درسهايي از رآکتور فوکوشیما
حسن فتاحي.عضو هیئت تحریریه فصلنامه نقد کتاب علوم محض و کاربردي
اسفندماه سال ۱۳۸۹ در ژاپن اتفاق هولناکی رخ داد كه در پی زلزلهای با بزرگای ۹ به وقوع پیوست. ژاپن مانند 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 گرفته شده 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 غالبا 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 اینبار ارتفاع امواج 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 رآکتور شماره ۴ خالی از سوخت بود. رآکتورهای ۵ و ۶ هم خاموش و سرد بودند. رآکتورهای ۱، ۲ و ۳ هم در اثر زلزله بهطور خودکار خاموش شده و ژنراتورهای اضطراری برای فعالکردن پمپها و خنک نگهداشتن رآکتورها فعال شده بودند، اما وقتی امواج آبلرزه دیوارهای حفاظتی را پشتسر 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 ازکارافتادن پمپها کار خنکسازی رآکتور متوقف شد. بهاینترتیب دمای رآکتورها 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 بهدستآمده حاکی از آن بود که سوخت هستهای در سه رآکتور اول ذوب شده و روکش فلزی بالای ساختمان رآکتور در اثر انفجار هیدروژن از بین رفته است. انفجار باعث شده بود دستگاههای کنترل حرارت رآکتور شماره ۲ از کار بیفتند. رآکتور شماره ۴ هم آتش گرفته بود. از سوی دیگر میلههای سوخت هم که در استخر ۱ و ۴ نگه داشته میشدند، در اثر کمشدن آب استخر شروع به داغشدن کرده بودند. مقامات ژاپنی سطح حادثه را در ابتدا پنج اعلام کردند، اما بعدها آن را تا سطح هفت افزایش دادند. پس از حادثه هستهای رآکتورهای فوکوشیما، موضوع خنک نگهداشتن رآکتورهای هستهای پس از خاموششدن اهمیت ویژهای یافت. سؤال پیشروی متخصصان این بود: اگر قرار باشد در شرایط بحرانی از آب بهعنوان جاذب حرارت استفاده کنیم، مؤثرترین حالت آب کدام خواهد بود؟ گزینههای ما عبارتند از: آب تحت فشار، آب معمولی، یخ و بخار. در میان انواع مواد، آب دارای بیشترین ظرفیت گرمایی است و از بهترین مواد برای انتقال حرارت به شمار میرود. بخار آب هم مثل آب است، اما با چگالی کمتر، بنابراین نمیتواند بهتر از آب باشد. در بیشتر نیروگاهها برای بالابردن نقطه جوش آب، فشار درون مخزن تولید بخار بسیار بالاتر از فشار جو است. این کار نه بهخاطر بهبود ظرفیت گرمایی است، بلکه برای بالابردن نقطه جوش 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 به این ترتیب حاصل شده است برای هر یک درجه افزایش دما یک کالری گرما میگیرد. به بیان دیگر در شرایط متعارف آب صفردرجه تا به نقطه جوش برسد حدود صد کالری گرما میگیرد؛ بنابراین استفاده از یخ مؤثرترین راه برای جذب گرماست. هرچه 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 با هم قیاس کرد. البته ناگفته نماند که در 25 سال فاصله زمانی بین دو حادثه پیشرفتهای چشمگیری در صنعت هستهای و ایمنی رخ داده است. فوکوشیما درسهای خوبی برای کشور ما هم دارد که بهدرستی قدم در راه بهرهمندی از صنایع هستهای نهاده است.
