Nejdůležitější je zjištění míry roztavení aktivní zóny a hlavně, zda se její části protavily spodní částí tlakové nádoby a dostaly se do spodních částí kontejnmentu. V takovém případě bude průběh likvidace mnohem náročnější a jeho složitost bude záviset na tom, kolik ztuhlé taveniny je v suterénu kontejnmentu a kam všude se dostala. Významně postoupilo zkoumání prvního a druhého bloku, informace u třetího jsou zatím velice omezené.

První blok

Nejdříve se do nitra prvního bloku dostal endoskop, a to už v říjnu 2012. Obsahoval teplotní čidla, dozimetr a kameru. Vyústění potrubí, kterým endoskop do kontejnmentu pronikl, bylo ve výšce 8,6 m. nad jeho dnem. Dávkový příkon v této výšce byla 11 Sv/hod a při přibližování k hladině vody, která byla na dně kontejnmentu, se snižoval až na 0,5 Sv/hod. V kontejnmentu byla v té době pára. Podařilo se také odebrat vzorky vody.

Schéma cest obou robotů při průzkumu v dubnu 2015. Cesta prvního robota je označena tmavě modře, cesta druhého pak světle modře (15. dubna 2015) a červeně (16. dubna 2015), (zdroj TEPCO).

Průzkum pomocí kosmických mionů proběhl na přelomu února a března 2015. Průběh pohlcování mionů vznikajících interakcí vysokoenergetického kosmického záření ukázal, že většina aktivní zóny se roztavila. V místech, kde by měl uran s vysokou hustotou intenzivně miony pohlcovat, žádný stín vidět nebyl. To znamená, že se tavenina nahromadila v dolní části tlakové nádoby reaktoru a mohlo dojít i k protavení její dolní části. Je tak třeba zjistit, zda se tavenina nakonec na dno kontejnmentu opravdu dostala a kolik jí tam je.

Uvnitř kontejnmentu prvního bloku pracovaly první roboty už v roce 2015. Jde o zařízení připomínající tlustého hada. Jeho délka v nataženém stavu je 60 cm, výška je 9 cm a šířka 6,5 cm. Zařízení dokáže putovat rourami s průměrem pouhých 10 cm a různě zahnutými. Poradí si i s velice členitým terénem. Robot se skládá ze tří částí, dvou pohybových sekcí pro lezení a hlavní centrální.

Schéma vstupu robota do kontejnmentu s využitím průchodu X-100B. Využívá se stínící komora, celý průběh činnosti je sledován několika kamerami. (Zdroj TEPCO).

Při pohybu po rovném povrchu zaujímá tvar U s pohybovými sekcemi s pásy po stranách. Tato poloha je u něj nejstabilnější. Má kameru, dozimetrické přístroje a teploměry, které umožňují prozkoumat stav vnitřních částí kontejnmentu. A také intenzivní světelný zdroj. Jeho hmotnost je pouhých 7,5 kg. Ovládání a přenos informací zajišťuje 40 m dlouhý kabel. Všechny roboty, o kterých se bude psát, vyvinuli společně pracovníci IRID (International Research Institute for Nuclear Decommissioning) a Hitachi-GE.

Práce u hermetické stínící komory, ze které byl vysílán robot do nitra kontejnmentu prvního blok (zdroj TEPCO).

Potrubím se roboty dostaly na roštovou podlahu v mezipatře. Teplota zde byla okolo 20˚C. Potvrdila se přítomnost vody na dně kontejnmentu, zjištěné hodnoty hloubky okolo dvou metrů potvrzovaly odhad provedený při průzkumu endoskopem. Jimi měřený dávkový příkon se pohyboval mezi 5 až 13 Sv/hod, což jsou hodnoty blízké těm, které v kontejnmentu naměřil už dříve endoskop. Samotná roštová podlaha byla nepoškozená a také různé části reaktoru, které zaznamenaly kamery robotů, se nacházely v relativně dobrém stavu. Vzhledem k vysoké radiaci oba použité roboty vydržely jen relativně krátce a jejich konstrukce neumožňovala zjistit, zda se na dně kontejnmentu vyskytují zbytky ztuhlé taveniny z aktivní zóny.

Schéma situace v prvním patře na roštové podlaze. D0, D1, D2 a D3 jsou místa, kde se studovaly při průzkumu v březnu 2017 suterénní prostory a situace pod vodou. Právě polohy D1, D2 a D3 jsou blízko ke vstupům do centrální části pod reaktorovou nádobou, kam by se mohly dostat části roztavené aktivní zóny. (Zdroj TEPCO).

První robot se do kontejnmentu dostal 10. dubna 2015. Podařilo se mu objet po roštové podlážce část centrálního betonového podstavce, který nese reaktorovou nádobu. Pak se však zasekl a už se mu nepodařilo osvobodit. Vysílat údaje dokázal celkově zhruba dva dny. Druhý robot dokončil průzkum 15. dubna 2015. Nejdůležitějším jeho zjištěním bylo, že cesta k otvoru, který umožňuje přístup do vnitřních částí podstavce pod reaktorovou nádobu, je volná.

Schéma robota, který zkoumal prostory prvního bloku. Nalevo je ukázán průběh pohybu v potrubí, ve středu pak pohyb po roštové podlaze a nalevo pak práce se sondou na kabelu (zdroj TEPCO).

Pro další průzkum byl vyvinut vylepšený a odolnější typ robota. Ten dokáže mezerami v roštové podlážce spustit na dno kontejnmentu na kabelu zavěšenou vodotěsnou, radiačně odolnou kameru a dozimetr. Pouzdro, ve kterém byly, má průměr 2 cm a délku 4 cm. Kamera má 350 000 pixelů a měla by vydržet záření až 1000 Sv. Při dávkovém příkonu okolo 10 Sv/h, který se v kontejnmentu pozoroval, by měla vydržet okolo čtyř dní. A zhruba takovou dobu robot v kontejnmentu pracoval. Rozsah měření dávkového příkonu dozimetru je 0,1 až 10000 Sv/h. Pokud případné zbytky ztuhlé taveniny kvůli nečistotám ve vodě nevidí kamera, je možné je hledat na základě měření intenzity a prostorového rozložení radiace.

Robot se vydal do kontejnmentu 18. března 2017 a pracoval zde zhruba pět dní. Konstrukce robota umožnila jeho dlouhodobější práci v zamořeném prostředí, takže stihl objet centrální část kontejnmentu, která ukrývá a drží tlakovou nádobu. V několika vybraných místech spustil sondu s kamerou a dozimetrem do vody na dně kontejnmentu. Nejdůležitějším jeho cílem byla místa na opačné straně, kde se nacházejí přístupy do centrální části pod reaktorovou nádobou. Právě jimi by se mohlo protavené palivo dostávat ven z centrální části a mohlo by být robotem objeveno.

Umístění čtyř kamer robota a jejich funkce při průzkumu (zdroj TEPCO).

Teplota v kontejnmentu byla v rozmezí 14˚C až 28˚C. Dávkový příkon na roštové podlaze se pohyboval mezi zhruba 4 Sv/hod až 12 Sv/h. Podmínky jsou tak podobné těm, které zde byly zjištěny již v dubnu 2015. Při spuštění sondy do vody v suterénu kontejnmentu, kdy byla kamera i dozimetry pod hladinou a 0,3 m až 1 m nad podlahou kontejnmentu, se v různých místech pohyboval dávkový příkon mezi 2 Sv/hod až 11 Sv/hod. Dávkový příkon se příliš neměnil a nikde se nepozorovalo jeho dramatičtější zvýšení, které by ukazovalo na přítomnost paliva z aktivní zóny. Celkově byla úroveň dávkového příkonu nižší než by vytvořilo palivo byť stíněné vrstvou vody v suterénu.

Situace v kontejnmentu prvního bloku při průzkumu v březnu 2017. Na ose x je vzdálenost od dna kontejnmentu a na ose y pak dávkový příkon, který tam změřila sonda. Je vidět, že radiace při spouštění sondy dolů z roštové podlahy napřed klesala a to i pod hladinou a teprve v blízkosti dna začala růst. Hodnoty dávkových příkonů byly v jednotkách sievertů za hodinu, v maximu pak mírně překročily deset sievertů. (Zdroj TEPCO).

Roštová podlaha je v dobrém stavu a také na dně kontejnmentu neobjevila kamera nic podivného. Pouze se ukázalo, že se ve vodě nachází nečistoty podobné písku, které zhoršují viditelnost. V průběhu práce robota, která trvala až do 22. března, tak kamera pod vodou na dně kontejnmentu žádné zbytky ztuhlé taveniny ze zničené aktivní zóny nenašla. A to ani v místě, které bylo v blízkostí otvoru, kterým by tavenina mohla pronikat z centrální oblasti pod reaktorovou nádobou. Vypadá to tak, že žádné větší množství materiálu z roztavené aktivní zóny se mimo centrální oblast nedostalo. Pro konečné posouzení je však potřeba daleko podrobnější analýza

Ve vodě se na dně pozorovaly pouze usazené i plovoucí nečistoty připomínající písek. Pro zjištění jejich původu a vlastností je však potřeba důkladnější rozbor snímků i odebraných vzorků. Po nich by mělo být možné navrhnout cestu k nejvhodnějšímu postupu při hledání zbytků aktivní zóny, které by v této části kontejnmentu mimo centrální oblast s tlakovou nádobou reaktoru mohly být.

Druhý blok

Dalším nejprozkoumanějším blokem je druhý. Byl první, do kterého se podařilo zavést endoskop, a to už 19 dubna 2012. Podařilo se tak nezávisle změřit teplotu uvnitř kontejnmentu a potvrdit údaje čidel, která tam byla. V té době byla teplota 45˚C a zároveň byla zjištěna silná radiace. Kamera zaznamenala konstrukce, které se nezdály příliš poničené. Endoskop v té době zjistil i velmi vysokou vlhkost. Další průzkumy zpřesnily informace o hladině vody na dně kontejnmentu a průběžně zjišťovaly teplotu a radiaci v něm. V červnu 2014 už byla teplota 35˚C. Zjištěná radiace v kontejnmentu tohoto bloku byla mnohem vyšší (až řádově) než u prvního, dávkový příkon přesahoval 70 Sv/hod.

Dne 6. dubna 2017 proběhl odběr vzorků znečištění, které je vodě na dně kontejnmentu prvního bloku. Nalevo je průběh odběru vzorku a napravo je odebraný vzorek. (Zdroj TEPCO).

Zde kosmické miony, stejně jako u prvního bloku, ukázaly, že se téměř celá aktivní zóna roztavila. Podrobné skenování potvrdilo, že v místě aktivní zóny žádný stín není. Naopak v dolní části, kde je dno tlakové nádoby reaktoru, probíhá intenzivní absorpce mionů. Je tak jasné, že se aktivní zóna celá roztavila a tavenina se nahromadila na dně tlakové nádoby. Kolik se jí protavilo a skapalo do suterénu kontejnmentu, zůstalo po tomto průzkumu otevřenou otázkou.

Příprava průzkumu pomocí robotů se zde značně protáhla, protože místo, kde se bylo možné dostat do příslušného potrubí vedoucího do kontejnmentu, bylo velmi silně kontaminované a zavalené popadanými předměty. Bylo třeba je vyčistit, dekontaminovat a postavit zde stínění i příslušný vstup pro robota do potrubí se speciálním ventilem.

Cesta robotů do druhého reaktoru vedla přímo přes rampu vedoucí do centrální části (zdroj TEPCO).

Teprve 26. ledna 2017 se do roury podařilo vsunout průzkumnou kameru, která zjistila, že uvnitř kontejnmentu je velmi vysoká radiace v řádu stovek sievertů za hodinu, která je pro elektronické zařízení zničující. Kamera také nahlédla do nitra podstavce, který drží reaktorovou nádobu. Roštová podlážka pod ní je značně poškozená a v některých místech úplně chybí. Navíc je na okrajích zničených částí vidět temná hmota, která by mohla být zbytkem ztuhlé taveniny vzniklé z paliva a materiálu konstrukce aktivní zóny. To by mohlo znamenat, že právě tudy tekla roztavená část aktivní zóny, která se protavila dnem reaktorové nádoby. Samotný mechanismus ovládání kontrolních tyčí pod reaktorovou nádobou nejblíže kameře vykazoval poškození menší. Současná teplota v kontejnmentu je 18˚C.

Detailnější zobrazení umístění rampy pro přístup do centrální oblasti kontejnmentu k řídícím tyčím (zdroj TEPCO).

Po kameře se do kontejnmentu dostaly dva roboty. První byl určen k vyčištění přístupové rampy, aby se po ní druhý robot mohl vydat k roštové podlážce pod reaktorem. Robot vyčistil jen část rampy a poté, co vlivem vysoké radiace začala odcházet jedna z jeho kamer, byl vytažen zpět. Druhý robot se vydal po rampě směrem do prostor pod reaktorovou nádobou. Měl dozimetr, který umožnil přesnější měření úrovně radiace. Maximální hodnota dávkového příkonu byla okolo 210 Sv/hod. Zajímavé je, že tak vysoká hodnota radiace je ve střední části rampy a směrem ke středu kontejnmentu se opět snižuje. Robot se při cestě zablokoval a byl poté zaparkován na kraji rampy, aby nebránil v cestě dalším robotům. Byl také oddělen od kabelu, kterým se přenášela data. Předtím pořídil velice zajímavé snímky poničené roštové podlahy a také zmíněného materiálu, který by mohl být ztuhlou taveninou z aktivní zóny.

Pohled na prostor v centrální části seskládaný z mnoha fotografií ukazuje v dolní části silně poškozenou i úplně chybějící roštovou podlahu. Zároveň jsou vidět i popadané části. (Zdroj TEPCO).

Začátkem dubna 2017 společnost TEPCO a výzkumný ústav IRID informovaly o podrobnějších analýzách získaných poznatků. Ukázalo se, že zatímco v některých částech je roštová podlaha v centrální oblasti kontejnmentu silně poškozena, či dokonce chybí, na jiných je poškození minimální. Stejně tak se prozkoumala spodní část tlakové nádoby reaktoru. Také zde se střídají nepoškozené části s těmi, které byly poničeny. Na podlaze pod nimi jsou vidět i popadané kusy konstrukce. Získané fotografie lze srovnat se vzhledem nepoškozeného kontejnmentu, analyzovat stupeň poškození a hledat příčinu změn. Předběžně se zdá, že by opravdu mohlo jít o destrukci způsobenou taveninou z aktivní zóny, která se propálila dnem tlakové nádoby a stékala dolů na dno kontejnmentu v centrální oblasti. Podle polohy, zničených partií se zdá, že případná tavenina netekla středem dna, ale byla posunuta ke kraji. Ovšem pro zjištění přesného průběhu procesů během havárie je potřeba prozkoumat nitro kontejnmentu daleko podrobněji.

Třetí blok

Do třetího bloku se roboty nepodívaly, zatím sem byl v roce 2015 zaveden pouze endoskop, který zjistil dávkový příkon zhruba okolo 1 Sv/hod. Robot, který by měl prozkoumat tento blok, je už připravený a dovnitř kontejnmentu by se měl vypravit ještě v první půli roku 2017.

Pohled nahoru na spodní část tlakové nádoby reaktoru, opět seskládaný z mnoha fotografií. Je vidět jak poškozené, tak i nepoškozené části. (Zdroj TEPCO).

Postup při likvidaci zničených aktivních zón bude velmi silně záviset na tom, zda se roztavená aktivní zóna protavila dnem reaktorové nádoby a kam se všude do kontejnmentu dostala. Proto je poznání situace uvnitř všech tří kontejnmentů zásadní prioritou. Lze tak očekávat, že se práce v této oblasti budou rozvíjet. Již v nejbližší době se můžeme těšit na zajímavé informace, které by měl získat robot právě v kontejnmentu třetího bloku.

Zázemí pro hledání metod likvidace zničených reaktorů

Důležitou podmínkou úspěšné likvidace zničených aktivních zón je výzkum potřebných postupů a metodik i automatů a robotů. V předchozích letech začalo v městě Naraha, které je již nyní úplně otevřené, pracovat technologické centrum zaměřené na robotiku a jejího využití při zkoumání a likvidaci zničených reaktorů. Další centrum by mělo být otevřeno v roce 2017 v blízkosti elektrárny ve městě Okuma. To bude zaměřeno na studium vlastností roztaveného paliva a hledání metod, jak se s ním vypořádat a bezpečně je uložit.

Velkým problémem v nově otevřených oblastech je, že se většinou vrací starší lidé a mladí si už našli nové místo pro život nebo s návratem váhají. Klíčová je z tohoto hlediska obnova infrastruktury a atraktivní pracovní příležitosti. Džóbanská dálnice byla otevřena již 1. března 2015. Nyní se pracuje na jejím rozšíření z dvouproudové na čtyřproudovou v několika úsecích, které jsou zatím provizorně s nižším počtem pruhů. Zároveň se obnovují další silnice propojující místa v evakuované zóně. Právě v Naraze se dokončuje klíčová křižovatka a sjezdy z Džóbanské dálnice i příjezdy ke zmíněnému novému technologickému parku (Naraha-Minami Industrial Park). Jeho součástí bude i speciální ústav (Naraha Remote Technology Development Centre) vyvíjející nové na dálku řízené technologie pro likvidaci aktivních zón zničených reaktorů.

Jeho součástí jsou dvě hlavní budovy. Čtyřpodlažní budova výzkumného centra a dvoupodlažní experimentální budova. V první budově budou kanceláře, seminární místnosti a konferenční sály. Dále pak výpočetní centrum, ve kterém se bude zkoušet řízení a ovládání robotů a automatů na dálku. Zde se budou vyvíjet nejmodernější postupy při vytváření virtuální reality a bude zde probíhat i trénink operátorů robotů a automatů s využitím virtuálního 3D prostředí. V druhé budově bude funkční model kontejnmentu fukušimských reaktorů a haly s polygony pro testování na dálku řízených záchranných mechanismů. Zde budou vodní nádrže, různé překážky a kopie instalací určené pro testování robotů v různých podmínkách.

Záběry z průzkumu prvního bloku v březnu 2017. Vlevo nahoře je pohled na robota, který se právě dostal z potrubí do kontejnmentu. Napřed se podíval na roštovou podlahu, dole vlevo je záběr pořízený těsně předtím, než se sonda vnořila do vody. Vpravo dole je pak záběr toho, co viděla sonda na dně po ponoření do vody (zdroj TEPCO).

Budování centra začalo v září 2014. První budova byla dokončena v roce 2015 a její inaugurace proběhla v říjnu zmíněného roku. Experimentální budova s trenažerem kontejnmentu varného reaktoru byla otevřena 30. března 2016. Výzkumný ústav by se měl stát srdcem špičkového mezinárodní vědeckého centra pro robotiku, které by intenzivně spolupracovalo s univerzitami i průmyslovými firmami. Malé inovační firmy i řada studentů a výzkumníků z univerzit by pracovala přímo v areálu a špičkové technologie by měly být magnetem pro celý svět. Tím by se centrum stalo i důležitou součástí revitalizace samotného města Naraha i jeho okolí, kam by nalákalo velký počet vzdělaných mladých lidí a jejich rodiny. Pro naše téma je zásadní, že výzkumné instituce v Naraze a Okumě by měly zajistit technologie pro likvidaci zničených reaktorů.

Závěr

Zatímco o prvních dvou zničených reaktorech máme nyní poměrně podrobné informace, o vnitřních částech kontejnmentu třetím bloku toho víme zatím jen velice málo. Brzy by se to však mohlo změnit. Radiační podmínky v různých blocích jsou velice rozdílné. Nejvyšší dávkový příkon je uvnitř druhého bloku, zde jde o stovky sievertů za hodinu. V prvním bloku jsou dávkové příkony řádově nižší, zde dosahují hodnot jednotek sievertů za hodinu, v maximu přesahují jen o trochu deset sievertů. V třetím bloku jsou dávkové příkony v místech, které zkoumal endoskop jen okolo jednoho sievertu za hodinu. Kamera robota, která má vydržet celkovou dávku okolo 1000 Sv, tak v druhém bloku vydrží pouze okolo deseti hodin, v prvním bloku pak okolo čtyř dnů a ve třetím bloku pak řadu dní.

Záběry z průzkumu prvního bloku v březnu 2017. Vlevo nahoře je pohled na robota zahajujícího průzkum. Další tři záběry ukazují detaily pod vodou na dně kontejnmentu (zdroj TEPCO).

Už se ví, že u prvního a druhého bloku došlo k roztavení dominantní části aktivní zóny. U prvního bloku je velmi pravděpodobné, že se její části nedostaly mimo centrální oblast pod reaktorovou nádobou. Jestli jsou v centrální oblasti, bude třeba teprve zjistit. Je tak nutné vyslat do centrální oblasti roboty. U druhého bloku je velice pravděpodobné, že se tavenina propálila skrz a stekla na dno kontejnmentu v centrální části. Je nutné podrobněji zjistit, kolik ji bylo a kam všude se dostala. To by měly zjistit další roboty.

K tomu, že roboty lépe poznávají vnitřní části kontejnmentů, přispívá jednak vývoj jejich schopností odolávat intenzivní radiaci, ale také zlepšování podmínek v budovách reaktorů, kde díky dekontaminaci a stínění mohou technické týmy pracovat déle a efektivněji. Lze tak předpokládat, že v následujících letech poznáme reálný stav uvnitř kontejnmentů a bude možné určit postup při likvidaci zničených aktivních zón jednotlivých reaktorů.

Elektrárna Takahama, vlevo je Takahama 3 a 4 a vpravo Takahama 1 a 2 (zdroj NRA).

První půli roku 2017 lze označit za začátek úplné revitalizace postiženého okolí elektrárny. Kromě dvou měst Okumy a Futaby, se u všech jedenácti evakuovaných samosprávných celků úplně zrušily všechna omezení na všech územích, kromě těch nejvíce kontaminovaných třetí kategorie. V březnu a dubnu 2017 se otevřela města Namie, Tomioka, Kawamata a vesnice Iitate. Pro návrat obyvatel je v tomto případě důležité zajištění infrastruktury a pracovních míst. Ve městě Tomioka se tak na konci března otevřelo velké obchodní centrum o rozloze 6000 m². Ve městě Naraha a nedávno otevřené části města Minamisoma se otevřely střední školy. V současné době je v nich 105 a 129 studentů. Zakázaná zóna se tak nyní zmenšila na 369 km².

Zlom nastal i se zprovozňováním jaderných bloků. Velmi důležité je, že vrchní soud v Osace rozhodl, že žaloba aktivistů proti provozu dvojice bloků elektrárny Takahama je neoprávněná. Reaktory Takahama 3 a 4 tak mohou zahájit provoz. Bude nyní třeba do nich zavést palivo, takže pro zahájení bude třeba nejméně měsíc. Zároveň krajský soud v Hirošimě zamítl podobnou žalobu aktivistů na blok Ikata 3. V současné době tak má povolení k provozu pět reaktorů. Další čtyři jsou v závěrečné části cesty k tomuto cíli. Kromě jaderných bloků žádají o povolení provozu po splnění nových náročnějších bezpečnostních podmínek i další jaderná zařízení. Jde o podniky produkující palivo i výzkumné reaktory. Některým se to podařilo právě v první čtvrtině roku 2017. Jednalo se podnik pro produkci paliva GNF-J´s. Prvním znovu zprovozněným výzkumným reaktorem se pak v dubnu stává reaktor Univerzity Kindai. Jedná se o malý reaktor s výkonem pouhý jeden watt. Klíčové pro další využívání jaderné energie v Japonsku je však akceptace jaderných elektráren japonskou veřejností. Pokud se bude zlepšovat situace v této oblasti, měl by se nyní proces opětného spouštění jaderných bloků zrychlovat.