تلاش بی‌امان برای مهار فاجعه هسته‌ای / جزئیات عملیات خنک‌سازی راکتورهای فراداغ با آب دریا

زمین‌لرزه 9 ریشتری جمعه گذشته در ژاپن و سونامی عظیمی که به‌دنبال آن به‌وقوع پیوست، بار دیگر قدرت طبیعت و بیچارگی انسان را نمایان کرد. هرچند تعداد تلفات انسانی این حادثه (حدود 2هزار نفر کشته و 10هزار نفر مفقود براساس آمار رسمی) در مقایسه با ابعاد عظیم این فاجعه نشان از توان فناوری پیشرفته امروز برای حفاظت از جان اغلب انسان‌ها دارد، اما آن‌چه در نیروگاه هسته‌ای داییچی در فوکوشیمای ژاپن می‌گذرد، چهره‌ای دیگر از توان محدود فناوری بشری را به نمایش گذاشته است.

پس از گذشت دو روز از وقوع زمین‌لرزه و سونامی، مردم جهان نگران و مضطرب برای موفقیت مهندسان و دانشمندانی دعا می‌کنند که درتلاشند از ذوب شدن قلب راکتورهای هسته‌ای و پراکنده‌شدن مواد رادیواکتیو در سطح ژاپن جلوگیری کنند و مانع از تکرار انفجار چرنوبیل در قرن بیست‌ویک شوند.

این نخستین بار است که یک نیروگاه هسته‌ای هم‌زمان در اثر زلزله 9ریشتری و سونامی آسیب می‌بیند. آیا ژاپنی‌ها خواهند توانست جلوی انفجار این نیروگاه هسته‌ای چهل‌ساله را بگیرند و از بروز فاجعه هسته‌ای در شرق آسیا جلوگیری کنند؟

1- خاموشی خودکار

نیروگاه هسته‌ای داییچی در فوکوشیما که از سال 1971 / 1350 وارد مدار شده، دارای 6 راکتور هسته‌ای آب‌جوشان است که با استفاده از انرژی حاصل از شکافت هسته‌ای، آب را به بخار داغ تبدیل می‌کند و این بخار پرانرژی، توربین متصل به ژنراتور برق را به حرکت درمی‌آورد. برای خنک‌کردن این مجموعه و بخصوص قلب راکتور، یعنی جایی‌که واکنش شکافت هسته‌ای درون میله‌های سوخت انجام می‌شود، سیستمی وجود دارد که با برق تغذیه می‌شود. این برق معمولا از همان انرژی تولیدی توربین بدست می‌آید، چراکه صرفه اقتصادی بسیار زیادی دارد. البته در شرایط اضطراری می‌توان از شبکه سراسری برق و درنهایت از ژنراتورهای گازوئیلی پشتیبان برای تامین انرژی این سیستم استفاده کرد.

در پی وقوع زلزله شدید 9.0 ریشتری بیستم اسفندماه در ژاپن، راکتورهای شماره 1، 2 و 3 نیروگاه داییچی که کمتر از 200 کیلومتر با مرکز زلزله فاصله داشتند، به‌طور خودکار خاموش شدند و پس از مدتی، راکتورهای 4 و 5 و 6 نیز برای بازبینی صدمات ناشی از زلزله از مدار خارج و خاموش شدند.

خاموش شدن راکتور به‌معنی توقف واکنش‌های هسته‌ای نیست، بلکه با واردکردن میله‌های کربنی کنترل درون راکتور، تعداد واکنش‌ها به شدت کاهش می‌یابد. حتی اگر تمام واکنش‌های هسته‌ای هم متوقف شود، باز زمان زیادی لازم است که قلب داغ راکتور سرد شود؛ بنابراین حتی در شرایط خاموشی نیز سیستم خنک‌کننده باید فعال باشد. با خاموش‌شدن راکتور، مهندسان به‌سرعت سیستم پشتیبان تولید برق را روشن کردند. ازآن‌جا که شبکه سراسری انتقال برق در اثر زمین‌لرزه قطع شده بود، ژنراتورهای گازوئیلی مولد برق فعال شدند. اما در کمتر از یک ساعت پس از زلزله، امواج مرتفع سونامی ناشی از زمین‌لرزه به سواحل فوکوشیما رسید و جریان آب، ژنراتورهای گازوئیلی را از کار انداخت. اینجا بود که فاجعه آغاز شد.

2- آزادسازی بخار رادیواکتیو

سیستم خنک‌کننده بدون الکتریسیته کار نمی‌کند و تمام منابع تولید جریان الکتریکی نیز از کار افتاده بود. اینجا بود که قلب داغ راکتور که روشی برای خنک‌کردن آن وجود نداشت، داغ‌تر شد. آب موجود در استخر دور راکتور که وظیفه خنک نگاه‌داشتن راکتور را برعهده دارد، شروع به جوشیدن و تبخیر کرد و با کاهش حجم آب، روند داغ‌تر شدن قلب راکتور نیز افزایش یافت. راکتور به شرایط فراداغ رسیده بود.

برای کاهش فشار بخار و جلوگیری از ادامه واکنش، مهندسان تصمیم گرفتند بخشی از بخار تولیدی در استخر را خارج کنند تا فشار درون راکتور کاهش یابد. پیش از این کار، منطقه اطراف نیروگاه تا شعاع 20 کیلومتری تخلیه شد تا نشت احتمالی بخار رادیواکتیور مشکلی ایجاد نکند.

مهندسان با بازکردن شیر تخلیه، بخشی از بخار داغ رادیواکتیو را به اتاق مجاور منتقل کردند. با انجام این کار، سطح مواد رادیواکتیو به 1000 برابر حالت قبل رسید و مقداری از سزیوم نیز دیده شد. اما این سزیوم نشان از چیست؟

اورانیوم مورد استفاده در راکتورها درون میله‌هایی از جنس زیرکونیوم قرار دارند. در حوالی 1500 درجه سانتی‌گراد، زیرکونیوم با بخار آب واکنش می‌دهد و گاز هیدروژن آزاد می‌کند. هیدروژن هم که بسیار اشتعال‌پذیر است و در حضور اکسیژن می‌تواند انفجاری عظیم به‌راه بیاندازد. خوشبختانه اتاقک داخلی راکتور که میزبان استخر آب است، اکسیژن ندارد تا در صورت بروز حادثه‌ اتفاقی نیفتند؛ اما آسیب‌دیدن پوشش زیرکونیومی لوله‌های سوخت بدان معنی است که برخی مواد رادیواکتیو مانند رادیو-سزیوم و رادیو-ید نیز در محیط منتشر شوند. وجود سزیوم در بخار رادیواکتیو بدان معنی بود که برخی از میله‌های سوخت آسیب دیده‌اند.

3- انفجار در راکتور اول

به‌دنبال وقوع پس‌لرزه‌ای بزرگ در منطقه، انفجاری در ساعت 3:36 روز شنبه 21 اسفند (به وقت محلی) اتفاق افتاد و دود سفیدی از ساختمان راکتور شماره 1 به هوا خاست. هنوز مشخص نیست که ارتباطی بین این پس‌لرزه و انفجار وجود داشته باشد، اما عدم وجود مواد رادیواکتیو در فضای اطراف نشان داد که این انفجار در اثر نشت هیدروژن پرفشار به محیط اطراف و ترکیب آن با اکسیژن هوا است. به عبارت دیگر، این انفجار عاملی شیمیایی داشت و هسته‌ای نبود.

[اتاقک راکتور شماره 1، قبل از انفجار (چپ) و بعد از انفجار]

در اثر این انفجار، چهار نفر از کارکنان مجروح شدند. تصاویری که پس از فرونشستن دود گرفته شد، نشان داد که بخشی از سقف و دیواره‌های فوقانی اتاقک راکتور متلاشی شده، اما برجاماندن سازه فولادی بدان معنی بود که این انفجار آن‌قدرها هم که به‌نظر می‌رسید، قوی نبود!

4- خنک‌سازی با آب دریا

دانشمندان و مهندسان ژاپنی تصمیم می‌گیرند از محلول آب‌دریا و اسید بوریک برای خنک‌سازی راکتور شماره 1 استفاده کنند. اسید بوریک حاوی بورون است که جذب‌کننده قوی ذرات نوترون است و می‌تواند با جذب نوترون‌های پرانرژی حاصل از واکنش‌های هسته‌ای، نرخ واکنش زنجیره‌ای را کند و درنهایت آن‌را متوقف کند. البته وارد کردن آب دریا به درون اتاقک راکتور بدان معنی است که سازه‌های فلزی دچار خوردگی می‌شوند و درنتیجه راکتور برای همیشه خاموش می‌شود و دیگر نمی‌توان از آن استفاده کرد؛ اما این راه‌حل به‌مراتب بهتر از به‌خطر افتادن زندگی میلیون‌ها انسان است.

پمپاژ محلول آب دریا و اسید بوریک از ساعت 17:30 شنبه 21 اسفند به وقت ایران آغاز شد و حداقل تا 10 ساعت طول کشید. علی‌رغم آن‌که هیچ‌یک از مقامات رسمی و غیررسمی مستقیما از موفقیت یا عدم موفقیت این روش سخن نگفته‌اند، اما مسوولان نیروگاه از وضعیت پایدار نیروگاه خبر داده‌اند و مقامات دولتی نیز از کاهش سطح مواد هسته‌ای در فضای خارجی نیروگاه سخن گفته‌اند.

5- دردسر جدید

درحالی‌که مهندسان توجه خود را معطوف راکتور شماره 1 کرده بودند، روز یک‌شنبه 22 اسفند، سیستم خنک‌کننده راکتور شماره 3 از کار افتاد و مشکل بزرگ‌تری به مشکلات قبلی افزوده شد. افزایش فشار در اتاقک راکتور سبب شد مهندسان بخشی از بخار پرفشار را در اتاقک جانبی آزاد کنند. اما افزایش فشار ادامه یافت و احتمال انفجار راکتور شماره3 بیشتر شد.

برخلاف راکتور شماره 1 که از سوخت اورانیوم استفاده می‌کند، راکتور شماره 3 از ترکیب اکسید پلوتونیوم و اکسید اورانیوم برای تولید انرژی بهره می‌گیرد. پلوتونیوم به‌مراتب خطرناک‌تر از اورانیوم است، زیرا فرارتر است، واکنش‌پذیری بیشتری دارد و ذرات نوترون بیشتری آزاد می‌کند. به‌عبارت دیگر، شکافت هسته‌ای پلوتونیوم به تولید انرژی بیشتری منجر می‌شود و به همین دلیل است که در تسلیحات هسته‌ای بیشتر از پلوتونیوم استفاده می‌شود.

اگر نتوان دمای قلب راکتور را کنترل کرد و افزایش دما منجر به‌ذوب شدن ساختار راکتور شود، گرمای به‌مراتب بیشتری تولید خواهد شد که برای مهار آن به خنک‌سازهای به‌مراتب بیشتر نیاز خواهد بود. در صورت ادامه تولید حرارت، انفجاری عظیم شکل خواهد گرفت و مواد رادیواکتیو در محیط پراکنده خواهند شد.

به‌همین دلیل، مهندسان تصمیم گرفته‌اند راکتور شماره 3 را با اسید بوریک و آب دریا خنک کنند. آخرین خبرها در ساعت 17 بیست‌ودوم اسفند حاکی از آن است که این کار آغاز شده است.

شایان ذکر است که تمامی این تلاش‌ها در حالی انجام می‌شود که 70 درصد احتمال دارد طی 3 روز آینده، پس‌لرزه‌ای با قدرت 7 ریشتر ژاپن را تکان دهد. این احتمال طی 3 روز پس از آن به 50 درصد می‌رسد!