La scala e la natura di scarico radioattivo

Il terremoto e lo tsunami dell'11 marzo 2011, hanno innescato una cascata catastrofica presso la centrale nucleare di Fukushima Daiichi, con conseguente rilascio accidentale più significativo di materiali radioattivi nell'oceano nella storia.

Strontium-90 e tritium sono stati rilasciati, anche se il loro comportamento ambientale differisce notevolmente. Strontium, con una emivita di 29 anni, mimica calcio e può legare al tessuto osseo, mentre il tritium, un isotopo di idrogeno, si integra direttamente nelle molecole di acqua, rendendo la separazione estremamente difficile.

Oltre ai radionuclidi primari, sono stati rilevati alcuni elementi trasuranici, provenienti dal combustibile del reattore stesso, che si legano fortemente alla materia di particolato e costituiscono un rischio a lungo termine a causa della loro estrema radiotossicità e della loro metà di vita di migliaia di anni.

Ingegneria essenziale Strategie di mitigazione

L'integrazione di questi sistemi in un unico impianto di sviluppo operativo, che ha richiesto un sistema di difesa multistrato, ha diviso la sfida in tre fronti: trattare gli enormi volumi di acqua contaminata immagazzinata sul posto, prevenire la migrazione aggiuntiva dei radionuclidi attraverso l'acqua di terra e il suolo, gestire i rifiuti solidi prodotti dai processi di trattamento.

Sistema avanzato di elaborazione del liquido (ALPS) e trattamento dell'acqua

Il centro di gestione dell'acqua in loco è il Sistema di Elaborazione Liquida Avanzato (ALPS), una banca di colonne di assorbimento chimico progettata per rimuovere 62 diversi radionuclidi da acqua contaminata. Il sistema utilizza una serie di filtri contenenti materiali come il titanio di sodio, il carbonio attivato e i supporti di resina selettiva che catturano cesio, l'efficienza stroncio, il manganese e l'antimone, lasciando solo il tritium e una piccola frazione di persistente è

I primi problemi di prestazioni, tra cui l'intasamento dei filtri, i guasti della valvola e l'accumulo inaspettato di depositi radioattivi di alto livello nel tubazioni, le spegniture multiple forzate e i reattori di raffreddamento. Gli ingegneri hanno risposto introducendo i passi di pretrattamento come l'osmosi inversa e la lucidatura dei media per ridurre il carico sulle colonne selettive, così come gli strumenti di controllo robotico per localizzare e sostituire i componenti compromessi senza esporre i treni.

Il Tritium, presente come acqua tritata (HTO), non può essere rimosso chimicamente dall’assorbimento, perché si comporta in modo identico all’acqua ordinaria. L’elevato fattore di diluizione disponibile nell’oceano, combinato con la bassa radiotossicità del tritio, ha sostenuto la decisione del 2023 di scaricare acqua trattata nel Pacifico dopo ulteriori diluizioni con acqua di mare per raccogliere

Intercettazione e Barriera subsuperficie delle acque sotterranee

Prevenire che le acque sotterranee pulite entrino negli edifici del reattore e impedire che le acque contaminate scappino nel porto abbiano richiesto uno dei progetti di ingegneria civile più estesi mai intrapresi in un luogo di incidente nucleare. Gli ingegneri hanno implementato una rete di barriere verticali, pompando pozzi, e una parete del suolo congelata che insieme formano un sistema di contenimento idraulico.

Il terreno-lato impermeable parete, costruito dalla guida di lamiera d'acciaio accumula 30 metri di profondità in bassa permeabilità fango, taglia il flusso di acqua di montagna lato terra contro la zona del reattore. Una rete di 150 pozzi profondi a monte delle pompe di terra metwater fino alla superficie prima che possa diventare contaminato; questa acqua è campionata, e se pulita, rilasciato nell'oceano attraverso un sistema di bypass.

Sul lato oceanico, un tubo di acciaio a pile parete con giunti a tenuta stagna racchiude l'area di banchina immediata, e un'impermeabile immersione copre il fondale per evitare sedimenti contaminati da risuspesa. All'interno di questo bacino portuale chiuso, un sistema automatizzato di pompe submersabili raccoglie qualsiasi acqua di terra che si sospenda oltre le barriere e lo reindirizza alle strutture di trattamento.

Rimediazione del sedimento e tappatura del fondale

Il cesio radioattivo si lega fortemente alle particelle di argilla nei sedimenti marini, creando serbatoi di contaminazione che possono persistere per decenni e fornire un percorso in organismi bentonici. Subito dopo l'incidente, il sedimento nel porto è stato trovato per contenere concentrazioni di cesio-137 superiori a 100.000 Bq/kg. La risposta ingegneristica ha combinato dragaggio con catture in-situ. La più alta distribuzione spaziale di drenaggio è stata altamente eterogenea, con canali diretti di reattore

Il dragaggio mirato con i secchi di azionamento idraulici hanno rimosso i sedimenti di superficie più fortemente contaminati dal porto e il canale direttamente davanti alle unità del reattore. Il materiale dragato è stato deacquato, stabilizzato, e collocato in strutture di stoccaggio sicuro sul posto.

Stabilizzazione e stoccaggio dei rifiuti solidi

I processi di trattamento dell'acqua producono un fango radioattivo concentrato, un filtro di media e una varietà di rifiuti solidi secondari. Questi materiali rappresentano la frazione più impegnativa della missione ingegneristica perché devono essere isolati dall'ambiente per periodi che superano la durata di progettazione delle infrastrutture convenzionali. L'approccio primario è stato quello di immobilizzare i rifiuti utilizzando cementi, vetro o geopolimeri solidificazione tecniche. La sfida è composta dalla variabilità chimica del fango, che può cambiare la composizione specifica del lotto.

I residui di liquami sono stati utilizzati per la loro produzione, e per la loro produzione, sono stati utilizzati in modo da poter essere utilizzati in modo da ottenere una maggiore resistenza al cemento e additivi di Portland.

La capacità di stoccaggio temporanea in loco è stata ampliata a oltre 3.000 serbatoi d'acciaio pesanti e a numerosi edifici di stoccaggio dei rifiuti solidi, tutti situati su un terreno elevato sopra la zona di inondazione dello tsunami.

Robotica e monitoraggio remoto per ambienti pericolosi

I campi di radiazione estremi all'interno e intorno agli edifici del reattore rendono impossibile l'intervento umano diretto per molte attività critiche, tra cui l'individuazione della posizione e della condizione esatta del combustibile fuso e la rilevazione di perdite di minuti. In risposta, TEPCO e i suoi partner internazionali hanno investito pesantemente in robotica acquatica e basata sul suolo appositamente progettati per ambienti ad alta radiazione.

I veicoli a motore a distanza (ROV) dotati di telecamere a indurimento di radiazioni, spettrometri gamma e campioni d'acqua controllano regolarmente le strutture sommerse dei canali di immissione 1-4 unità. Queste macchine sono sopravvissute a dosi accumulate di diverse centinaia di sieverts, grazie a semiconduttori e cavi ad alta risoluzione che mantengono l'elettronica sensibile al di fuori delle aree di flusso più alte.

I sistemi di controllo delle perdite di tempo sono stati utilizzati per la ricerca di sistemi di controllo e di controllo, che consentono di identificare le perdite di tempo in caso di disfunzioni di massa, nonché per la diffusione di sistemi di controllo.

Misure di recupero ecologiche e di pesca

I pescatori di sicurezza che utilizzano il sistema di controllo della sicurezza dei consumatori sono stati oggetto di un'analisi comparativa dei dati relativi alla sicurezza dei consumatori.

Le strutture di barriera artificiale, originariamente concepite come potenziatori di habitat del pesce, sono state ridisegnate con rivelatori di gamma incorporati che trasmettono dati di qualità dell'acqua continua ad un sito web pubblico. Queste “riefs intelligenti” servono un duplice scopo: fornire habitat di vivaio per specie commercialmente importanti come il galleggiante e l'abalone, e funzionano come monitor di sentinel per qualsiasi ricontaminazione inaspettata.

I pescatori di mare che ricevono un'azione di risanamento dei prezzi di base sono stati integrati da un trapianto di base pilota di organismi di infezione dei filtri, come gli ostriche e le cozze, che naturalmente accumulano contaminanti delle tracce.

Le direzioni future e la collaborazione internazionale

La missione ingegneristica deve affrontare due sfide distinte ma interconnesse: completare la decommissione del sito Fukushima Daiichi e sviluppare tecnologie che possono essere impiegate rapidamente in caso di un futuro incidente nucleare marino. La prima sfida è dominata dal recupero dei detriti di combustibile fuso, un compito per il quale un braccio robotico appositamente progettato e dotato di un sistema di presa e vuoto è previsto per un inserimento di prova in unità 2.

I prototipi in fase di sviluppo al centro di emergenza IAEA Incident and Emergency Centre] utilizzano una separazione magnetica ad alto livello per rimuovere le nanoparticelle e l'elettrocoagulazione per precipitare lo stronzio. Queste unità, che si adattano all'interno di un campo di trasporto standard

La cooperazione internazionale rimane il punto di vista del progresso. L'incidente di Fukushima ha generato una ricchezza di dati sul trasporto radionuclide nell'ambiente marino che è stato integrato in modelli di accesso aperto mantenuti dalla Organizzazione del Trattato di Comprehensive Nuclear-Test-Ban e dall'IAEA. Questi modelli ora servono come strumenti di simulazione per le nazioni costiere, permettendo loro di prevedere le probabili misure di un potenziale di ritorno di una pila contaminante in anticipo entro i minuti di un bacino di rilascio estrazione e di priorità.

Un'altra frontiera promettente è lo sviluppo di materiali adsorbenti selettivi derivati da analoghi blu prussiani e strutture metal-organiche che possono estrarre il cesio e lo strontium dalle acque marine con una selettività mille volte superiore al sodio e al potassio.Questi materiali, se fabbricati in fogli di sospensione o membrane porose, possono essere trainati attraverso acque contaminate o ancorati in canali attuali per la rieducazione passiva.

Conclusioni

La contaminazione marina derivante dall'incidente di Fukushima Daiichi ha richiesto una mobilitazione di talenti ingegneristici raramente visti nella bonifica dell'oceano. Dai treni di filtrazione multinuclide di ALPS alla parete del suolo congelata e dalle barriere intelligenti che ora controllano le acque costiere, ogni soluzione incarna una miscela di discipline chimiche, civili e robotiche ingegneristiche. L'esperienza acquisita non solo ha stabilizzato l'ambiente fuori Fukushima ma ha anche attrezzato le minacce globali con un'intervento.