Fukushima 2011: Ergste nachtmerrie van Japan

Vrijdag 11 maart werd de Japanse oostkust door een aardbeving van 9 op de Schaal van Richter getroffen.

De verouderde reactoren reageerden naar behoren – al waren de schokken veel krachtiger dan een aardbeving met een kracht van 8,2 op de schaal van Richter, waarop de kerncentrale was afgestemd.

Japanse kerncentrales moeten bij aardbevingen vanzelf uitgaan, en in drie van de zes reactoren van de Fukushima-centrale die in bedrijf waren, schoven de controlestaven dan ook tussen de brandstofstaven.

Deze staven absorberen de neutronen die worden uitgezonden bij de kernsplijting in de brandstof, en op die manier worden de kettingreacties stopgezet.

Door de hevige aardbeving gingen alle elektriciteitsleidingen ter plekke kapot en werden de reactoren van de stroom afgesneden – maar zelfs dat kon de Fukushima-kerncentrale aan.

De vitale koelpompen bleven koud water in de reactoren pompen. In het inferno van de enorme natuurramp was de situatie nog onder controle.

Daar kwam verandering in toen een tien meter hoge tsunami een uur later over de dijken rond de Fukushima-centrale spoelde.

De dijken waren slechts berekend op golven tot 5,7 meter. De dieselgeneratoren liepen onder en de brandstoftanks werden weggespoeld.

Toen viel de stroom uit.

Video: Zie hoe de tsunami de Japanse kust overspoelt

In de controlekamers van de reactoren doofden de lichten, en de wijzers van de oude analoge instrumenten uit de jaren 1970 gleden naar nul.

Slechts een zwakke noodverlichting en een paar essentiële instrumenten – de sensoren die de druk in de reactortank meten – werkten nog, met stroom die door accu’s werd geleverd.

Wat er de dagen daarop precies gebeurde, weten we nog steeds niet zeker.

Maar we kunnen wel een realistisch beeld schetsen op grond van informatie van de Japanse overheid en de centrale-eigenaren, commentaar van experts in de media en analyses in internationale wetenschappelijke tijdschriften.

Eén ding is duidelijk: midden in de chaos hielden de operators in de controlekamers het hoofd koel.

Ze namen de besluiten die het risico wegnamen op drie volledige meltdowns, plus een radioactieve uitstoot die vergelijkbaar is met de verontreiniging na de ramp in Tsjernobyl, 25 jaar terug – of erger.

Meltdown in alle drie de actieve reactoren van Fukushima

De crisis spitste zich eerst toe op reactor 1. Net naast de controlekamer lag het betonnen omhulsel van de reactortank, die zelf van staal is.

De tank bevatte 50 ton uranium, en had een paar uur eerder 460 mega- watt aan het elektriciteitsnet geleverd.

Al hadden de controlestaven de kernsplijting stopgezet, de brandstof was nog lang niet afgekoeld.

Om oververhitting van de kernbrandstof te voorkomen, moest het koelwatercircuit dus per se blijven draaien.

Zelfs zonder de dieselgeneratoren wisten de operators één koelpomp in gang te houden door de stoomdruk in de reactortank te gebruiken, samen met het beetje stroom van de accu’s.

Ergens in het koelsysteem zat echter een lek, en de waterstand in de reactortank daalde hard. Tegelijkertijd liep de temperatuur van de brandstof flink op.

De brandstof bestaat uit uraniumpellets. Deze zitten in lange buizen van een zirkoonlegering – metaal remt de neutronen die het splijtingsproces in gang houden namelijk niet af.

Omdat het in de reactortank 1000 graden heet werd, is de legering door de stoom geoxideerd, waarbij het explosieve waterstofgas ontstond.

Er vielen gaten in een aantal buizen, en de uraniumpellets kwamen op de bodem van de tank terecht.

Het smelten was begonnen in de Fukushima-centrale.

Dat was het beslissende moment. Want als het smelten niet gestopt zou worden, zou er zich een kritische hoeveelheid uranium kunnen verzamelen onder in de tank, waarna het splijtingsproces weer op gang zou kunnen komen.

Latere inspecties met robots wezen uit dat de brandstof door de stalen tank smolt en in het betonnen omhulsel viel.

Dat betekende acuut gevaar.

Als waterstof naar het betonnen omhulsel zou ontsnappen en contact zou maken met zuurstof in de lucht, kon dat leiden tot een explosie die gaten zou slaan in het beton.

Dan zouden de operators in de controlekamer een dodelijke dosis straling hebben gekregen.

En tegelijk kon het leiden tot een radioactieve uitstoot met een omvang van de uitstoot van Tsjernobyl, waar juist het betonnen omhulsel van de ernstig beschadigde reactor in stukken was gesprongen.

Nu lag de Stille Oceaan vlak bij de kerncentrale, maar er was geen methode voorhanden om het koude zeewater in de reactor te pompen.

Tot de operators op het lucide idee kwamen om de weinige brandweerwagens die nog werkten, in te zetten.

Inmiddels was de druk in de tank van reactor 1 echter zo hoog, dat er onmogelijk nog water bij kon.

Daarom namen de operators zaterdagmiddag de zwaarste beslissing van hun leven: ze lieten radioactieve stoom uit de reactortank ontsnappen, zodat de brandweer er zeewater in kon pompen.

De prijs was niet alleen dat het zoute water de reactor voorgoed onbruikbaar zou maken; samen met de stoom ontsnapten er ook nog eens water- stofgassen naar het buitenste reactorgebouw, waar de waterstof een uur later ontplofte en het dak eraf blies.

Er kwam veel radioactiviteit in de atmosfeer terecht en vier medewerkers raakten gewond.

De betonnen huls om de reactortank bleef echter intact, en de ergst denkbare ramp was afgewend.

De beelden van de beschadigde reactor gingen de wereld rond en kondigden het volgende drama aan: reactor 3 liet stoom uit de reactortank ontsnappen en liep zondag onder water; op maandag ontplofte het reactorgebouw.

Later die middag werd er ook zeewater in reactor 2 gepompt, en dinsdag vloog daar het dak vanaf.

Voor de eerste keer in de wereld- geschiedenis was er een meltdown te betreuren in drie reactoren van één en dezelfde kerncentrale.

50 helden stellen leven in waagschaal in Fukushima

Dinsdagochtend 15 maart kwam er rook uit reactor 3 en 4. De rook ontstond door branden in de bassins met gebruikte brandstof, waaruit het koelwater was verdampt.

De radioactiviteit dreigde nu verspreid te raken, want de bassins zijn gelegen buiten de dikke betonwanden en boven in de reactorgebouwen.

Legerhelikopters haalden zeewater in reusachtige emmers en gooiden het in de rokende reactoren, terwijl politie en brandweer de branden vanaf de aarde bestreden met grote waterkanonnen.

Vooral de brand in reactor 4 is een raadsel. Deze reactor was buiten werking, en alle brandstof zat in het bassin, dat 230 ton bevatte.

De gebruikte brandstofstaven zijn normaal bedekt met een laag water van zeven meter, die het personeel tegen straling beschermt en de brandstof koelt.

Dit water circuleert om de temperatuur op 40 graden te houden.

Toen de stroom uitviel, werd verwacht dat het water zou verdampen.

Volgens de deskundigen zou dat drie weken kunnen duren, maar in vier dagen was al het water weg, dus waarschijnlijk is er tijdens de aardbeving een lek ontstaan in het bassin.

De temperatuur van de gebruikte brandstof moet zeer hoog zijn geweest, want er volgde minstens één waterstofexplosie als gevolg van reacties tussen de stoom en de zirkoonbuizen van de brandstofstaven, en zo kwam er radioactiviteit in de atmosfeer.

Dat bassins met gebruikte kernbrandstof in de reactoren zo’n veiligheidsrisico vormen, geeft wel te denken: brandstofstaven worden in 350 van de 442 kerncentrales ter wereld op die manier bewaard.

Op dit tragische dieptepunt – drie reactoren waren gesmolten en in reactor 3 en 4 kwam de rook uit de bassins met gebruikte brandstof – waren er nog maar 50 vrijwillige medewerkers in de verwoeste kerncentrale over.

Die technici werden over de hele wereld bekend als ‘de helden van Fukushima’.

In witte veiligheidspakken met nauwsluitende capuchons als bescherming tegen de straling, en met zuurstoftanks op hun rug om geen radioactieve stoffen in te ademen, werkten de vrijwilligers dag en nacht bij het schijnsel van zaklampen.

Meermaals moesten ze de reactoren uit vanwege de te hoge straling.

Maar kort daarop gingen ze weer terug om door te werken. Woensdag 16 maart gaf de overheid toe dat het onmogelijk was om in Japan de normale bovengrens voor de bestraling van medewerkers in de kernindustrie – 100 millisievert per jaar – te handhaven.

Elders is die grens 50 of 20 millisievert. De grenswaarde werd verhoogd tot 250 millisievert per jaar voor vrijwilligers van Fukushima Daiichi.

Een week na de ramp noemde het Internationaal Atoomenergieagentschap (IAEA) de prijs die de medewerkers van de centrale tot dan toe hadden betaald: 35 gewonden door explosies, ongelukken en brand.

Eén medewerker had een te hoge dosis straling gehad en was opgenomen voor observatie; 23 mensen hadden een lagere dosis radioactiviteit gekregen, en waren niet opgenomen.

Ruim 800 mensen hebben inmiddels geholpen met opruimen in de centrale, en velen hebben in die paar weken meer straling gehad dan ze normaal in een heel jaar zouden krijgen.

De medewerkers tegen straling beschermen wordt de komende jaren een van de grootste uitdagingen bij het opruimen na de ramp van Fukushima.

Fukushima stoot radioactiviteit bewust uit in zee

De Japanse overheid denkt dat de radioactieve uitstoot van Fukushima Daiichi een zevende bedraagt van de uitstoot van Tsjernobyl.

De uitstoot in de atmosfeer was het grootst in de eerste dagen na de schade, en in die periode blies de wind de meeste radioactiviteit naar de Stille Oceaan, waar de fall-out al snel verdund wordt door al het water.

Toen de wind naar land draaide, waren mensen in een straal van 20 kilometer – en later 30 kilometer – rond de kerncentrale al geëvacueerd.

Uit de metingen bleek vervolgens dat de meeste radioactiviteit in een strook geconcentreerd was die zich 50 kilometer naar het noordwesten uitstrekt. Daarom zijn ook mensen buiten de straal geëvacueerd.

In die strook zal de verwachte gemiddelde dosis het eerstkomende jaar 20 millisievert bedragen, en zonder de evacuatie had de straling misschien een licht verhoogd risico gegeven op kanker bij kinderen en jongeren.

In de evacuatiezone, vooral dicht bij de centrale, zijn er lokaal zeer hoge stralingsniveaus gemeten van meer dan een sievert per jaar, wat tot acute stralingsziekte kan leiden.

De radioactiviteit is goeddeels te wijten aan de uitstoot van cesium-137 en jodium-131, die het gevaarlijkst zijn bij inademing of inname via voedsel.

Daarom verbood de Japanse regering al heel snel om groenten uit de getroffen gebieden te eten, en vis en schaaldieren die gevangen waren binnen een straal van 20 kilometer rond de centrale.

De eerste weken was het gehalte van jodium-131 verontrustend, maar met een halfwaardetijd van 8 dagen nam de radioactiviteit al snel af.

Cesium-137 heeft echter een halfwaardetijd van 30 jaar en zal gebouwen en grond nog tientallen jaren vervuilen.

De atoomramp van Fukushima heeft ook geleid tot radioactieve uitstoot op zee.

Op 15 maart explodeerde een tank voor drukontlasting onder het betonnen omhulsel in reactor 2, waarin een gat werd geslagen.

Daardoor stroomde radioactief materiaal in het overstroomde reactorgebouw, door de eveneens ondergelopen turbinehal en verder naar zee via een scheur in een onderaardse ruimte bij de uitlaat.

Tot aan 6 april, toen de scheur werd gedicht, ontsnapte er 520 ton sterk radioactief water uit de kerncentrale.

De uitstoot naar zee zal zich voortzetten zolang de gehavende centrale gekoeld wordt door nieuw water in de gesmolten reactoren te pompen, omdat het verontreinigde water vervolgens ergens moet blijven.

De opslagcapaciteit van de kerncentrale is beperkt, en daarom is opzettelijke uitstoot nodig.

Zo werd in april 11.500 ton laagradioactief water in zee geloosd om plaats te maken voor sterk vervuild water in de bassins aan land. Het is niet zeker hoe de radioactieve verontreiniging het zeeleven zal beïnvloeden.

Er valt geen acute schade voor dieren in de zee rond de centrale te verwachten, maar in de voedselketen hopen cesium-137 en andere lang levende isotopen zich op, en dat kan leiden tot een grotere sterfte onder vissen en zeezoogdieren.

Opruimen van Fukushima zal tientallen jaren duren

De eigenaar van Fukushima Daiichi, elektriciteitsmaatschappij Tepco, lanceerde in april een plan om de kerncentrale onder controle te krijgen.

Eerst worden de reactoren gekoeld door de constante aanvoer van vers water, en dan moeten er gesloten koelsystemen komen, die de brandstof tot 100 graden koelen.

In juni gaf Tepco het plan voor zo’n systeem echter op; nu wil de maatschappij koelwater hergebruiken via nieuw te bouwen installaties voor de zuivering van meer dan 100.000 ton radioactief water.

Tot slot zijn de Japanners bezig met de bouw van metalen steigers rond de getroffen reactoren, en polyester zeilen moeten de verwoeste gebouwen afschermen om de radioactieve uitstoot in de lucht tot een minimum te kunnen beperken.

Dan moeten de reactorgebouwen vanbinnen worden gereinigd.

Dat wordt lastig in reactor 3 en 4, waar explosies in de bassins met gebruikte brandstof hoogradioactieve materialen hebben verspreid, en in reactor 2, waar de reactortank lekt.

Het kan nog jaren duren voor de omvang van de schade in de reactortanks kan worden beoordeeld.

Na het ongeluk op Three Mile Island in 1979 in de VS, waarbij er ook een meltdown was, konden de technici pas na drie jaar een camera in de reactortank laten zakken.

Daarna duurde het nog 11 jaar om de gesmolten kernbrandstof weg te halen.

Op Fukushima Daiichi kan het nog langer duren voordat technici in de reactortanks kunnen kijken.

En dan moeten er nieuwe kranen gebouwd worden om de gesmolten brandstof te verwijderen, want de kranen die eerder werden gebruikt bij het vervangen van de brandstofstaven, zijn onherstelbaar kapot.

Het opruimen gaat tientallen jaren duren, en er zijn twee dringende vragen.

De eerste: is atoomkracht wel handig in seismisch actieve gebieden? 88 van de kerncentrales ter wereld liggen in aardbevingszones, en als de landen bij kernenergie blijven, moeten ze de veiligheid evalueren en zo nodig verbeteren.

De tweede vraag is: zijn de veiligheidsanalyses niet aan herziening toe? De complexe ramp wijst uit dat het niet voldoende is om het risico per reactor in te schatten.

Risicobeoordelingen moeten voortaan voor alle reactoren van een kerncentrale gelden.

Als we al van geluk mogen spreken in verband met de ramp met Fukushima Daiichi, dan is het omdat er slechts drie van de zes reactoren in gebruik waren toen de tsunami over de dijken heen spoelde.