Varné reaktory ve Fukušimě I

Než se podíváme na to, co se událo ve Fukušimě I, je třeba popsat alespoň základní vlastnosti použitých reaktorů. Jaderná elektrárna ve Fukušimě I patřila k nejstarším v Japonsku. Používala varné reaktory amerického původu od firmy General Electric. U varných reaktorů je pára produkována přímo v tlakové nádobě reaktoru a pak jde přímo do turbíny. První reaktor této elektrárny byl postaven v druhé polovině šedesátých let a spuštěn v roce 1971. Je nejstaršího typu BWR-3 a jeho elektrický výkon byl 460 MW a tepelný 1400 MW. Druhý až pátý reaktor jsou modernějšího typu BWR-4 s elektrickým výkonem 784 MW (tepelný 2400 MW) a byly spuštěny v letech 1974 až 1978. Poslední šestý reaktor je typu BWR-5 s elektrickým výkonem 1100 MW a byl spuštěn v roce 1979.

Samotná aktivní zóna reaktoru je umístěna v tlakové nádobě. Ta je umístěna v kontejnmentu, který má ocelovou a betonovou část. Jeho hlavním úkolem je zabránit úniku radioaktivity a zároveň jsou zde systémy, které umožňují co nejpasivnější způsob havarijního chlazení. V případě reaktorů Jaderné elektrárny Fukušima I se používal kontejnment typu Mark I. Kontejnment je vestavěn do reaktorové budovy. V ní je umístěn bazén s vyhořelým palivem, kde se umisťují palivové články po vytažení z reaktoru, případně i ty, které se připravují pro umístění do aktivní zóny. Horní část budovy je z lehkého materiálu, který se snadno rozbije na velký počet malých kusů. To je pro případ, že nastane vodíkový výbuch a padající těžké kusy by mohly poškodit kontejnment.

U reaktoru jsou tři nejdůležitější věci, které je třeba zajistit v případě havarijní situace. První je zastavení štěpné řetězové reakce. To se provádí zasunutím havarijních tyčí, které velmi intenzivně pohlcují neutrony, do aktivní zóny. V případě reaktorů BWR jsou havarijní tyče umístěny v spodní části reaktorové nádoby. Jsou drženy elektrickými pojistkami pod tlakem vytvářeným stlačeným plynem. V případě libovolného selhání, výpadku elektřiny či jiné události pojistky přestanou fungovat a havarijní tyče jsou vstřeleny do aktivní zóny. Zastavení řetězové reakce je tím nejdůležitějším úkolem, protože při ní se uvolňuje daleko nejvíce energie. V případě, že se to nepodaří, hrozí daleko největší a nejrychlejší následky. To, že v případě Fukušimy I byla řetězová reakce u prvních tří reaktorů, které byly v době zemětřesení v provozu, rychle a spolehlivě zastavena, poskytlo například i dostatek času k evakuaci. Ta tak spořádaně proběhla před tím, než došlo k únikům radioaktivity. I to je důvod, proč žádný z civilních obyvatel nedostal radiační dávku, která by hrozila nějakými zdravotními následky.

I po odstavení řetězové štěpné reakce se v palivových článcích aktivní zóny reaktoru vyvíjí teplo. Vzniká v rozpadu radioaktivních prvků, které vznikly v průběhu práce reaktoru. Jedná se o štěpné produkty, které vznikají při štěpení, a také o transurany, které vznikají v procesu záchytu neutronů uranem a následných přeměnách. Tepelný výkon je zpočátku velký, protože je dán krátkodobými radioizotopy. Díky tomu i velice rychle klesá. Později se pokles zpomaluje a tak se chladit musí i palivové články v bazénech s vyhořelým palivem. Takže druhým nejdůležitějším úkolem je zajistit dochlazení aktivní zóny a chlazení bazénu s vyhořelým palivem. Pokud chlazení není zajištěno, začnou se palivové články zahřívat.