Brzy uplyne patnáct let od havárie v elektrárně Fukušima I a čtyřicet let od katastrofy v Černobylské jaderné elektrárně. Je tak zajímavé se podívat na to, v jakém stavu je odstraňování následků těchto největších havárií v dějinách jaderné energetiky.

Dne 26. dubna 1986 došlo při experimentech na čtvrtém reaktoru k nekontrolované štěpné řetězové reakci, extrémnímu nárůstu výkonu i teploty a následnému výbuchu. Radioaktivita se explozí a následným požárem dostala s částmi aktivní zóny reaktoru do širokého okolí. Šlo o největší katastrofu v jaderné energetice. Kulatému výročí této havárie bude věnováno i dubnové číslo časopisu Vesmír.

Dne 11. března 2011 došlo k jednomu z největších zemětřesení v historii a následná vlna cunami zaplavila i jadernou elektrárnu Fukušima I. Elektrárna přišla o vnější zdroje elektřiny při zemětřesení a záložní dieselagregáty byly posléze zaplaveny vodou. Reaktory tak přišly o chlazení. Produkce tepla z radioaktivního rozpadu nakonec roztavila aktivní zónu reaktoru. Obsluha byla nucena přikročit k ventilaci kontejnmentů, čímž došlo tak k úniku radioaktivity, která zasáhla okolí elektrárny. Než se podíváme na současnou situaci v obou lokalitách, připomeňme si, jaké jsou hlavní rozdíly mezi oběma haváriemi.

Rozdíl mezi havárií v Černobylu a ve Fukušimě I

Havárie v Černobylu byla dána čistě lidskou chybou, události ve Fukušimě I byly následkem extrémní přírodní katastrofy, i když i zde se projevil lidský faktor. Zásadní rozdíl byl v průběhu a rychlosti událostí. V Černobylu došlo k nekontrolované štěpné řetězové reakci a rychlému průběhu exploze a šíření radioaktivity. Pracovníci se na událost nemohli připravit. Ve Fukušimě se štěpná řetězová reakce při zemětřesení automaticky zastavila a reaktory se začaly dochlazovat. Produkovaný tepelný výkon tak byl čistě z rozpadu radioaktivních prvků a pohyboval se v řádu procenta výkonu reaktoru v provozu. Teprve cunami chlazení zastavilo. K tavení aktivní zóny pak došlo až po desítkách hodin.

Reaktor v Černobylu neměl kontejnment a části aktivní zóny byly během výbuchu a požáru vyvrženy do atmosféry. Ve Fukušimě reaktory kontejnmenty měly a jejich havarijní ventilace páry a plynu probíhala řízeně přes filtry. I když tak byly ve Fukušimě zničeny tři reaktory a v Černobylu jen jeden, dostalo se v Černobylu do okolí o řád více radioaktivity než ve Fukušimě.

V případě Černobylu byl průběh havárie pro pracovníky elektrárny a zasahující hasiče absolutně nečekaný. Neměli čas se na situaci a vzniklé podmínky připravit. Pracovali v extrémně kontaminovaném prostředí bez potřebného vybavení. Důsledkem byla vysoká obdržená dávka i nemoc z ozáření pro řadu z nich. Ve Fukušimě měli pracovníci a hasiči dostatek času se připravit a měli dostatek dozimetrických pomůcek. Ve Fukušimě vyšší dávky obdrželo minimum zasahujících a žádná neohrožovala jejich zdraví.

V Černobylu probíhaly evakuace až po masivních únicích radioaktivity. Ve Fukušimě se realizovala evakuace oblastí do vzdálenosti 20 km ještě před tím, než proběhla havarijní ventilace kontejnmentů. V Černobylu byl rozsah a dosah kontaminace daleko větší a Sovětský svaz neměl ekonomiku dostatečně silnou, aby dokázala nahradit místní potraviny. S tím Japonsko problémy nemělo a kontaminované potraviny se ke spotřebitelům nedostaly. To byl důvod, proč v případě Černobylu vznikla řada případů rakoviny štítné žlázy u lidí, kteří byli v době havárie dětmi nebo mladistvými. Ve Fukušimě se žádné zvýšení počtu těchto rakovin nepozoruje.

Stav prací v Černobylu

V případě Černobylské jaderné elektrárny bylo klíčovým momentem dokončení nového sarkofágu a jeho přesunutí nad zničený blok se starým sarkofágem, které proběhlo v roce 2016. V roce 2019 byl oficiálně uveden do provozu. To vyloučilo riziko emisí radioaktivity ze zničeného reaktoru. Bylo tak možné přistoupit k revitalizaci zakázané oblasti.

Ta by měla probíhat v několika zásadních směrech. Z největší části zakázané zóny se stal národní park a součást největšího evropského pralesa. Z části města Pripjať a elektrárny bude muzeum této jedné z největších technogenních katastrof. Bude tak potřeba část budov strhnout a u zbývajících zajistit statickou stabilitu a bezpečnost. Na jisté části ploch v zakázané zóně budou technologické parky. Mezi prvními realizovanými jsou rozsáhlé fotovoltaické elektrárny, které využívají dobré připojení oblasti do elektrické sítě. Dalším je dlouhodobé suché úložiště pro vyhořelé palivo ukrajinských reaktorů VVER. To bylo oficiálně otevřeno v prosinci 2023.

Část vhodných území se vrátí k lesnickému i zemědělskému využití. Plánuje se významné zaměření na turismus, kde se využije i atraktivita památek na havárii i krásy panenské přírody. Vytipovala se řada vodních i pozemních turistických okruhů. Řadu návštěvníků mohl přilákat skvělý seriál Černobyl uvedený na stanici HBO. Bohužel však brzy po jeho uvedení přišla pandemie Covid-19 a krátce po ní invaze Ruska na Ukrajinu, na jejímž začátku byl několik měsíců okupován i samotný Černobyl.

Dokončení nového sarkofágu umožnilo pokročit ve vyřazování Černobylské jaderné elektrárny. Práce však byly přerušeny zmíněnou ruskou okupací elektrárny. Po ní bylo potřeba nahradit škody a obnovit všechna povolení pro práce s radioaktivními materiály.

Vyřazování prvního až třetího reaktoru probíhá klasickým způsobem. Již v roce 2016 byl dokončen převoz palivových souborů z bazénu jednotlivých bloků do centrálního bazénového (mokrého) úložiště SF-1. Již více než pět let je v provozu suché přechodné úložiště ISF2 pro dlouhodobé ukládání palivových souborů z reaktorů RBMK Černobylské elektrárny. Podařilo se již převézt z úložiště SF-1 a uložit do SF-2 okolo čtvrtiny vyhořelého paliva z vyřazovaných bloků.

V minulých letech bylo do provozu uvedeno zařízení na úpravu pevného radioaktivního odpadu a také sestava pro gama spektrometrickou kontrolu vyřazovaného materiálu pocházejícího z likvidace elektrárny. Během současných prací na vyřazování elektrárny se budou hromadit velké objemy různých materiálů, tato zařízení tak jsou nezbytná.

Na reaktorech 1 až 3 se odstraňují nepotřebná zařízení, zároveň se renovuje vybavení, které bude důležité pro dlouhodobou práci při vyřazování elektrárny. Toto konzervační období by mělo být dokončeno před koncem desetiletí. Pak bude během období bezpečného uzavření klesat aktivita komponent samotného reaktoru. Někdy před polovinou století by se měly začít rozebírat samotné reaktory i silně radioaktivní části primárního okruhu. Někdy po roce 2065 by mělo být celé území elektrárny uvolněno pro jiné průmyslové aktivity.

Uvnitř nového sarkofágu proběhlo vyztužení konstrukcí a připravuje se likvidace nestabilních částí starého sarkofágu. Tyto práce se pozastavily po dopadu dronu na nový sarkofág 14. února 2024. Největší díra byla ve výšce 87 m měla rozměr 15 m². Do konce října 2024 se podařilo provizorně zacelit díru ve vnějším plášti. Je však třeba provést komplexní opravu, která by obnovila hermetičnost a další funkce sarkofágu. Financování a dozor nad průběhem rekonstrukce zajistí Evropská banka pro obnovu a rozvoj. Je snaha realizovat rekonstrukci v tomto roce.

V současné době se zadává projekt pro stabilizaci a částečné vyklizení strojovny, která přiléhá k reaktoru a není pod novým sarkofágem. Postupně se pak také rozebere střecha a boční stěny starého sarkofágu. Nejnáročnější část prací začne až kolem poloviny století a půjde o likvidaci zhruba dvou set tun koria. Metodiky pro tuto část likvidace následků havárie se teprve hledají. Posléze se zlikvidují zbývající části zničené budovy reaktoru. Dokončení se čeká v druhé polovině tohoto století, ale termín je z pochopitelných důvodů značně nejistý.

Podrobný rozbor vývoje v Černobylu i ukrajinské jaderné energetiky v době války vyvolané Ruskem je v nedávném článku na populárně-vědním serveru Osel.

Stav prací ve Fukušimě I

V prosinci 2011 se podařilo realizovat studené odstavení tří zničených reaktorů ve Fukušimě. V tomto případě to znamenalo, že teplota aktivní zóny byla pod bodem varu a bylo zajištěno její cirkulované chlazení. Zároveň bylo zajištěno dramatické snížení úniků radioaktivity, aby nezvýšily potenciální roční efektivní dávku za hranicemi elektrárny o více než 1 mSv.

Pak bylo možné přistoupit k systematické práci na likvidaci následků. Při nich bylo třeba řešit několik zásadních úkolů. Prvním bylo dekontaminace a uklizení areálu elektrárny, bylo potřeba zajistit podmínky pro dlouhodobou práci velkého počtu pracovníků. Druhým bylo vyklizení bazénů s vyhořelým palivem, které jsou u jednotlivých bloků mimo kontejnment. Dalším bylo vyřešení problému s radioaktivní vodou hromadící se v areálu. Velmi dlouhodobým úkolem je likvidace zničených aktivních zón reaktorů a vyřazení celé elektrárny. Mimo elektrárnu je potřeba zajistit dekontaminaci a revitalizaci zasažených území. Podívejme se, jak práce na řešení zmíněných úkolů pokročily.

Dekontaminace areálu elektrárny a odklizení všech trosek umožnilo pohyb v normálním pracovním oblečení všude mimo silně zasažené oblasti v blízkosti zničených reaktorů. Zvýšení vlnolamu a umístění rezervních generátorů na bezpečná místa zajistila ochranu před případnou další vlnou cunami. Výstavba kantýny, obchodu a dalšího zázemí pro pracovníky jim umožnila vytvořit podmínky blízké k těm v jiných průmyslových podnicích.

Velmi důležitým úkolem je vyvezení zejména vyhořelého paliva z bazénů na jednotlivých blocích. Nejkritičtější byla situace u čtvrtého bloku, kde byl samotný reaktor prázdný a veškeré palivo bylo právě v bazénu. I u něho došlo ke zničení horní části budovy výbuchem vodíku. Ten se tam dostal společným ventilačním systémem ze třetího bloku. Zde se přistoupilo k odklizení trosek a vyčištění bazénu. Následně byl vybudován nový kryt budovy a instalováno jeřábové zařízení pro uložení palivových souborů do kontejneru a jejich vyvezení do společného bazénu v areálu. Úplné vyklizení se podařilo dokončit v roce 2014. Nyní se odstraňují silně kontaminované komponenty v bazénu a po dokončení prací by se měl v roce 2030 bazén vypustit a vysušit. Budova pak bude připravena na konečnou likvidaci.

Stejně se postupovalo u třetího bloku, kde byla kvůli silnější kontaminaci jeřábová sestava ještě více automatizovaná. Zde se vyvezení palivových souborů podařilo dokončit v roce 2021. Druhý blok byl jediný zasažený havárií, kde nedošlo k výbuchu vodíku. Ovšem v prostoru bazénu byla extrémně intenzivní radiace. Uvažovalo se tak o stržení horní části budovy a postupu jako v předchozích případech. Nakonec se však podařilo snížit aktivitu v okolí bazénu natolik, že se rozhodlo využít současnou budovu. Na boku budovy druhého bloku se postavil speciální kontejner, ze kterého jsou řízeny práce u bazénu. Zde se po intenzivních dekontaminačních pracích instaluje plně automatizovaný systém jeřábů pro vyvezení palivových souborů. To by mělo začít v tomto nebo příštím roce. Z prvního bloku byly největší emise radioaktivity, proto se musel postavit co nejrychleji nový provizorní kryt. Po snížení aktivity a emisí uvnitř bloku bylo možné tento kryt rozebrat. Poté se odstranily trosky horní budovy u bazénu a v něm. Nyní se instaluje nový kryt tohoto bloku, který by měl být dokončen do konce roku 2026. V roce 2027 by mělo být po dekontaminaci okolí bazénu a instalaci jeřábové sestavy zahájeno vyvážení palivových souborů z tohoto bloku. Dokončeno by mělo být v roce 2031. Důležité bylo uvolnění místa v centrálním bazénu přesunem starých vyhořelých souborů do suchého úložiště v areálu.

Kontaminovaná voda pocházela z vlny cunami i chlazení zničených bloků elektrárny. Při jejím vyčištění v systému ALPS (Advanced Liquid Processing System) se odstraní všechny radionuklidy kromě těžkého vodíku, tritia, který nelze chemicky oddělit. Vyčištěná voda se nyní využívá pro chlazení, které je tak cirkulované. Voda tak přibývá hlavně ve formě podzemní vody, která stéká z hor do silně kontaminovaných oblastí okolo zničených reaktorů. To vede, i přes čištění, k hromadění vody obsahující radioaktivní tritium v rostoucím počtu nádrží. V současné době je v areálu přes 1,3 milionu tun vody.

Průběžně se udělala celá řada opatření pro snížení přítoku spodní vody do silně kontaminované oblasti elektrárny. Nad areálem elektrárny se vybudovaly studny, ze kterých se spodní voda odčerpává před kontaminací. Okolo zničených reaktorů se vytvořila konstrukce složená z trubek pronikajících do dostatečné hloubky, do kterých se vhání tekutina s teplotou -30˚C. Vytvořená ledová stěna brání pronikání spodní vody do silně kontaminované oblasti a zároveň vytékání znečištěné vody z ní. Růst množství kontaminované vody se snížil z 500 na 50 tun za den.

Tritium se vyskytuje i v přírodě, vzniká interakcí kosmického záření s atomovými jádry v atmosféře. Je tak racionální vypustit dostatečně zředěnou tritiovou vodu do oceánu. Zde bylo klíčové překonat odpor rybářských sdružení, která se obávala dopadu tohoto procesu na zákazníky. Řešení se našlo ve velmi pečlivé mezinárodní kontrole se zapojením i zástupců rybářů. Vypouštět se ročně může maximálně tolik tritia, jaké se produkovalo při normálním provozu elektrárny Fukušima I. Dosavadní zkušenosti s vypouštěním ukazují, že nemá negativní dopady na prodej ryb a mořských plodů. Vypouštění bude probíhat okolo třiceti let.

Díky nepřímým i přímým metodám pomocí řady typů robotů se podařilo poznat situaci v kontejnmentech zničených reaktorů. První odběr vzorků koria se realizoval u druhého bloku. Při prvním i druhém doposud realizovaném odběru se jednalo o velmi malé kousky. Na jejich základě se zjistí vlastnosti tohoto materiálu, který je směsí roztavených palivových článků, konstrukcí a betonu. Nejdříve se bude vytahovat roztavená aktivní zóna u třetího bloku, kde zatím vypadají podmínky nejjednodušší. Metody pro tyto práce se teprve připravují. Nejnáročnější je situace u prvního reaktoru. Předpokládá se, že dokončení těchto prací by se mohlo stihnout zhruba okolo poloviny století.

Japonsko se vzhledem k nedostatku vhodných území u pořeží rozhodlo pro návrat do všech evakuovaných území. Dosažení studeného odstavení v prosinci 2011 umožnilo práce na dekontaminaci a revitalizaci zasažených a evakuovaných oblastí. Nejdříve byla analyzována dozimetrická situace na znečištěných územích. Pokud celoroční efektivní dávka nepřekračovala 1 mSv, nebylo potřeba žádná opatření a evakuace mohla být odvolána.

Silněji kontaminovaná území se rozdělila do tří kategorií. U první byla roční efektivní dávka do 20 mSv. Zde se mělo intenzivní dekontaminací dosáhnout snížení této hodnoty na 1 mSv. Průběžná revitalizace pak umožnila návrat lidí. Území druhé kategorie měla efektivní dávku mezi 20 a 50 mSv. Zde se měly intenzivní dekontaminací připravit podmínky pro revitalizací a návrat lidí. Nejnáročnější byla situace na územích třetí kategorie, kde roční efektivní dávka překračovala 50 mSv. Zde práce na dekontaminaci potřebovaly dlouhodobější přípravu a odložily se tak o několik let.

Celkově bylo částečně nebo úplně zasaženo jedenáct samosprávných oblastí. Do prvních oblastí první kategorie se mohli obyvatelé vrátit v roce 2014 a otevírání oblastí první a druhé kategorie bylo dokončeno v březnu 2020. Zároveň se ve městech Ókuma a Futaba, na jejichž území leží elektrárna a byly zasaženy nejvíce, postavilo velké přechodné úložiště pro radioaktivní odpad z dekontaminace a jeho kontrolu a úpravu. Zde se shromáždil odpad z dekontaminace území první a druhé kategorie a bez něj nebylo možné zahájit dekontaminace silně znečištěných území třetí kategorie.

Postupně se otevřely silnice a železnice přes území třetí kategorie i ty nejblíže elektrárně. V roce 2022 se začaly postupně otevírat malé plochy v sedmi samosprávných územích, kde byly oblasti v třetí kategorii. Ty slouží jako rekonstrukční centra pro dekontaminaci a revitalizaci zbývajících území, které by měly proběhnout do konce desetiletí. Počet evakuovaných byl v maximu zhruba 165 000. Stále je v evakuaci 24 tisíc obyvatel, kteří by se však měli vrátit už v nejbližších letech. Klíčová pro návrat je také obnova tradičního zemědělství a průmyslu i rozvoj nových moderních technologických oblastí.

Podrobný rozbor současného stavu je v poslední části cyklu na serveru Osel, který řadu let sleduje vývoj ve Fukušimě, a také ve zmíněném dubnovém čísle časopisu Vesmír.

Závěr

Je vidět, že ve Fukušimě I i v Černobylu došlo v likvidaci následků jaderné havárie k zásadnímu postupu. Ve Fukušimě je již větší část dekontaminace a revitalizace zasažených území realizována a zbytek by měl být dokončen do začátku třicátých let. Zde se lidé vrací i do oblastí nejblíže elektrárny. Je to dáno tím, že má Japonsko málo vhodných území na břehu moře. V Černobylu je situace jiná, zde byla před výstavbou elektrárny jen velmi řídce obydlená oblast. Ukrajina nemá nedostatek volných míst vhodných pro osídlení. Proto se zde velká část území vrací přírodě. I zde se však, přes významné zdržení způsobené válkou, realizuje postupná dekontaminace a revitalizace zasažených území.

I vyřazování elektráren Černobyl a Fukušima I postupuje zásadním způsobem a jsou nyní známy postupné kroky a poměrně přesný scénář a harmonogram jejich realizace. I když dokončení bude až v druhé polovině století, zásadní cíle budou splněny už v té první.

Je vidět, že i následky nejhorších jaderných havárií je možné řešit v řádu desetiletí a zasažená území lze vrátit účelnému využívání. Doba jejich realizace je srovnatelná se sanacemi jiných průmyslových činností. Zároveň je vidět, že současný válečný konflikt má nesrovnatelně větší dopad nejen na Ukrajinu.

Přednáška srovnávající seriál Černobyl a skutečnost pro Café Nobel:

Pro srovnání situace z předchozích kulatých výročí:

Přednáška k třicátému výročí Černobylu pro Pátečníky:

Přednáška k pátému výročí Fukušimy I pro pátečníky: