La scala della sfida

L'11 marzo 2011, il terremoto di Tōhoku e il successivo tsunami hanno innescato una cascata di fallimenti presso la centrale nucleare di Fukushima Daiichi, con conseguente tre fusori di nucleo del reattore, esplosioni di idrogeno che hanno gravemente danneggiato gli edifici di contenimento, e il rilascio di materiali radioattivi superstiti nell'ambiente.

La comprensione delle tecnologie di pulizia richiede di comprendere in primo luogo l'immensa complessità e scala del sito di Fukushima. L'incidente ha lasciato un'eredità di detriti di carburante fuso profondo dentro tre unità di reattore, oltre un migliaio di serbatoi di acciaio che detengono acqua contaminata, altamente radioattivi rubli sparsi attraverso il sito e i rifiuti secondari dai processi di trattamento.

Sistemi di trattamento dell'acqua avanzata

Per ridurre il volume di acqua immagazzinata e abbassare la sua radiotossicità, sono stati implementati più sistemi di trattamento in sequenza, ciascuno progettato per gestire isotopi specifici e livelli di contaminazione. La scala della sfida dell'acqua è in netto aumento: centinaia di migliaia di metri cubi di acqua contaminata sono stati generati e l'infrastruttura di trattamento ha dovuto evolversi continuamente per mantenere il passo con le condizioni.

Il sistema ALPS e la sua evoluzione

L'Advanced Liquid Processing System (ALPS) è il centro del trattamento delle acque a Fukushima. Utilizza un processo di precipitazione e filtrazione multi-step per rimuovere 62 radionuclidi, lasciando principalmente il tritium, che è chimicamente identico all'acqua e non può essere rimosso da convenzionali filtrazioni.

Unità di trattamento mobili ed di emergenza

Anche prima che ALPS raggiungesse il pieno funzionamento, un sistema di trattamento delle acque di emergenza sviluppato da Kurion (ora parte di Veolia) è stato rapidamente distribuito nel dopomath dell'incidente. Questo sistema ha usato i media di zeolite per assorbire il cesio da acqua altamente contaminata, riducendo drasticamente i livelli di radiazione in modo che potessero verificarsi ulteriori processi di elaborazione.

Controllo delle acque sotterranee e parete di congelamento

La costruzione di un reattore a gas naturale è stata costruita intorno agli edifici del reattore. I tubi sepolti nel terreno circolano in profondità una soluzione di salamoia raffreddata a -30 gradi Celsius, il congelamento del terreno in una parete continua lunga quasi 1,5 chilometri.

Decontaminazione e ispezione robot

Gli interni dei recipienti di contenimento dei reattori danneggiati sono tra gli ambienti più pericolosi della Terra. I livelli di radiazione elevati, il vapore e i detriti sconosciuti rendono impossibile l'ingresso umano. Le tecnologie robotizzate divenne così l'unico modo per mappare le condizioni, i materiali campione e alla fine avviare il recupero dei detriti di combustibile. L'evoluzione di questi robot illustra un ciclo rapido di progettazione, test sul campo, analisi dei guasti e riprogettazione, con ogni edilizia di iterazione su funzionamento duro-won.

Sonde e lezioni di robotica primi imparate

I sistemi di controllo robotizzati di tipo "Spw" e "Spw" sono stati inviati in edifici di reattore, per esempio per il rilevamento di componenti di radiazioni, e per la cattura di video.

Debris carburante Sampling e la prossima generazione

Nel 2019, una sonda appositamente progettata dotata di un rivelatore di radiazioni, un termometro e una telecamera sono stati abbassati nel appropriato contenitore di contenimento Unità 2. Ha toccato e campionato piccole quantità di detriti di carburante, fornendo la prima prova fisica diretta della posizione di fusione, la consistenza e la composizione chimica.

Robot subacquei e spalline per nuoto

Poiché molte aree all'interno del contenimento sono inondate, i robot subacquei hanno dimostrato inestimabile per l'ispezione e la caratterizzazione di Fushima. I veicoli azionati a distanza (ROV) dotati di sonar, sensori di radiazione e telecamere ad alta definizione navigano l'acqua fangosa nelle aree piedistalli, mappatura strutture e localizzazione dei detriti.

Tecniche di decontaminazione avanzate

Oltre agli edifici del reattore, la contaminazione diffusa del suolo, delle foreste e delle aree popolate richiedeva una serie di tecnologie di risanamento, che avrebbero dovuto ridurre le dosi di radiazioni ambientali, permettendo ad alcuni residenti evacuati di tornare a casa in modo sicuro.

Lavaggio del terreno chimico e meccanico

La rimozione del suolo è il metodo primario per ridurre la contaminazione del suolo, ma il volume di taglio del suolo rimosso, circa 14 milioni di metri cubi, ha spinto lo sviluppo di tecnologie di riduzione del volume.

Decontaminazione laser e lama

Per le pareti in cemento, i tetti e le strutture metalliche, l'abbattimento abrasivo con ghiaccio secco o particelle di granato è un metodo standard per rimuovere la contaminazione delle superfici. Tuttavia, i sistemi di ablazione laser sono stati testati per ridurre al minimo la generazione di rifiuti secondari.

Risanamento delle terre forestali e agricole

I metodi di ricerca per la conservazione del suolo e la gestione dei rifiuti sono stati sviluppati in modo da consentire ai consumatori di utilizzare le risorse naturali per la produzione di energia elettrica e per la produzione di energia elettrica.

Stoccaggio e gestione dei rifiuti innovativi

La pulizia genera una varietà di flussi di rifiuti: detriti di carburante di alto livello, dosi di trattamento dell'acqua, terreno contaminato, macerie e attrezzature protettive personali. La gestione di questi materiali in modo sicuro nel lungo periodo richiede robusti sistemi di contenimento e monitoraggio, così come le strategie di riduzione del volume che minimizzano l'impronta del deposito rifiuti finale.

Deposito temporaneo modulare e ISF

Per affrontare la crisi di stoccaggio immediata, TEPCO ha costruito migliaia di grandi serbatoi d'acciaio per l'acqua, così come celle di cemento modulari per i rifiuti solidi. La Interim Storage Facility (ISF) nelle città di Okuma e Futaba è stata costruita per consolidare e immagazzinare il terreno contaminato e i rifiuti provenienti da decontaminazioni fuori dal sito.

Test di vitrificazione e solidificazione

Per i rifiuti secondari del trattamento dell'acqua, tra cui la zeolite e lo sludge ad alta radioattività, la vinificazione, la miscelazione con materiali di formatura del vetro e il riscaldamento in un blocco di vetro stabile, è la soluzione di lungo periodo preferita.

Monitoraggio remoto e gemelle digitali

La gestione di migliaia di contenitori di stoccaggio in un sito di dispersione richiede strumenti digitali avanzati. Il sito utilizza una rete di sensori per monitorare continuamente i livelli dei serbatoi, le radiazioni e l'integrità strutturale. Un gemello digitale dell'area di stoccaggio, mantenuto in tempo reale, consente agli operatori di simulare l'invecchiamento, rilevare anomalie e pianificare la manutenzione senza ispezione fisica.

Collaborazione internazionale e R&D Hubs

La Commissione ha adottato una relazione sulla cooperazione globale, che prevede l'integrazione di una rete di telecomunicazioni, la creazione di un'infrastruttura di rete e la creazione di un'infrastruttura di rete per la sicurezza nucleare.

Prospettive future e impatto a lungo termine

La pulizia a Fukushima dovrebbe continuare per altri 30-40 anni, con costi e tempi soggetti alla revisione come emerge una nuova informazione. Le attuali priorità di ricerca e sviluppo includono la progettazione di un sistema di recupero di detriti di carburante su larga scala in grado di operazioni subacquee, lo sviluppo di soluzioni di stoccaggio reversibili e più sicure per rifiuti di alto livello, e l'implementazione di monitoraggio ambientale trasparente per costruire la fiducia pubblica.

Oltre al recupero immediato, le innovazioni che nascono a Fukushima stanno plasmando la prossima generazione di sicurezza nucleare. I progetti di reattori sicuri, le apparecchiature di risposta di emergenza indurita e la robotica dismessa sono tutti informati dalle lezioni di curon durature del sito. La fondazione non è solo un ritorno allo stato pre-incidente, è un processo continuo di invenzione che lascerà un futuro scientifico e ingegneristico duraturo.

Per ulteriori informazioni tecniche, visitare il ]TEPCO Fukushima Portal e il JAEA Fukushima Research Database. L'Agenzia Internazionale per l'Energia Atomica fornisce documenti di revisione e valutazioni di sicurezza complete sulla sua pagina dedicata Fukushima. Ulteriori dettagli tecnici sui sistemi robotici sono disponibili attraverso il