Ingegneria si avvicina a contaminare e trattare gli aerosol radioattivi a Fukushima

L'incidente del marzo 2011 presso la centrale di Fukushima Daiichi ha rilasciato una complessa miscela di materiali radioattivi nell'atmosfera, nel suolo e nell'oceano. Tra questi contaminanti, gli aerosol radioattivi, le particelle microscopiche a base di aria che trasportano cesio-137, il cesio-134, lo strottur-90 e altri prodotti di fissione, hanno rappresentato una minaccia immediata e a lungo termine per la salute umana e la sicurezza ambientale.

La natura degli Aerosol radioattivi a Fukushima

Gli aerosol radioattivi sono particelle solide o liquide sospese in un gas che contiene radionuclidi. Durante i fusori di Fukushima, le esplosioni di idrogeno nelle unità 1, 3 e 4 edifici del reattore rotti, espellendo frammenti di combustibile, prodotti di fissione vaporizzati e materiali strutturali attivati nell'aria aperta.

Ciò che rende il problema dell’aerosol di Fukushima particolarmente impegnativo è la natura eterogenea del rilascio. Nelle prime settimane, i detriti diretti di sfiato e di esplosione generavano particelle grossolane che si stabilivano relativamente vicino al sito, contribuendo alla pesantemente contaminata “luce di terra” nell’area del piumino nord-occidentale.

Distribuzioni e impatti sulla salute delle particelle

Il diametro aerodinamico degli aerosol radioattivi detta sia il loro trasporto atmosferico che la loro deposizione nel sistema respiratorio umano. Particelle sotto 1 μm – spesso chiamato modalità di accumulo – possono rimanere sospese per giorni e raggiungere la regione alveolare dei polmoni, dove sono mantenute con semilivelli biologici superiori ai mesi.

Progettazione di Barriera di Contenimento Fisico

La prima linea di difesa era quella di fermare l'aerosol diffuso alla fonte. Nei reattori più contaminati, le custodie su larga scala sono state erette per intrappolare le particelle aerodinamiche e impedire loro di essere disperse da eruzioni di vento o termiche.

Coperte per edifici reattori e zone di lavoro sigillate

Nel 2011, la Tokyo Electric Power Company (TEPCO) ha installato una grande copertura in poliestere-fabbricato sull'edificio del reattore, sostenuta da un telaio in acciaio. La copertura non era completamente a tenuta stagna ma ha notevolmente ridotto la fuga di contaminazioni all'esterno e ha fornito schermatura contro le precipitazioni che potrebbero creare ulteriori scappamento aerosol-laden.

Suppressivi a spruzzo a terra e controllo della polvere

Anche con le coperture di costruzione, la rispensione a livello di terra delle particelle radioattive insediate è diventata una fonte importante di riaerosolizzazione, soprattutto durante il movimento del veicolo, la manipolazione dei materiali e la decomposizione della stagione delle piogge.

Strategie di filtrazione avanzate

Il contenimento non può eliminare il pericolo dell'aerosol, soprattutto quando il lavoro all'interno delle custodie genera nuove particelle o quando i filtri più vecchi diventano carichi. I sistemi di filtrazione dell'aria formano il nucleo del controllo attivo dell'aerosol, e a Fukushima, sono stati implementati su scale che vanno dalle unità trasportabili a quelle di ventilazione centralizzata massiccia che servono interi edifici.

HEPA Filtration e oltre

I filtri anti-particolato di alta efficienza (HEPA) hanno valutato per rimuovere almeno il 99,97% delle particelle 0.3 micrometri di diametro, sono stati la prima scelta per le unità di estrazione mobili e fissi. Migliaia di banchi filtranti HEPA sono stati installati all'interno delle reattori, in strutture di stoccaggio a raggi temporanei, e su carrelli mobili che possono essere posizionati ovunque il taglio o la rettificatura a caldo stia prendendo luogo.

I limiti di HEPA standard hanno portato all'adozione di filtri di seconda generazione ad ultra-bassa penetrazione aria (ULPA) in alcune vie critiche, e più importante, allo sviluppo di filtri in fibra di metallo e ceramica che possono sopportare temperature e campi di radiazione più elevati.

Sistemi di pulizia dell'aria mobili e locali

Nel 2013, TEPCO e le organizzazioni partner hanno iniziato a mettere in campo grandi sistemi di filtrazione e ventilazione mobili che possono essere collegati tramite canalizzazione flessibile a tende di contenimento, aree di pool di combustibile spesi e porte di accesso ai reattori. Questi sistemi assomigliano a unità di trasporto-container-dimensionate che ospitano fasi di filtrazione multiple, ventilatori, monitor di radiazioni e monitoratrici di scarico

Test di filtraggio e garanzia di qualità

Il TEPCO e i suoi appaltatori hanno implementato test di diottilizzazione periodica (DOP) di aerosol sui filtri HEPA e ULPA installati, utilizzando contatori di particelle laser per misurare la penetrazione.

Metodi di trattamento dell'aerosol fisico e chimico

La filtrazione cattura le particelle, ma gli approcci di trattamento mirano a cambiare lo stato fisico o chimico dell'aerosol per renderle più facili da raccogliere o neutralizzare il loro pericolo in modo permanente.

Aerosol Scavenging con spruzzi d'acqua e Fogging

I sistemi di irrigazione dell’acqua sono stati tra i primi contromisure. Nel dopomath immediato, i camion del fuoco e gli elicotteri hanno scaricato l’acqua sugli edifici del reattore per raffreddare il combustibile fuso, inavvertitamente la pulizia di alcune particelle di origine aerea. Oggi, i sistemi di spruzzatura progettati all’interno degli edifici utilizzano gli ugelli ad alta pressione che generano una mist sottile che massimizza il contatto con le gocce di gocciola.

Banchezza chimica e stabilizzazione

I filtri a gas solidi distribuiscono i rifiuti solidi, che si possono ottenere in modo sostanziale, in modo da ridurre i rifiuti, in modo da ridurre i rifiuti, i rifiuti solidi, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i rifiuti, i

Robotica e operazioni remote per minimizzare la generazione Aerosol

Ogni ingresso umano in una zona contaminata richiede abiti protettivi, monitor aria e successiva decontaminazione, che può generare aerosol. Robotics offre un modo per eseguire ispezioni, campionamento e anche demolizione leggera senza creare lo stesso livello di rischio aereo.

Lo sviluppo di sistemi di comunicazione wireless e elettronica a radiazione indurita ha permesso ai robot semi-autonomi di operare in campi di dosi che sarebbero letali agli esseri umani in pochi minuti.

Sorveglianza di sorveglianza e radioattività aerea

Un'efficace rete di monitor aria continua in tempo reale (CAM) è stata installata sul sito di Fukushima. Questi dispositivi disegnano l'aria attraverso un nastro filtrante che accumula particelle; un semiconduttore o un rivelatore di scintillatori misura continuamente la radiazione emessa, fornendo dati di concentrazione dell'aria quasi istantanea.

Dal 2013, TEPCO e l'Agenzia per l'Energia Atomica hanno operato campioni d'aria ad alto volume in decine di sedi intorno all'impianto, supportato da spettroscopia di laboratorio per identificare le impronte isotopiche. Questo duplice approccio consente agli operatori di distinguere tra l'aerosol legacy dall'incidente originale e la contaminazione di nuova generazione da controlli dismissione per il lavoro,

Innovazioni e direzioni future

La sfida dell'aerosol a Fukushima è ben lontana da risolvere; poiché il decommissioning si muove nella fase di rimozione dei detriti di combustibile, il funzionamento più radioattivo, il potenziale di generare polvere nuova e altamente radioattiva è immenso.

Nanofiber e Reattiva Filtro Media

I filtri HEPA tradizionali per lo smaltimento dei rifiuti in vetro impongono un trade-off tra efficienza e resistenza al flusso d'aria, che limita il loro utilizzo in scenari di alta tecnologia. I ricercatori di istituzioni come il Istituti nazionali per la scienza e la tecnologia del campo (QST) stanno sviluppando dei tappetini di nanofibra elettrospessori con diametri in fibra più lunghi sotto 100 nanometri, che catturanometricamente

Spettroscopia di rottura indotta dal laser per l'identificazione delle particelle in tempo reale

Un futuro in cui ogni particella aerosol può essere rilevata e chimicamente identificata in tempo reale. I sistemi di spettroscopia di ripartizione indotta al laser (LIBS), attualmente adattati per uso di campo, possono analizzare la composizione elementare delle singole particelle mentre passano attraverso una camera di rilevamento.

Trappolamento dell'aerosol criogenico

Un concetto elegante ma impegnativo è la trafilatura criogenica, dove le particelle aerodinamiche vengono catturate condensando il vapore acqueo su di esse e congelando la miscela in blocchi di ghiaccio. Il ghiaccio incapsula la radioattività e può essere immagazzinato, ma il costo energetico e la complessità del mantenimento di grandi superfici criogeniche in un edificio di reattori caldo e umido hanno mantenuto questo approccio sul pannello di disegno.

Celle di contenimento e trattamento integrate per il recupero di detriti

La mappa stradale a lungo termine richiede la rimozione di detriti di combustibile fuso dal fondo dei recipienti di pressione del reattore e dei recipienti di contenimento. Gli ingegneri stanno progettando cellule di recupero massicce e completamente sigillate che saranno costruite intorno e sopra i reattori danneggiati.

Lezioni per l'industria nucleare globale

La risposta ingegneristica di Fukushima ai reattori radioattivi ha rimodellato le linee guida internazionali. Il concetto di "Defense in Depth" ora include esplicitamente la gestione degli incidenti aerosol durante il ciclo di vita di un impianto nucleare, non solo durante la risposta agli incidenti.

Conclusioni

Il processo di sviluppo delle tecnologie nucleari, che si basa su un'analisi più approfondita, è stato sviluppato in modo da consentire ai ricercatori di individuare le possibilità di un'analisi più approfondita e di migliorare la qualità delle informazioni e delle informazioni.