Hvordan Fukushima-isbarrieren blokerer for radioaktivt grundvand

Japanske embedsmænd, der er desperate efter at begrænse en stadigt voksende krise ved Fukushima-atomkraftværket, søger at bruge kunstig permafrost til at forhindre radioaktivt vand i at lække. Ideen er at bygge en kilometer lang mur af frossen jord omkring Fukushimas giftige reaktorbygninger for at dæmme op for grundvandsforureningen; de mest erfarne specialister på området siger, at planen burde virke.

Kølig opbevaring: En frysemur skabt til et byggeprojekt af firmaet SoilFreeze.

Det ser ud til, at de involverede japanske virksomheder tager en gå-det-alene-tilgang. For to uger siden signalerede en topembedsmand hos Tokyo Electric Power (Tepco), at forsyningsselskabet bag Fukushima-katastrofen ville søge international hjælp med vandforureningskrisen i Fukushima. Men eksperter fra USA-baserede firmaer og nationale laboratorier bag verdens største frysevægsystemer - og det eneste bevist i at indeholde nuklear forurening - er ikke blevet kontaktet af hverken Tepco eller dets entreprenør, det japanske ingeniør- og byggefirma Kajima Corp.

En af disse eksperter er Elizabeth Phillips, som styrede installationen af ​​en 300 fod lang, 30 fod dyb frysevæg til at isolere radioaktivt affald ved det amerikanske energiministeriums Oak Ridge National Laboratory i Tennessee i 1996 og 1997. vægge er almindeligvis brugt til at holde grundvand tilbage for at lette udgravninger på byggepladser og miner, denne sag kræver specialiseret ekspertise, siger hun. Du skal sikre dig, at den, der gør det, analyserer alt, hvad der kan gå galt, siger Phillips. Du bør tage med nogen, der har gjort det før.

Hver dag kommer omkring 400 tons grundvand, der strømmer ned fra de nærliggende bjerge, ind i sprækker i reaktorbygningerne, der blev beskadiget af nedsmeltningerne og eksplosionerne ved Fukushima i 2011. ifølge et Tepco briefingdokument fra april 2013 . Vand, der slipper ud af bygningerne, forurener grundvandet nedstrøms og løber i sidste ende ud i havet. Forureningsniveauerne er farligt høje. I sidste måned trak Tepco vand fra en prøvetagningsbrønd nedstrøms for bygningerne, der indeholdt strålingsniveauer, der var størrelsesordener højere end de niveauer, som blev anset for sikre af Japansk nuklear reguleringsmyndighed .

Tepcos bestræbelser på at forhindre denne spredning har hidtil været ineffektive, risikable og i sidste ende uholdbare. Dens primære reaktion har været at pumpe forurenet grundvand ind i holdetanke, hvilket tilføjer de mere end 300.000 tons radioaktivt vand, der allerede er lagret i Fukushima i hastigt samlede tanke, der er sårbare over for fremtidige jordskælv. Nogle er allerede lækket. I sidste uge registrerede Japans nukleare reguleringsmyndighed en nylig læk på 300 tons som en niveau-3 hændelse - den første hændelse i Fukushima, som den har vurderet på den internationale skala for nukleare hændelser siden 2011.

Frysevæggen ville være en mere definitiv tilgang til håndtering af grundvand. Som foreslået af Kajima i april og godkendt i maj af et ekspertpanel fra Nuclear Regulation Authority, ville det køre 1,4 kilometer og omkranse stedets fire ødelagte reaktorer. Lodrette rør skal bores eller køres ned i jorden med en meters mellemrum, hvilket skaber, hvad der ligner en række underjordiske hegnspæle. Fjorten 400-kilowatt køleanlæg ville pumpe -20 °C til -40 °C kølevæske ned i hvert rør for at absorbere varme fra jorden og producere en ekspanderende cylinder af frossen jord.

Om cirka seks uger ville disse cylindre smelte sammen for at danne en kontinuerlig barriere, der holder grundvand ude og forurenende stoffer inde. Resultatet ville være en solid barriere fra overfladen, der strækker sig cirka 95 fod ned for at møde et lavpermeabilitetslag af ler og sten. Og selvom det ville kræve langvarig nedkøling at holde ud, er væggen immun over for strømafbrydelser, der varer dage eller uger. Det ville tage måneder eller år at tø muren op, siger Daniel Mageau, vicepræsident og designingeniør for den Seattle-baserede entreprenør SoilFreeze.

Flere funktioner gør frysevægge til bedre barrierer end dem, der er lavet af stål, beton eller ler - alternativer, som Nuclear Regulation Authority's panel overvejede og afviste. En vigtig fordel nævnt af Phillips er frysevæggens selvhelbredende kapacitet. For eksempel ville vand, der strømmer ind i revner forårsaget af et jordskælv - en altid tilstedeværende trussel ved Fukushima - fryse for at genetablere barrieren. Det er et virkelig stort aktiv, siger Phillips.

Oak Ridge-erfaringen tyder på, at den vil fungere i Fukushima, ifølge Phillips og eksperter hos de entreprenører, der byggede laboratoriets væg: Rockaway, New Jersey-baseret geoteknisk entreprenør Moretrench og Anchorage-baseret Arktiske Fonde . Det er stadig det eneste nukleare indeslutningsprojekt om frysemur til dato, og et der er blevet fejlkarakteriseret i presserapporter som et eksperiment. Det var ikke en model. Det var ved at bore i forurenet jord og stoppe ægte radiologisk forurenede materialer i at undslippe og krydse ned i en å, siger Arctic Foundations chefingeniør Edward Yarmak.

Oak Ridge-frysevæggen smeltede sammen i januar 1998 og indeholdt den samme pakke af elementer, der var til stede i Fukushima i seks år - varigheden specificeret for Fukushimas væg af Nuclear Regulation Authority-panelet - indtil regulatorer beordrede det amerikanske energiministerium til at sanere stedet. Phillips er overbevist om, at den ville have fungeret ud over dens 30-årige designlevetid.

Joseph Sopko, direktør for jordfrysning hos Moretrench, siger, at Kajimas foreslåede etårige tidslinje for installation og frysning er rimelig i lyset af en installation, han forvaltede for en guldmine i det nordlige Ontario i slutningen af ​​1990'erne, der så rør til en to mile. langvæg monteret på knap et år. Skalaen for Fukushima-muren ser i mellemtiden ganske lille ud sammenlignet med en fem kilometer lang mur, der er foreslået til en oliesandoperation i Alberta, som Moretrench i øjeblikket udfører pilotundersøgelser for.

En stor ulempe er dog strømforbruget. Mens væggene tager måneder eller år at tø op, når de først er frosne - og dermed er immune over for strømafbrydelser - kræver de langvarig nedkøling for at holde. Typisk er den køleeffekt, der kræves til vedligeholdelse, omkring halvdelen af, hvad der kræves for at danne væggen.

Tepco og Kajima kunne spare energi, hvis de brugte en teknik, der blev brugt på Oak Ridge. Dens væg indeholdt passive enheder kendt som termosyfoner, som Arctic Foundations har installeret på tværs af Alaska for at forstærke smeltende permafrost under bygninger og infrastruktur. En kølemiddelgas cirkulerer passivt i rørene, når jorden er varmere end luften ovenover, absorberer varme i bunden ved kogning, dumper derefter denne varme i toppen ved at kondensere og til sidst drypper tilbage ned ad rørvæggen for at gentage cyklussen.

Takket være inkluderingen af ​​termosyfoner forbrugte Oak Ridge-systemet knap 100.000 kilowatt-timer strøm årligt - mindre end 10 hjem ville bruge på et år. Det er et meget effektivt system til at flytte varme mod tyngdekraften. Der er ingen bevægelige dele, siger Yarmak.

Alligevel, mens Yarmak ville elske at eksportere Arctic Foundations termosyfoner til Japan, siger han, at strømforbrug ikke er et kritisk problem for Fukushima. Selv med det mere konventionelle frysevægsystem, som Kajima har foreslået, hvis strømforbrug ville være omkring 250 gange større end ved Oak Ridge, ser strømforbruget stadig lille ud i sammenhæng. For omfanget af det problem, som Japan har, er det ikke meget energi, siger han.

skjule