Hoe Japan'S Nucleaire Crisis Werkt

{h1}

De japanse nucleaire crisis betrof het falen van meerdere veiligheidsmaatregelen. Leer hoe de nucleaire crisis in japan werkt.

Verschillende mensen hebben verschillende meningen over de kernenergiesector. Sommigen beschouwen kernenergie als een belangrijke groene technologie die geen koolstofdioxide afgeeft terwijl ze enorme hoeveelheden betrouwbare elektriciteit produceren. Ze wijzen op een bewonderenswaardig veiligheidsrecord dat meer dan twee decennia omvat.

Anderen zien kernenergie als een inherent gevaarlijke technologie die een bedreiging vormt voor elke gemeenschap in de buurt van een kerncentrale. Ze wijzen op ongelukken zoals het incident in Three Mile Island en de explosie in Tsjernobyl als bewijs van hoe erg het mis kan gaan.

In beide gevallen zijn commerciële kernreactoren een feit van het leven in vele delen van de ontwikkelde wereld. Omdat ze gebruik maken van een radioactieve brandstofbron, zijn deze reactoren ontworpen en gebouwd volgens de hoogste normen van het ingenieursberoep, met het waargenomen vermogen om bijna alles aan te pakken dat de natuur of de mensheid kan uitdelen. Aardbevingen? Geen probleem. Orkanen? Geen probleem. Directe aanvallen door jumbojets? Geen probleem. Terroristische aanslagen? Geen probleem. Kracht is ingebouwd en lagen van redundantie zijn bedoeld om operationele afwijkingen te verwerken.

Kort na een aardbeving trof Japan op 11 maart 2011 echter die percepties van veiligheid snel veranderend. Explosies wiegden verschillende reactoren in Japan, hoewel de eerste rapporten aangaven dat er geen problemen waren met de aardbeving zelf. Er braken brand uit in de Onagawa-fabriek en er waren explosies in de fabriek van Fukushima Daiichi.

Dus wat ging er mis? Hoe kunnen dergelijke goed ontworpen, uiterst redundante systemen zo catastrofaal falen? Laten we kijken.

Een nucleaire reactor begrijpen

Dit diagram toont alle delen van een kernreactor.

Dit diagram toont alle delen van een kernreactor.

Als u hebt gelezen hoe kernreactoren werken, bent u bekend met het basisidee achter een kerncentrale. Op een hoog niveau zijn deze planten vrij eenvoudig. Kernbrandstof, die in moderne commerciële kerncentrales wordt geleverd in de vorm van verrijkt uranium, produceert van nature warmte wanneer uraniumatomen worden gesplitst (zie de sectie Nucleaire splitsing van How Nuclear Bombs Work voor details). De warmte wordt gebruikt om water te koken en stoom te produceren. De stoom drijft een stoomturbine aan, die een generator ronddraait om elektriciteit te maken. Deze planten zijn groot en kunnen over het algemeen iets produceren in de orde van een gigawatt aan elektriciteit op vol vermogen.

Om de output van een kerncentrale instelbaar te maken, wordt de uraniumbrandstof gevormd tot pellets ongeveer ter grootte van een Tootsie Roll. Deze pellets zijn end-on-end gestapeld in lange metalen buizen, brandstofstaven genoemd. De staven zijn gerangschikt in bundels en bundels zijn gerangschikt in de kern van de reactor. Controlestaven passen tussen de splijtstofstaven en kunnen neutronen opnemen. Als de regelstaven volledig in de kern worden gestoken, wordt gezegd dat de reactor is uitgeschakeld. Het uranium produceert de laagst mogelijke hoeveelheid warmte (maar produceert nog steeds warmte). Als de bedieningsstangen zo ver mogelijk uit de kern worden getrokken, produceert de kern zijn maximale warmte. Denk aan de warmte geproduceerd door een gloeilamp van 100 watt. Deze bollen worden behoorlijk heet - warm genoeg om een ​​cupcake te bakken in een Easy Bake-oven. Stel je nu een gloeilamp van 1.000.000.000 watt voor. Dat is het soort warmte dat op volle kracht uit een reactorkern komt.

De reactoren die in Japan faalden zijn Mark 1 kokende waterreactoren, ontworpen door General Electric in de jaren zestig. Dit is een van de eerdere reactorontwerpen, waarbij de uraniumbrandstof water kookt dat de stoomturbine rechtstreeks aandrijft. Dit ontwerp werd later vervangen door onder druk staande waterreactoren vanwege veiligheidsoverwegingen rond het Mark 1-ontwerp. Zoals we hebben gezien, zijn veiligheidsrisico's in Japan mislukt. Laten we eens kijken naar de fatale fout die leidde tot een ramp.

De fatale fout in kokend water kernreactoren

Een kokend waterreactor heeft een achilleshiel - een fatale fout - die onzichtbaar is onder normale bedrijfsomstandigheden en de meeste faalscenario's. De fout heeft te maken met het koelsysteem.

Een kokend waterreactor kookt water: dat is duidelijk en eenvoudig genoeg. Het is een technologie die meer dan een eeuw teruggaat tot de vroegste stoommachines. Als het water kookt, creëert het een enorme hoeveelheid druk - de druk die zal worden gebruikt om de stoomturbine te laten draaien. Het kokende water houdt ook de reactorkern op een veilige temperatuur. Wanneer het de stoomturbine verlaat, wordt de stoom gekoeld en gecondenseerd om opnieuw en opnieuw te worden gebruikt in een gesloten lus. Het water wordt met elektrische pompen door het systeem gerecirculeerd.

De kwetsbaarheid van het ontwerp speelt een rol als de elektrische pompen energie verliezen. Zonder een nieuwe toevoer van water in de ketel, blijft het water koken en begint het waterniveau te dalen. Als er voldoende water kookt, worden de brandstofstaven blootgesteld en raken ze oververhit. Op een gegeven moment is er, zelfs als de bedieningsstangen volledig zijn geplaatst, genoeg warmte om de splijtstof te smelten. Dit is waar de term kernsmelting vandaan komt. Tal van smeltend uranium stroomt naar de bodem van het drukvat. Op dat moment is het catastrofaal. In het ergste geval dringt de gesmolten brandstof binnen in het drukvat dat vrijkomt in de omgeving.

Vanwege deze bekende kwetsbaarheid is er een enorme redundantie rond de pompen en hun toevoer van elektriciteit. Er zijn verschillende sets redundante pompen en er zijn redundante voedingen. Stroom kan van het elektriciteitsnet komen. Als dat niet lukt, zijn er verschillende lagen backup-dieselgeneratoren. Als ze falen, is er een backup-batterijsysteem.Met al deze overtolligheid lijkt het alsof de kwetsbaarheid volledig is afgedekt. Er is geen manier om de fatale fout ooit te ontmaskeren.

Helaas ontstond kort na de aardbeving het worstcasescenario.

The Worst-case Scenario in Nuclear Crisis in Japan

Het worstcasescenario in de nucleaire crisis in Japan zou een kernsmelting en massale vrijlating van nucleaire straling in het milieu zijn.

Het worstcasescenario in de nucleaire crisis in Japan zou een kernsmelting en massale vrijlating van nucleaire straling in het milieu zijn.

De kerncentrales in Japan hebben de aardbeving zelf zonder problemen doorstaan. De vier planten die zich het dichtst bij het epicentrum van de aardbeving bevinden, sluiten automatisch af, wat betekent dat de controlestaven volledig in hun reactorkernen werden gestoken en de planten geen stroom meer produceerden. Dit is een normale werkwijze voor deze installaties, maar het betekende dat de eerste bron van elektriciteit voor de koelpompen weg was. Dat is geen probleem, omdat de installatie stroom kan krijgen van het elektriciteitsnet om de pompen te laten werken.

Het elektriciteitsnet werd echter onstabiel en ook uitgeschakeld. De tweede bron van elektriciteit voor de koelpompen was verdwenen. Dat bracht de backup-dieselgeneratoren in het spel. Dieselgeneratoren zijn een robuuste en beproefde manier om elektriciteit op te wekken, dus er waren geen zorgen.

Maar toen sloeg de tsunami. En helaas was de tsunami veel groter dan iedereen had gepland. Als de dieselgeneratoren voor back-up hoger waren dan de grond, ontworpen om te rennen terwijl ze ondergedompeld waren in water of op de een of andere manier beschermd tegen diep water, had de crisis kunnen worden voorkomen. Helaas zorgden de onverwachte waterstanden van de tsunami ervoor dat de generatoren uitvielen.

Hierdoor bleef de laatste laag redundantie - batterijen - over om de pompen te bedienen. De batterijen presteerden zoals verwacht, maar ze hadden een formaat dat slechts enkele uren duurde. De aanname was kennelijk dat elektriciteit vrij snel uit een andere bron zou komen.

Hoewel operators nieuwe generatoren uitvoerden, konden ze niet op tijd worden aangesloten en waren de koelmiddelpompen zonder elektriciteit. De fatale tekortkoming in het ontwerp met kokend water - waarvan men denkt dat het onmogelijk is om dit te ontrafelen door zoveel lagen van redundantie - is desondanks zichtbaar geworden. Met het blootgesteld, leidde de volgende stap in het proces tot een catastrofe.

Explosies bij de kerncentrales in Japan

Als de batterijen leeg zijn, zijn de koelmiddelpompen defect. Zonder vers koelmiddel in de reactorkern te stromen, begon het water dat het koel hield, af te koken. Terwijl het water wegkokde, werden de toppen van de splijtstofstaven blootgelegd en de metalen buizen die de uraniumbrandstofpellets vasthielden, werden oververhit en gebarsten. De scheuren lieten water in de buizen komen en kwamen bij de brandstofpellets terecht, waar het waterstofgas begon te genereren. Het proces wordt genoemd thermolyse - als u genoeg water krijgt, breekt het uiteen in de samenstellende waterstof- en zuurstofatomen.

Waterstof is een zeer explosief gas - denk aan de Hindenburg-explosie, waarin de Hindenburg vol waterstofgas zat. In de Japanse kerncentrales moest de druk van de waterstof worden opgebouwd en moest het gas worden ontlucht. Helaas werd zoveel waterstof zo snel afgelaten dat het explodeerde in het reactorgebouw. Deze zelfde reeks gebeurtenissen ontvouwde zich in verschillende reactoren.

De explosies hebben de drukvaten die de nucleaire kernen bevatten niet gescheurd en ook geen significante hoeveelheden straling vrijgemaakt. Dit waren simpele waterstofexplosies, geen nucleaire explosies. De explosies beschadigden de betonnen en stalen gebouwen rond de drukvaten.

De explosies gaven ook aan dat de zaken uit de hand gelopen waren. Als het water zou blijven koken, zou een meltdown bijna zeker zijn.

Daarom hebben exploitanten besloten om de reactoren met zeewater te overspoelen. Dit is een laatste inspanning om de situatie onder controle te houden, aangezien zeewater een reactor volledig verwoest, maar het is beter dan een kernsmelting. Bovendien werd het zeewater gemengd met boor om zoiets als een vloeibare versie van de controlestaven te doen. Boor absorbeert neutronen en is een van de hoofdbestanddelen in de controlestaven.

Volgende stappen in de nucleaire crisis in Japan

Tricastin Nuclear Power Plant is een van de 59 Franse fabrieken die 75 procent van de elektriciteit van het land leveren.

Tricastin Nuclear Power Plant is een van de 59 Franse fabrieken die 75 procent van de elektriciteit van het land leveren.

De nucleaire incidenten in Japan worden beschreven als Level 6 INES-evenementen (International Nuclear and Radiological Event Scale). Three Mile Island was een Level 5-evenement. Tsjernobyl was een niveau 7-evenement en dat is de top van de gebeurtenissenschaal [bron: Reuters]. Het is duidelijk een ernstige situatie.

Japan heeft een aanzienlijk deel van zijn elektriciteitsopwekkingscapaciteit verloren. Ongeveer een derde van de Japanse elektriciteit is afkomstig van kerncentrales en ongeveer de helft van die capaciteit is verloren gegaan (ongeveer 20 procent van de totale productiecapaciteit) [bron: Izzo]. Die capaciteit moet op de een of andere manier worden vervangen.

Op 40-jarige leeftijd naderen deze reactoren sowieso het einde van hun ontwerplevensduur. Een alternatief is om de planten eenvoudigweg opnieuw te bouwen. De twee problemen met deze aanpak zijn dat het een zeer langdurig proces zal zijn - mogelijk een decennium of langer duren - en dat het grote publiek in Japan geen trek heeft in nieuwe kernreactoren. Het is nog te vroeg om te vertellen.

Er zijn een aantal Mark 1-reactoren in de Verenigde Staten. Het is zeker dat ze worden ontmanteld of gewijzigd om te profiteren van de lessen die in Japan zijn geleerd. Andere reactoren kunnen ook worden gewijzigd als dat nodig is.

De nucleaire industrie hoopte op een renaissance van kernenergie in de Verenigde Staten nu meer dan drie decennia zijn verstreken sinds het incident in Three Mile Island de bouw van nieuwe kerncentrales in de Verenigde Staten heeft stilgelegd. De gebeurtenissen in Japan kunnen deze renaissance stoppen. Of ze kunnen onderzoek in andere, mogelijk veiliger, nucleaire technologieën stimuleren.


Video Supplement: Photographing the Nuclear Disaster in Fukushima.




Onderzoek


Wil Je Geloven? Regering Ufo-Zoekopdracht Is Nooit Gestopt
Wil Je Geloven? Regering Ufo-Zoekopdracht Is Nooit Gestopt

Hier Is Hoe Je Eruit Zou Zien Als Gewoon Een Zenuwstelsel
Hier Is Hoe Je Eruit Zou Zien Als Gewoon Een Zenuwstelsel

Science Nieuws


Kunnen Games Een Game-Wisselaar Voor Het Klimaat Worden? (Op-Ed)
Kunnen Games Een Game-Wisselaar Voor Het Klimaat Worden? (Op-Ed)

10 Wetenschappers Die Hun Eigen Cavia'S Waren
10 Wetenschappers Die Hun Eigen Cavia'S Waren

Vreemde Nieuwe Staat Van Bewustzijn Zou Kunnen Bestaan, Zegt Onderzoeker
Vreemde Nieuwe Staat Van Bewustzijn Zou Kunnen Bestaan, Zegt Onderzoeker

Hoeveel Alcohol Zit Er In Mijn Drankje?
Hoeveel Alcohol Zit Er In Mijn Drankje?

Secret To Mayan Blue Paint Found
Secret To Mayan Blue Paint Found


WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com