Jak bariera lodowa Fukushima zablokuje radioaktywne wody gruntowe?

Japońscy urzędnicy desperacko próbują powstrzymać narastający kryzys w elektrowni atomowej w Fukushimie i chcą wykorzystać sztuczną wieczną zmarzlinę, aby powstrzymać wyciek radioaktywnej wody. Pomysł polega na zbudowaniu długiej na milę ściany zamarzniętej ziemi wokół budynków reaktorów toksycznych w Fukushimie, aby powstrzymać skażenie wód gruntowych; najbardziej doświadczeni specjaliści w tej dziedzinie twierdzą, że plan powinien działać.

Chłodnia: Freezewall stworzony na potrzeby projektu budowlanego przez firmę SoilFreeze.

Zaangażowane japońskie firmy wydają się działać samodzielnie. Dwa tygodnie temu najwyższy urzędnik w Tokyo Electric Power (Tepco) zasygnalizował, że przedsiębiorstwo odpowiedzialne za katastrofę w Fukushimie zwróci się o międzynarodową pomoc w związku z kryzysem związanym z zanieczyszczeniem wody w Fukushimie. Jednak ani Tepco, ani jej podwykonawca, japońska firma inżynieryjno-budowlana Kajima Corp, nie skontaktowali się z ekspertami z amerykańskich firm i krajowych laboratoriów zajmujących się największymi na świecie systemami zamrażarek — i jedynym, w przypadku którego udowodniono, że powstrzymuje skażenie nuklearne.

Jednym z tych ekspertów jest Elizabeth Phillips, która w 1996 i 1997 roku zarządzała instalacją mroźnej ściany o długości 300 stóp i głębokości 30 stóp w celu odizolowania odpadów radioaktywnych w Narodowym Laboratorium Oak Ridge Departamentu Energii USA w Tennessee. ściany są powszechnie używane do zatrzymywania wód gruntowych w celu ułatwienia prowadzenia prac wykopaliskowych na placach budowy i w kopalniach, w tym przypadku wymagana jest specjalistyczna wiedza, mówi. Musisz się upewnić, że ktokolwiek to robi, analizuje wszystko, co może pójść nie tak, mówi Phillips. Powinieneś iść z kimś, kto zrobił to wcześniej.

Każdego dnia około 400 ton spływających z pobliskich gór wód gruntowych przedostaje się do pęknięć w budynkach reaktora uszkodzonych przez stopienie i wybuchy w Fukushimie w 2011 roku, zgodnie z dokumentem informacyjnym Tepco z kwietnia 2013 r. . Woda, która wydostaje się z budynków, zanieczyszcza wody gruntowe w dole rzeki i ostatecznie rozlewa się do morza. Poziomy zanieczyszczeń są niebezpiecznie wysokie. W zeszłym miesiącu firma Tepco pobrała wodę ze studni do pobierania próbek poniżej budynków, w której poziom promieniowania był o rzędy wielkości wyższy niż poziomy uznane za bezpieczne przez Japoński Urząd Regulacji Jądrowych .

Dotychczasowe wysiłki Tepco, aby zapobiec rozprzestrzenianiu się, były nieskuteczne, ryzykowne i ostatecznie niezrównoważone. Jego główną reakcją było pompowanie zanieczyszczonych wód gruntowych do zbiorników magazynowych, dodając do ponad 300 000 ton radioaktywnej wody już przechowywanej w Fukushimie w pospiesznie zmontowanych zbiornikach, które są podatne na przyszłe trzęsienia ziemi. Niektóre już wyciekły. W zeszłym tygodniu japoński Urząd ds. Regulacji Jądrowych zarejestrował jeden niedawny wyciek 300 ton jako incydent poziomu 3 – pierwszy incydent w Fukushimie, który ocenił na skalę międzynarodowych wydarzeń nuklearnych od 2011 roku.

Ściana zamarzająca byłaby bardziej definitywnym podejściem do zarządzania wodami gruntowymi. Zgodnie z propozycją zaproponowaną przez Kajimę w kwietniu i zatwierdzoną w maju przez panel ekspertów Nuclear Regulation Authority, miałby przebiegać 1,4 kilometra i okrążać cztery zniszczone reaktory na miejscu. Rury pionowe należy wiercić lub wbijać w ziemię w odstępach jednego metra, tworząc coś, co wygląda jak szereg słupków ogrodzeniowych pod ziemią. Czternaście 400-kilowatowych instalacji chłodniczych pompowałoby w dół każdą rurę chłodziwo o temperaturze od -20°C do -40°C, aby pochłonąć ciepło z gruntu, tworząc rozszerzający się cylinder zamarzniętej ziemi.

W ciągu około sześciu tygodni te cylindry połączą się, tworząc ciągłą barierę, która zatrzymuje wody gruntowe i zanieczyszczenia. Rezultatem byłaby solidna bariera z powierzchni sięgająca około 95 stóp w dół, aby napotkać warstwę gliny i skał o niskiej przepuszczalności. I chociaż wymagałoby to długotrwałego chłodzenia, ściana jest odporna na przerwy w dostawie prądu trwające dni lub tygodnie. Odmrożenie muru zajęłoby miesiące lub lata, mówi Daniel Mageau, wiceprezes i inżynier projektu w firmie SoilFreeze z siedzibą w Seattle.

Kilka cech sprawia, że ​​mroźne ściany są lepszymi barierami niż te wykonane ze stali, betonu lub gliny – alternatywy, które panel Urzędu Regulacji Nuklearnych rozważył i odrzucił. Kluczową zaletą cytowaną przez Phillipsa jest zdolność samoregeneracji ściany zamarzania. Na przykład woda spływająca do szczelin spowodowanych trzęsieniem ziemi — wszechobecnym zagrożeniem w Fukushimie — zamarzała, by ponownie ustanowić barierę. To naprawdę wielki atut, mówi Phillips.

Doświadczenie Oak Ridge sugeruje, że będzie działać w Fukushimie, według Phillipsa i ekspertów z wykonawców, którzy zbudowali ścianę laboratorium: wykonawca geotechniczny z Rockaway, New Jersey Moretrench i oparte na kotwicowisku Fundamenty arktyczne . Jest to dotychczas jedyny projekt zamrożonych ścian zabezpieczających przed bronią jądrową, który został błędnie scharakteryzowany w doniesieniach prasowych jako eksperyment. To nie był model. Wiercenie w skażonej glebie i powstrzymywanie prawdziwych skażonych radiologicznie materiałów przed ucieczką i przechodzeniem do strumienia, mówi główny inżynier Arctic Foundations Edward Yarmak.

Zamarznięta ściana Oak Ridge stopiła się w styczniu 1998 roku i zawierała ten sam zestaw pierwiastków, które były obecne w Fukushimie przez sześć lat – czas trwania określony dla ściany Fukushimy przez panel Nuclear Regulation Authority – do czasu, gdy organy regulacyjne nakazały Departamentowi Energii Stanów Zjednoczonych rekultywację terenu. Phillips jest przekonany, że będzie działał dłużej niż 30 lat.

Joseph Sopko, dyrektor ds. zamrażania gruntu w Moretrench, mówi, że zaproponowany przez Kajimę roczny harmonogram instalacji i zamrażania jest rozsądny w świetle instalacji, którą zarządzał w kopalni złota w północnym Ontario pod koniec lat 90. długa ściana zamontowana w niecały rok. Tymczasem skala ściany Fukushimy wydaje się wręcz mała w porównaniu do pięciokilometrowej ściany proponowanej dla operacji piasków roponośnych w Albercie, dla której Moretrench prowadzi obecnie badania pilotażowe.

Jedną z głównych wad jest jednak zużycie energii. Chociaż zamarznięte ściany trwają miesiące lub lata, a tym samym są odporne na przerwy w dostawie prądu, wymagają one długotrwałego chłodzenia, aby wytrzymać. Zazwyczaj moc chłodzenia wymagana do konserwacji stanowi około połowę mocy wymaganej do utworzenia ściany.

Tepco i Kajima mogliby zaoszczędzić energię, gdyby zastosowali technikę stosowaną w Oak Ridge. Jego ściana zawiera pasywne urządzenia znane jako termosyfony, które firma Arctic Foundations zainstalowała na całej Alasce w celu wzmocnienia topniejącej wiecznej zmarzliny pod budynkami i infrastrukturą. Gaz chłodzący pasywnie krąży w rurach, gdy ziemia jest cieplejsza niż powietrze nad nią, pochłaniając ciepło na dole poprzez gotowanie, a następnie odprowadzając to ciepło na górę przez kondensację i ostatecznie spływając z powrotem w dół ścianki rury, aby powtórzyć cykl.

Dzięki włączeniu termosyfonów system Oak Ridge zużywał zaledwie 100 000 kilowatogodzin energii rocznie — mniej niż 10 domów zużyłoby w ciągu roku. To bardzo wydajny system przenoszenia ciepła wbrew grawitacji. Nie ma ruchomych części, mówi Yarmak.

Mimo to, chociaż Yarmak chciałby eksportować termosyfony Arctic Foundations do Japonii, mówi, że zużycie energii nie jest dla Fukushimy kwestią krytyczną. Nawet przy bardziej konwencjonalnym systemie zamrażania ścian, który zaproponował Kajima, którego zużycie energii byłoby około 250 razy większe niż w Oak Ridge, zużycie energii nadal wydaje się niewielkie w kontekście. Jak na skalę problemu, który ma Japonia, to nie jest dużo energii, mówi.

ukryć