درس‌هایی از راکتور فوکوشیما

اسفند ماه سال ۱۳۸۹ در ژاپن اتفاق هولناکی رخ داد. در پی زلزله‌ای با بزرگای ۹ به وقوع پیوست. ژاپن همچون کشور ما زلزله‌خیز است و وقوع زلزله‌هایی با بزرگای بیش از ۶ یا ۷ برایشان امری عادی است، اما این‌بار حادثه‌ای به‌مراتب تلخ‌تر از زلزله رخ داد. در اثر زمین‌لرزه مهیب سونامی ایجاد شد. واژه «سونامی» از واژه «تسونامی» در زبان ژاپنی گرفته‌شده است. سونامی یعنی لرزش شدید آب دریا. معادل فارسی سونامی «آب‌لرزه» است. سواحل ژاپن یکی از نواحی مستعد این پدیده است و در ایران هم سواحل بوشهر ممکن است شاهد چنین پدیده‌ای باشد، اما در مقیاسی بسیار کوچک‌تر. ازآنجایی‌که نیروگاه‌های هسته‌ای را غالباً کنار دریا یا اقیانوس می‌سازند، بنابراین برای مهار آب‌لرزه هم تدابیر ایمنی می‌اندیشند. ژاپنی‌ها هم چنین کرده بودند. آن‌ها دیواری ۷٫۵ متری کشیده بودند تا از امواج سهمگین آب‌لرزه در امان باشند اما این بار ارتفاع امواج که به سمت ساحل اقیانوس، جایی که نیروگاه‌های وابسته به شرکت برق توکیو قرار داشتند، ۱۴ متر بود. خیلی فراتر از انتظار. امواج سهمگین دیوارهای حفاظتی را درنوردیده و وارد محوطه نیروگاهی شدند. در زمان زلزله راکتور شماره ۴ خالی از سوخت بود. راکتورهای ۵ و ۶ هم خاموش و سرد بودند. راکتورهای ۱، ۲ و ۳ هم در اثر زلزله به‌طور خودکار خاموش شده و ژنراتورهای اضطراری برای فعال کردن پمپ‌ها و خنک نگه‌داشتن راکتورها فعال‌شده بودند؛ اما وقتی امواج آب‌لرزه دیوارهای حفاظتی را پشت سر گذاشت و وارد محوطه سایت شد. آب همه‌جا را فراگرفت. ژنراتورها و تابلوهای برق که در ارتفاعی پایین‌تر از سطح دریا قرار داشتند همگی به زیر آب رفته و خاموش شدند. ارتباط با شبکه برق قطع شد و با از کار افتادن پمپ‌ها کار خنک‌سازی راکتور متوقف شد. بدین ترتیب دمای راکتورها از حد مجاز بالاتر رفت و اینجا آغاز یک حادثه هسته‌ای بود. از سویی در اثر سیل و زلزله امکان امدادرسانی به مجموعه نیروگاهی غیرممکن شده بود. شواهد بدت آمده حاکی از آن بود که سوخت هسته‌ای در سه راکتور اول ذوب‌شده است. روکش فلزی بالای ساختمان راکتور در اثر انفجار هیدروژن از بین رفته است. انفجار باعث شده دستگاه‌های کنترل حرارت راکتور شماره ۲ از کار بیفتد. راکتور شماره ۴ هم آتش‌گرفته بود. از سوی دیگر میله‌های سوخت هم که در استخر ۱ و ۴ نگه‌داشته می‌شد در اثر کم شدن آب استخر شروع به داغ شدن کرده بود. مقامات ژاپنی سطح حادثه را در ابتدا پنج اعلام کردند، اما بعدها آن را تا سطح هفت افزایش دادند. پس از حادثه هسته‌ای راکتورهای فوکوشیما موضوع خنک نگه‌داشتن راکتورهای هسته‌ای پس از خاموش شدن اهمیت ویژه‌ای یافت. سؤال پیش رویِ متخصصان این بود. اگر قرار باشد در شرایط بحرانی از آب به‌عنوان جاذب حرارت استفاده کنیم، مؤثرترین حالت آب کدام خواهد بود؟ گزینه‌های ما عبارت‌اند از: آب تحت‌فشار، آب معمولی، یخ و بخار. در میان انواع مواد آب دارای بیشترین ظرفیت گرمایی است و از بهترینِ مواد برای انتقال حرارت به شمار می‌رود. بخارآب هم مثل آب است اما با چگالی کمتر، بنابراین نمی‌تواند بهتر از آب باشد. در بیشتر نیروگاه‌ها برای بالا بردن نقطه‌جوش آب فشار درون مخزن تولید بخار بسیار بالاتر از فشار جوّ است. این کار نه به خاطر بهبود ظرفیت گرمایی است، بلکه برای بالا بردن نقطه‌جوش آب و افزایش بازده ترمودینامیکی نیروگاه با تولید بخار در دمای بالاتر است؛ بنابراین اگر بنا باشد از آب به‌عنوان جاذب حرارت در شرایط حادثه استفاده کنیم، کاراترین حالت آن «یخ» خواهد بود. یخ در شرایط متعارف ترمودینامیکی برای اینکه به آب صفر درجه سانتی‌گراد تبدیل شود ۸۰ کالری گرما می‌گیرد که به آن گرمای نهان ذوب می‌گویند. سپس آبی که بدین ترتیب حاصل‌شده است برای هر یک درجه افزایش دما یک کالری گرما می‌گیرد. به‌بیان‌دیگر در شرایط متعارف آب صفر درجه تا به نقطه‌جوش برسد حدود ۱۰۰ کالری گرما می‌گیرد؛ بنابراین استفاده از یخ مؤثرترین راه برای جذب گرما است. هر چه دمای یخ پایین‌تر باشد همان‌قدر جذب گرما بیشتر خواهد بود.

حادثه هسته‌ای فوکوشیما درس‌های بسیاری برای صنایع هسته‌ای داشت. عده‌ای معتقدند این حادثه بعد از فاجعه چرنوبیل بدترین حادثه هسته‌ای جهان است؛ اما بی‌شک رویکرد دو کشور ژاپن و اتحاد جماهیر شوروی سابق در مهار بحران، مسئولیت‌پذیری بین‌المللی و نیز بهره‌مندی از تجارب جهانی را نمی‌توان باهم قیاس کرد. البته ناگفته نماند که طی بیست‌وپنج سال فاصله زمانی بین دو حادثه پیشرفت‌های چشمگیری در صنعت هسته‌ای و ایمنی رخ‌داده است. فوکوشیما درس‌های خوبی برای کشور ما هم دارد که به‌درستی قدم در راه بهره‌مندی از صنایع هسته‌ای نهاده است.