandra), és a NAÜ egy újabb, immár 5. szakmai jelentést adott ki az ún. ALPS (Advanced Liquid Processing System) technológiával kezelt vízzel kapcsolatos kérdésekről (IAEA Review of Safety Related Aspects of Handling ALPS-Treated Water at TEPCO’s Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, Report 5: Review Mission to NRA (January 2023)). Ahogy az idézett tanulmány címéből is látszik, a NAÜ felülvizsgálati missziója nem most járt a japán nukleáris biztonsági hatóságnál, hanem még 2023 januárjában. Ami miatt most kapott figyelmet, hogy mostanra készült el a NAÜ jelentés végleges változata, és valójában ezt bemutatni utazott a NAÜ főigazgatója a térségbe.
A NAÜ munkájára óriási szükség van itt (is), mert mind Japánban, mind a régióban (illetve tulajdonképpen az egész világon) rengeteg kérdés merült fel azzal a hulladékkezelési tervvel kapcsolatban, amit a japán kormány még 2021 elején ismertetett. Mivel a terv nagyon nagy mennyiségű (1,3 millió m3), radioaktivitással szennyezett víz tengerbe való kibocsátásának koncepcióját tartalmazza, ráadásul egy 30 éves időszakon keresztül elosztva, ezért azt rengeteg kritika érte az elmúlt 2 évben (a technológia lényegét ld. később).
Fontos már ezen a ponton rögzíteni, hogy a NAÜ nem engedélyező hatóság, a NAÜ nem hagyhatja jóvá vagy tilthatja be ezeket a terveket. A nukleáris biztonság és a környezetbiztonság mindenhol nemzetállami hatáskör, ebben az esetben a japán nukleáris biztonsági hatóságnak (NRA) kell a terveket jóváhagynia, és majd a későbbiekben az engedélyezett tervek szabályos végrehajtását ellenőriznie. A NAÜ nem vehet és nem is vesz át hatáskört a japán hatóságtól. A NAÜ szerepe az, hogy az engedélyezési eljárást, az abban engedélyezésre kerülő műszaki és adminisztratív megoldásokat tudja összevetni a NAÜ követelményeivel és a nemzetközi jógyakorlatokkal, illetve független felülvizsgálatot tud nyújtani, továbbá az eredményeket a nemzetközi szakma és a laikus közönség, valamint a kormányok elé tárva nagyfokú transzparenciát tud biztosítani.
Honnan és miért van szennyezett víz a Fukusima I. atomerőműben?
2011. március 11-én hatalmas, 9-es magnitúdójú földrengés rázta meg Japán keleti partvidékét. A földrengés hatására rengeteg épület, út, híd, vasútvonal rongálódott meg, és az ország északi részén összeomlott a villamos hálózat. Ahogy automatikusan megálltak a nyílt pályán a japán nagy sebességű vonatok, ugyanúgy az atomerőművek is automatikusan leálltak az érintett területeken, de távvezetéki oszlopok tömege dőlt le, így a villamos hálózat összeomlott, az áramszolgáltatás időlegesen nagyon sok helyen megszűnt. Így történt ez a Fukushima Daiichi (Fukusima I.) atomerőműben is. A földrengés ugyan okozott károkat, de az erőmű lehűtése rendben zajlott, külső villamosenergia-ellátás híján az üzemzavari dízelgenerátorok látták el ezt a fontos funkciót.
Mintegy 45 perccel a földrengés után azonban hatalmas cunami érte el az érintett partvidéket. Az egyes helyeken 30 méter magas árhullámra a Fukusima I. atomerőmű nem volt felkészülve. A cunami tönkretette az erőmű hűtése szempontjából létfontosságú tengerpari vízkivételi műveket (LUHS, vagyis Loss of Ultimate Heat Sink típusú baleseti helyzet jött létre – azaz az óceán vizét nem lehetett az erőmű hűtésére használni), mechanikailag károsodtak a dízelgenerátorok is, valamint az épületek aljában lévő tartalék akkumulátor telepek is víz alá kerültek (ún. SBO, Station Black-Out súlyos baleseti helyzet alakult ki – azaz az üzemzavari rendszerek sem kaptak villamos betáplálást), így az erőmű nem csak hűtővíz, hanem üzemzavari áramellátás nélkül is maradt (LUHS és SBO kombinációja, egy rendkívül komplex baleseti helyzet alakult ki, amelyre korábban jellemzően nem méretezték az atomerőműveket). Ennek következtében a reaktorok hűtése ellehetetlenült, és üzemanyag-, majd nagy léptékű zónasérülés következett be az 1., 2. és 3. reaktorban, és az üzemanyag túlhevüléséből származó hidrogéngáz felrobbanása az épületek szerkezetét, valamint gépészeti rendszereiket is jelentősen megrongálta. Egy olyan nem tervezett állapot jött létre, amelyben a reaktorok hűtése a tervezett, jól megszokott módon nem lehetséges, és a normál hűtési módot nem tudták azóta sem helyreállítani.
1. ábra: A Fukusima I. atomerőmű telephelye a Google Maps műholdképén; a kép közepén és alsó felén jól látható a hulladékvizet tároló tartályok hatalmas tömege (forrás: Google Maps)
2. ábra: A szennyezett víz keletkezése és kezelésének alapelvi sémája (forrás: TEPCO [5])
Egy atomerőműben mindig zárt rendszerű hűtést alkalmazunk a reaktorok hűtésére (zárt technológiai körökben keringetett vizet alkalmazunk, ami nem jut ki a környezetbe), ez azonban itt a reaktorokban bekövetkezett sérülések miatt lehetetlenné vált. 2011 óta, vagyis most már 12 éve nyílt ciklusú hűtést alkalmaznak, ami azt jelenti, hogy vizet fecskendeznek be a reaktorokba, amely a sérült szerkezeten átfolyva a reaktorépületek aljában gyűlik össze, ahonnan ki kell szivattyúzni. De nem csak a szándékosan betáplált hűtővíz, hanem a sérült tetőkön behulló csapadék és az épületbe befolyó talajvíz is érintkezik a radioaktivitással szennyezett hűtővízzel (ld. a 2. ábrán). Ez jelenleg összességében napi kb. 90-100 m3 szennyezett víz keletkezését jelenti, de ez az érték korábban magasabb volt. Mivel a hűtés nem zárt rendszerben történik, ezt a vizet el kell valahova helyezni, hiszen a környezetbe azzal a szennyezőanyag-tartalommal, amivel rendelkezik, nem lehet kibocsátani.
Ez a helyzet vezetett el mára oda, hogy a telephelyet tele kellett pakolni nagy, egyenként kb. 1300 m3 tárolókapacitású tartályokkal. Összesen 1000 darab ilyen nagy kapacitású tartály van a telephelyen (ld. az 1. ábrán), amelyekben ezt a vizet tárolják, majd szűrik, kezelik, de a szűrés után hátramaradt vizet is gyűjteni és tárolni kell. Összesen jelenleg 1,33 millió m3 szennyezett víz van tartályokban, a teljes tartálypark befogadó térfogata 1,37 millió m3, tehát lassan kifutnak a tárolókapacitásokból.
Ha nem intézkednének, 2024-ben a tartálypark megtelne, és nem tudnák tovább a reaktorok hűtése során keletkező hulladékvizet hová tenni, ráadásul a rengeteg tartály és az azokban tárolt víz akadályozza az erőmű tervezett leszerelését is. Azért sem tartható a mostanra kialakult helyzet, mert a területet a jövőben esetlegesen érintő természeti veszélyek (pl. egy extrém monszun, vagy újabb jelentős földrengés, esetleg cunami) azzal fenyegetnek, hogy a tartályok megsérülhetnek, és a tartalmuk kontrollálatlanul kerül a tengerbe.
Az erőművet üzemeltető TEPCO több lehetőséget is megvizsgált, és a lentebb leírt megoldás mutatkozott a legjobbnak, így végül erre kértek engedélyt a japán kormánytól, amelyet az megadott.
Tekintsük át a jelenleg alkalmazott technológiát!
A hulladékvizet az épületekből kiszivattyúzzák, ahonnan egy tartályba kerül és ott átmenetileg tárolják. Ezt követően eltávolítják belőle a két legfontosabb szennyezőt, a cézium-137 és a stroncium-90 izotópokat. Ezek nagy mennyiségben vannak jelen a vízben, nagy az aktivitásuk és nagy energiájú, a sejteket károsító sugárzást bocsátanak ki, így a kezdetektől fontos volt ezek kiszűrése.
Ezt követően a hulladékvizet az ALPS technológiába vezetik, ami az előző tisztítási lépés után a vízben még benne maradt további 60 izotópot távolítja el a vízből. Mindez azt jelenti, hogy a vízből – a tríciumot (hidrogén-3) és a szén-14 izotópot leszámítva – gyakorlatilag minden más izotópot kivonnak. Az engedélyes TEPCO számára előírás, hogy a kibocsátandó vízben ne csak az egyes izotópok aktivitáskoncentrációját csökkentse az adott izotópra vonatkozó határérték alá (ld. a határértékeket lásd a 3. ábra táblázatában), hanem a 62 izotópra (egy itt nem részletezett arányszám formájában) együttes aktivitáskoncentráció határérték is meg van adva, amit be kell tartaniuk. Ez biztosítani tudja, hogy a szennyezett vizet befogadó óceán mint biológiai természetes közeg korlátozott terhelést kapjon, és nem várható, hogy az élő szervezetekben számottevő radioaktívanyagkoncentráció-növekedés következne be a kibocsátás következtében.
3. ábra: A hatósági határértékek a tisztítórendszerrel kivont 62 izotópra, valamint a tríciumra és a C-14-re (Forrás: TEPCO [5]) A Bq/liter az aktivitáskoncentráció mértékegysége; azt fejezi ki, hogy hány radioaktív bomlás történik az adott mennyiség anyagban. Az 1500 Bq/liter 1500 radioaktív bomlást jelent másodpercenként 1 liter vízben.
Mi a trícium, mi a jelentősége és miért nem lehet eltávolítani a vízből?
A trícium a hidrogén egyik nehéz izotópja. Amíg a leggyakoribb könnyű hidrogén atommagjában 1 darab proton található csak, a trícium atommagjában a proton mellett két darab neutron is található, így a trícium rendszáma 1, tömegszáma 3.
A trícium a természetben folyamatosan megtalálható, a kozmikus sugárzásból származó részecskéknek a magaslégkörben lévő nitrogénnel való magreakciójából folyamatosan keletkezik. Felezési ideje 12,3 év, így a kozmikus sugárzásból származó keletkezés és a radioaktív bomlásból származó fogyás kialakít a természetben egy egyensúlyi trícium koncentrációt. A légköri koncentrációját a kísérleti atombomba robbantások jelentősen megnövelték.
Sugárvédelmi szempontból a trícium a kevéssé veszélyes radioaktív izotópok közé tartozik: lágybéta sugárzó, azaz nagyon kis energiájú béta részecskéket bocsát ki. A trícium bomlása során kibocsátott béta részecske levegőben haladva már 5-6 mm vastag levegőrétegben, vagy akár egy papírlapban elnyelődik. Már a bőr külső rétegén fennakad, így külső sugárforrásként dozimetriai jelentősége elhanyagolható.
Tríciumot tartalmazó étel vagy ital elfogyasztásával azonban bekerülhet a szervezetbe, ahol a bőr védőhatása már nem érvényesül. Ugyanakkor a kis energiájú béta sugárzása okán nagyon kicsi a sejtroncsoló képessége. Fontos tulajdonsága, hogy a trícium nem akkumulálódik az élő szervezetekben. Míg pl. a jódot a pajzsmirigy összegyűjti és felhalmozza, addig a tríciumot sem az emberi szervezet, sem annak szervei nem gyűjtik össze. A trícium biológiai felezési ideje az emberi szervezetben egy-két hét (szemben a 12,3 éves fizikai felezési idővel), ami azt jelenti, hogy a felvett tríciumot a szervezet – javarészt a vizelettel együtt – gyorsan kiüríti. Ez jelentősen csökkenti a tríciumtól elszenvedhető dózist. Ezért az ivóvíz megengedhető trícium aktivitáskoncentrációja sok országban 1500 Bq/liter, de van olyan hely, ahol ez a határérték 10.000 Bq/liter.
Atomreaktorokban folyamatosan keletkezik trícium. Nyomottvizes reaktorokban elsősorban a neutronok elnyelésére alkalmazott bórból, vagy a vízkezelésre használt lítiumból neutronelnyelés által kiváltott magreakcióban. Több trícium keletkezik a nehézvíz moderálású, ún. CANDU reaktorokban, amelyek moderátora a hidrogén másik nehéz izotópját, a kettes tömegszámú deutériumot tartalmazó víz. Ezekben a reaktorokban elsősorban deutériumból keletkezik trícium neutron befogással. A kiégett üzemanyagok feldolgozása, reprocesszálása is nagyobb trícium forrás.
A trícium kezelésének nehézsége az, hogy a trícium ugyanolyan vízmolekulában található, mint a H2O, és a vízből a tríciumos vízmolekulákat nagyon komplikált kiszűrni. Ez nem lehetetlen, a fent említett CANDU reaktorok esetében évente kb. 2000 tonna hűtővíz feldolgozására képesek, és abból el tudják távolítani a tríciumot, de itt a Fukusima I. esetében még sokkal hígabb trícium–víz keverékről van szó. Ebből az 1,3 millió m3 vízből a trícium eltávolítása túl drága lenne és túl sok időt venne igénybe.
A kibocsátás tervezett folyamata
Az ALPS által kezelt víz nem teljesen egységes, az összetétele függ a származási idejétől, kezelésének időpontjától, az akkori ALPS technológia tulajdonságaitól (az is fejlődött idő közben). Emiatt a kibocsátás előtt egy újabb ALPS tisztításon (szekunder ALPS kezelés) fog átesni minden olyan víztömeg, amit kibocsátásra előkészítenek. Ennek a kibocsátási folyamatnak a lebonyolítására a TEPCO egy külön tartálycsoportot fog elkülöníteni, amely 3x10 darab tartályból fog állni. Ezek között rotációs elven váltogatni fogják a megvalósítandó funkciót, amit a 4. és 5. ábra szemléltet:
- ALPS technológiából érkező víz fogadása
- Víz tárolása mindaddig, amíg elemzésének eredményeire, összetételének igazolására várnak
- Azon víz tárolása, ami készen áll a kibocsátásra (nyilván a kibocsátás lassan, folyamatosan, hígítva fog történni, ezért van szükség a 3. tartálycsoportra).
A tartálypark a telephelyen, a tengerszint felett található. A kibocsátásra szánt vizet le fogják szivattyúzni tengerszintre, ahol az 5. blokki vízkivételi műnél kivett tengervízzel fogják keverni egy aknában, amely keveréket azután egy tenger alatti vezetéken fogják kiszivattyúzni egy, a tengerfenékre telepített cső segítségével, 1 km távolságra a tengerparttól. A kibocsátás helye már most is halászattól eltiltott területen található.
4. ábra: A szennyezett víz kibocsátásához használt rendszerek (forrás: TEPCO [5])
A trícium kibocsátási limitje a műveletek során 22 TBq évente, ami megegyezik a Fukusimai Atomerőmű baleset előtti normál üzemi, éves kibocsátásával. (Az atomerőművek normál üzemük során technológiájukból adódóan kis mennyiségű gáznemű és folyékony radioaktív anyagot bocsátanak ki, ez azonban szigorúan szabályozott és ellenőrzött - a kibocsátási korlátokat úgy választják meg, hogy a lakosság egészségére káros hatás nagy biztonsággal elkerülhető legyen.) Tehát a baleseti helyzet felszámolása ellenére nem kívánnak rendkívüli, üzemzavari kibocsátási korlátot alkalmazni, az ALPS technológiával kezet víz kibocsátása a normál üzemi határértékek mentén fog megtörténni. A tríciumra vonatkozó teljes éves kibocsátási határérték mellett a kibocsátási aktivitás-koncentrációra is alkalmaznak korlátozást, ami 1500 Bq/liter trícium koncentráció a kibocsátott vízben. Ez sok országban az ivóvíz trícium aktivitáskoncentráció korlátja. Ezzel az ivóvízre vonatkozó határértékkel azonos koncentrációval kerül majd ki a víz a tengerbe, 1 km-re a parttól. A 4. ábra jobb alsó felén látható keverő/hígító aknában a bekeverés során kb. százszoros hígítás elérése a cél, így tudják majd a kibocsátási helyen az 1500 Bq/liter trícium aktivitáskoncentrációt tartani.
5. ábra: A kibocsátást előkészítő mérő és ellenőrző rendszer főbb elemei, ciklikus alkalmazásuk logikája (forrás: TEPCO [5])
A japán nukleáris biztonsági hatóság, az NRA az alapján számította ki a kibocsátási limitet, hogy a sugárterhelésnek leginkább kitett lakosságcsoport se kaphasson 50 µSv-nél nagyobb dózist a műveletek következtében. Ez a műveletekre vonatkozó ún. dózismegszorítás, ami egyéként a japán éves lakossági dóziskorlátnak mindössze 1/20 része.
Az érintett tengerpart szakaszon a kibocsátás és az emberi tápláléklánc szempontjából leglényegesebb élőlények a tengeri hínárok és a laposhalak. Ezek tanulmányozására a japánok egy komoly kísérleti programot indítottak. Az ALPS technológiával kezelt vizet tartalmazó akváriumokban tartanak ilyen tengeri élőlényeket, megfigyelik és vizsgálják őket, és rendszeresen mérik az izotópfelvételüket, így a helyi lakosság táplálékláncon keresztüli izotópterhelését pontos mérési adatokkal fogják tudni meghatározni. Az engedélyes TEPCO egy részletes monitoring program tervét is benyújtotta a japán nukleáris biztonsági hatósághoz. Tekintettel arra, hogy a hulladékvíz kibocsátása, és a hatalmas tartálypark leépítése a mostani tervek szerint 30 évet fog igénybe venni, egy hosszú távú vizsgálati és monitoring programra rendezkedtek be. A környezetellenőrzési és vizsgálati programról a NAÜ szerint elmondható, hogy az korszerű, kellően részletes és alkalmas a szükséges adatok pontos meghatározására, valamint a fukusimai kibocsátási tervek környezeti hatásainak monitorozására.
A tervvel kapcsolatos tiltakozások és nemzetközi aspektusaik
A fukusimai víz kibocsátásával szembeni tiltakozások tekintetében a japán halászok mellett Dél-Korea tűnik a leghangosabbnak, de számos más, a csendes-óceáni térségben található ország tiltakozott a terv megvalósítása ellen. A halászok tiltakozása érthető: attól tartanak, hogy fogásuk eredménye nem lesz eladható. Erre a környezetellenőrzési program transzparens és folyamatos működtetése idővel megnyugtató választ adhat.
Érdekes, hogy nagyon intenzív a tiltakozás Dél-Korea részéről, miközben a dél-koreai atomerőművek normál üzemi trícium kibocsátása valójában a fukusimai tervezett éves kibocsátásnak majdnem a tízszerese. A heves tiltakozások oka – meglepő módon – dél-koreai belpolitikai természetű. Dél-Korea elnöki köztársaság, ahol 2017 és 2022 között Mun Dzsein volt a köztársasági elnök, aki liberális politikusként alapvetően antinukleáris energiapolitikát vitt, próbálta visszaszorítani az atomenergiát az országban, a saját nukleáris iparuk rovására is. 2022-ben a konzervatív Jun Szogjol nyerte el a dél-koreai köztársasági elnöki széket, aki az atomenergia fejlesztését tűzte ki egyik céljául. Dél-Koreában tehát a két nagy parlamenti párt között alapvető nézetkülönbség van az atomenergiát illetően, ez tükröződik vissza a japánok fukusimai terveinek megítélése kapcsán is.
Érdemes észrevenni, hogy Dél-Korea óriási távolságra van a fukusimai atomerőműtől: a Japántól nyugatra elhelyezkedő Dél-Korea keleti partjai még légvonalban is több, mint 1000 km-re vannak a sérült japán erőműtől, de ha azt nézzük, hogy a fukusimai telephely Japán keleti partvidékén van, onnan a víznek kb. 1800 km-t kellene a tengerben megtennie, hogy Dél-Korea partjaihoz érjen. Ezen a távolságon nyilvánvalóan óriási hígulás következik be, tehát valójában Dél-Koreára nézve semmilyen környezeti veszéllyel nem járnak a japán kibocsátási tervek.
Összességében azt gondolom, összhangban a NAÜ jelentésében leírtakkal is, hogy a fukusimai kibocsátások nem jelentenek környezeti veszélyt sem Japánra, sem a régió országaira nézve. A fontos és a környezetre veszélyes izotópokat kiszűrik a vízből, a tríciumot pedig az erre meghatározott szigorú kibocsátási korlát betartása mellett fogják kibocsátani.
Nyilván nem örülünk ennek a kibocsátásnak, ugyanis a nukleáris iparban a legtöbbször alkalmazott hulladékkezelési módszer lényege a hulladékok gyűjtése, koncentrálása és elzárása a környezettől, de ebben a rendkívüli helyzetben nem igazán maradt más, jól működő megoldás a japánok számára, mint a kezelhető izotópok kiszűrése, és a nem kiszedhető tríciummal szennyezett víz kibocsátása.
A fő feladat a környezetellenőrzési program következetes végrehajtása, az eredmények transzparens és folyamatos kommunikálása, valamint a víz kibocsátásának rendkívüli eseményektől, üzemzavaroktól mentes megvalósítása nem csak most, hanem a program tervezett 30 éves megvalósítása során folyamatosan.
Felhasznált források
- IAEA comprehensive report on the safety review of the alps-treated water at the Fukushima Daiichi nuclear power station, IAEA, 2023
- IAEA Review of Safety Related Aspects of Handling ALPS-Treated Water at TEPCO’s Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, Report 5: Review Mission to NRA (January 2023)
- Fukushima Daiichi Progress in nuclear safety since 2011, IAEA, 2021
- Basic Policy on handling of ALPS treated water at the Tokyo Electric Power Company Holdings’ Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, TEPCO, 2021
- Partial Revision of the Application for approval to amend the Implementation Plan for Fukushima Daiichi Nuclear Power Station as Specified Nuclear Facility; TEPCO partially revise Application for approval to amend the Implementation Plan for Fukushima Daiichi Nuclear Power Station as Specified Nuclear Facility, which submitted on Nov. 14, 2022 (Application No. FDEC-R4-143), as per the attached document, Tokyo Electric Power Company Holdings Inc., Application No. FDEC-R4-179, February 14, 2023
- Dél-koreai Köztársasági elnökök listája, https://hu.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9l-Korea_eln%C3%B6keinek_list%C3%A1ja
- Fukushima Daiichi und das Wasser, GRS, 2023.07.04., https://www.grs.de/de/aktuelles/fukushima-daiichi-und-das-wasser
Jelen blogbejegyzés szerkesztett formában megjelent a portfolio.hu-n is.
