náhled|Ilustrace stavu reaktorů 1–4 po havárii náhled|upright=0.8|1975 – letecký pohled na reaktorové budovy a jejich číselné označení
Havárie japonské jaderné elektrárny Fukušima I společnosti TEPCO v roce 2011 byla nejhorší jaderná havárie od Černobylu 1986 a po ní jediná další havárie označená na stupnici INES nejvyšším stupněm 7. Katastrofa vznikla následkem zatopení elektrárny ničivou vlnou tsunami 11. března 2011 způsobenou mimořádně silným zemětřesením v oblasti Tóhoku.
Při havárii došlo s velkou pravděpodobností k závažnému poškození tří tlakových nádob reaktoru. Při obnažení paliva v reaktoru vznikal vodík, který byl následně příčinou tří mohutných explozí. Tyto exploze zásadně přispěly k úniku a rozptýlení štěpných produktů, které dočasně učinily okolí elektrárny neobyvatelným a také dočasně ekonomicky znehodnotily široké oblasti jinak velmi úrodné zemědělské půdy. Příčiny havárie je nutné hledat již v čase před samotnou havárií – nedostatečná připravenost personálu na možné havarijní stavy, zanedbávání připomínek regulačních úřadů, chyby v japonské legislativě týkající se regulačních úřadů, a k havárii svojí měrou přispěly i kulturní předpoklady, zejména japonská hierarchie.
Více než 150 000 obyvatel muselo být evakuováno z potenciálně nebezpečného okolí elektrárny z důvodu šíření štěpných produktů,Chico Harlan and Steven Mufson, Washington Post "Japanese nuclear plants' operator scrambles to avert meltdowns" 13. březen 2011 [Citace: 26. prosinec 2014.]Fukushima on the globe "Situation of the Evacuees" [Citace: 26. prosinec 2014.] ale prozatím nebyla potvrzena žádná úmrtí nebo nemoci způsobené ozářením.World Nuclear Association "Fukushima Accident" [Citace: 26. prosinec 2014.] Více než 1000 evakuovaných obyvatel zemřelo kvůli stresu způsobenému evakuací, ať již kvůli pokročilému věku, nebo z důvodu chronických onemocnění.
Ničivá katastrofa tehdy odhalila mnoho chyb v přístupu společnosti TEPCO k jaderné bezpečnosti, dále ukázala na roztříštěnost vedení po katastrofě a odhalila nebezpečnou laxnost kontrolních úřadů.THE ASAHI SHIMBUN "Government panel blasts lack of 'safety culture' in nuclear accident" 23. červenec 2012 [Citace: 26. prosinec 2014.] Všechny tyto faktory vyústily v havárii, jež podle vyšetřovací komise založené japonským parlamentem byla „man-made“, neboli zapříčiněna člověkem. Člověkem se ovšem nemyslí jednotlivec, ale spíše celý systém. Celkově bylo také zanedbáváno informování veřejnosti ať již před havárií nebo v průběhu samotné havárie. Z tohoto důvodu také vznikly různé občanské iniciativy ve snaze získat informace z jiných zdrojů. Nejvýznamnější je organizace Safecast, která posléze navrhla i vlastní přístroje a začala organizovat vlastní radiační monitoring zajišťovaný dobrovolníky. Všechna takto získaná data pak byla zveřejňována na jejich webových stránkách a posléze i na interaktivní mapě.
Právě kvůli nedostatečné informovanosti japonské veřejnosti byla po havárii velmi prudká reakce vůči pokračování jaderné energetiky, což byl vedle bezpečnosti další z důvodů k odstavování zbylých japonských jaderných elektráren. Havárie se stala podnětem k politickým debatám o jaderné energetice po celém světě a vedla i k odborným debatám ohledně jaderné bezpečnosti. Kromě toho došlo v Japonsku ke vzniku nového jaderného regulačního úřadu, jenž oproti minulému nespadá pod Ministerstvo ekonomie, obchodu a průmyslu, ale pod Ministerstvo životního prostředí.
Popis elektrárny
Jaderná elektrárna Fukušima leží na východním pobřeží Japonska. Nachází se v prefektuře Fukušima ve městech Okuma a Futaba. Elektrárna zabírá svou rozlohou plochu o velikosti zhruba 3,5 km². Byla vlastněna do té doby největší japonskou elektrárenskou společností TEPCO.
Elektrárna byla uvedena do provozu 26. března 1971, a to spuštěním bloku 1. Ostatní bloky byly uváděny do provozu v průběhu 70. let. Elektrárna dosahovala celkového instalovaného výkonu 4,696 GWe. Jaderná elektrárna Fukušima I sestává z šesti bloků s varnými reaktory. Každému bloku náleží řada budov: aktivní zóna, strojovna, sklad vyhořelého paliva, budova pro nakládání s odpady z reaktoru, bazén vyhořelého paliva v aktivní zóně, společný bazén vyhořelého paliva, čerpací stanice chladicí vody a další.
Bloky 1–4 leží na plošině, která se nachází 10 m nad mořskou hladinou. Bloky 5 a 6 jsou položeny o něco výše, nachází se 13 m nad mořskou hladinou. Elektrárna byla navržena na provoz bez poškození při vlnách do výšky 5,4 m až 5,7 m. Bezpečné hodnoty pro zemětřesení byly stanoveny podle stupnice PGA (Peak Ground Acceleration) kolem 0,45 g = 4,415 m/s² – hodnoty se liší i podle směru otřesů (horizontální, vertikální), ale všechny se pohybují zhruba kolem uvedené hodnoty.
Průběh havárie Zemětřesení
V době zemětřesení byly bloky 1–3 v normálním provozu a bloky 4–6 byly ve stavu plánované odstávky. Ihned po první známce seismické aktivity došlo k okamžitému automatickému zastavení štěpné reakce (SCRAM) na všech blocích, jež byly v provozu. Zemětřesení poškodilo rozvodné elektrické sítě spojující elektrárnu s rozvodnami, následkem čehož byla elektrárna bez jakéhokoliv vnějšího zdroje elektrické energie. Z toho důvodu došlo k automatickému spuštění záložních diesel generátorů, díky kterým bylo možné spolehlivě odvádět zbytkové teplo z reaktoru pomocí systémů pro odvod zbytkového tepla. Při zemětřesení došlo k překročení hodnot, na které byla elektrárna navržena, ale prozatím se nepodařilo potvrdit, zda došlo k závažnému poškození elektrárny před zaplavením vlnou tsunami. Většina vyšetřovacích zpráv se přiklání k názoru, že nedošlo k poškození vlivem zemětřesení.NRA Japan "Analysis of the TEPCO Fukushima Daiichi NPS Accident" říjen 2014 [Citace: 26. prosinec 2014.]
Po zaplavení elektrárny náhled|vlevo|300px|Viditelná úroveň zaplavení areálu elektrárny – čas zhruba 50 minut po zemětřesení. A: Vlastní budovy elektrárny; B: Maximální výška tsunami; C: Nadmořská výška areálu (bloky 1–4); D: Průměrná mořská hladina; E: Vlnolamy.
Situace byla stabilní, dokud vlny tsunami vyvolané zemětřesením nezaplavily a nezničily diesel generátory, čerpadla mořské vody, elektrické vedení uvnitř elektrárny a zdroje stejnosměrného napájení (baterie na blocích 1, 2 a 4). Vyjma bloku 6, kde zůstal provozu schopný vzduchem chlazený diesel generátor, byly všechny bloky bez zdroje střídavého napájení a bloky 1, 2 a 4 byly bez jakéhokoliv zdroje elektrické energie. Ztráta elektrické energie znemožnila použití měřících přístrojů a značně omezila funkce blokové dozorny. Nebylo možné zjistit hodnoty hladiny vody a tlaku v reaktoru a další klíčové parametry, což v důsledku znamenalo zbytečné prostoje a nedostatečně rychlé reakce na rapidně se zhoršující stav elektrárny.
Poškození paliva a reaktoru
náhled|vpravo|upright=1.35|Satelitní pohled z 16. března 2011 na čtyři poškozené reaktorové budovy
V důsledku ztráty elektrické energie a nedostatečné připravenosti provozovatelů na takovou situaci docházelo postupně ke ztrátě záložních systémů chlazení na jednotlivých blocích. Nejhorší situace byla z počátku na bloku 1, kde se dá předpokládat první poškození aktivní zóny okolo 19:00 v den havárie. Po obnažení paliva dochází k nárůstu teploty palivových proutků vyrobených ze slitiny zirkonia. Když povrchová teplota palivových proutků překročí 900 °C, výrazně mohutní exotermická reakce zirkonia s vodní párou, při níž vzniká oxid zirkoničitý a vodík.Cronenberg, A. W. In-Vessel Zircaloy Oxidation/Hydrogen Generation Behavior During Severe Accidents. září 1990. NUREG/CR-5597. Vodík unikal z tlakové nádoby reaktoru a hromadil se ve vrchním patře budovy. Po dosažení výbušné koncentrace došlo k jeho explozi a hoření, což se na bloku 1 stalo v 15:36 den po havárii. Výbuch vážně poničil vrchní patro a rozmetal trosky do širokého okolí, což dále zkomplikovalo snahy o zvládnutí havárie. Výbuch také narušil těsnost vrchního patra na bloku 2, proto v něm nedocházelo k hromadění vodíku a následnému výbuchu.
Postupem času došlo k obnažování a tavení paliva i na bloku 2 a následně i na bloku 3. Na bloku 4 k poškození aktivní zóny nedošlo, neboť v ní nebylo žádné palivo. K výbuchu na bloku 3 došlo stejným způsobem jako na bloku 1. Také na bloku 4 došlo k explozi vodíku, protože ten se k němu dostal z bloku 3, který s blokem 4 sdílí odvětrávací system SGTS (Stand-by Gas Treatment System).
Chlazení požárními cisternami a stabilizace havárie Po ztrátě všech dostupných systémů chlazení se na jednotlivých blocích započalo se vstřikováním vody do tlakové nádoby reaktoru pomocí požárních cisteren. Aby bylo možné tohoto vstřikování docílit, museli operátoři složitě odtlakovat reaktor, čímž se dále zvyšovalo množství uniklých štěpných produktů. Nejdříve se do reaktoru dodávala slaná voda, která se při první příležitosti nahradila sladkovodní vodou. Tento způsob chlazení se používal do té doby, než se podařilo získat elektrické napájení, k čemuž došlo 22. března.
V prosinci 2011 došlo u všech reaktorů k dosažení stavu, při kterém je teplota v tlakové nádobě reaktoru pod 100 °C a únik štěpných produktů do atmosféry tak byl již minimální. Takovýto stav se nazývá studená odstávka („cold shut-down“). Bloky 5 a 6 byly již v době zemětřesení ve stavu studené odstávky a havárii se na nich přes počáteční problémy podařilo zvládnout bez poškození reaktorů.
náhled|vlevo|upright=1.5|Únik vysoce radioaktivní vody přes podzemní tunely – v místě 3 ucpání vodním sklem Unikající voda z jímky
V jedné z jímek, v nichž se zachycuje radioaktivní voda unikající z reaktoru č. 2, se 2. dubna objevila trhlina. Následovaly neúspěšné pokusy o ucpání praskliny betonem a polymery. Nakonec bylo úspěšně použito až tzv. tekuté sklo. Tím se podařilo zastavit unikání vysoce radioaktivní vody přímo do Tichého oceánu. Přibližně ve stejné době bylo do oceánu řízeně vypuštěno 11 500 tun mírně radioaktivní vody, aby se uvolnily prostory pro skladování vysoce radioaktivní vody unikající z reaktorů do okolních budov.
V roce 2013 japonská vláda přiznala, že do Tichého oceánu uniká každý den kolem 300 tun vysoce radioaktivní vody.
Likvidace elektrárny
náhled|upright=1.35|Příklad likvidace elektrárny – obdobně plánovaná také na JE Fukušima I
Vzhledem k tomu, že při chlazení přehřátých reaktorů byla použita mořská voda, došlo k poškození chladicích systémů. Navíc v několika reaktorech došlo k roztavení paliva. Japonský premiér Naoto Kan prohlásil, že elektrárnu bude potřeba odstranit. Japonsko již požádalo o pomoc s odstraňováním následků havárie francouzské jaderné korporace Areva a EDF a je možné, že do prací budou zapojeni i odborníci z jiných států. Poradce premiéra Keniči Macumoto sdělil 13. dubna 2011 médiím, že podle odhadu bude 20 let nejbližší okolí elektrárny neobyvatelné. Japonská vláda však toto prohlášení záhy dementovala.Vláda již netvrdí, že okolí Fukušimy bude neobyvatelné až 20 let
Dochází také k odstraňování palivových souborů z bazénu pro vyhořelé palivo na bloku 4. Aktuální stav je možno sledovat na stránkách TEPCO. Dále probíhají snahy o zastavení úniků podzemní radioaktivní vody do oceánu.METI "FAQ on the Contaminated Water Issue" září 2014 [Citace: 29. prosinec 2014.]
V únoru 2021 proběhlo další zemětřesení a byl zaznamenán zvýšený únik chladicí vody.
Jaderné palivo z roztaveného reaktoru by se mělo začít odstraňovat v roce 2021. Radioaktivní voda uniklá z poškozených reaktorů musí být uložená ve velkých nádržích, ale limity pro množství zachycené vody budou překročeny v roce 2022. Zvažuje se proto možnost, že se kontaminovaná voda bude vypouštět kontrolovaně do oceánu. Likvidace jaderného komplexu potrvá podle odhadů nejméně dalších 30-40 let.
Následky havárie Únik štěpných produktů a dopady na životní prostředí
náhled|vlevo|upright=1.35|Radiační dávka v okolí JE Fukušima I; 100 rem = 1 Sv