Đại địa chấn và sóng thần phía đông Nhật Bản 1200km từ chấn tâm - Chương 2: Khủng hoảng hạt nhân tại nhà máy điện nguyên từ Fukushima 1 - Hà Ngọc Tuấn

Nội dung text: Đại địa chấn và sóng thần phía đông Nhật Bản 1200km từ chấn tâm - Chương 2: Khủng hoảng hạt nhân tại nhà máy điện nguyên từ Fukushima 1 - Hà Ngọc Tuấn

1. Chương 2 Khủng hoảng hạt nhân tại nhà máy điện nguyên tử Fukushima 1 Tôi bắt tay vào chương này vào sáng nay 16 tháng 3 năm 2011. Tại thời điểm này khủng hoảng hạt nhân tại nhà máy Fukushima daiichi (Fukushima thứ nhất) vẫn đang tiếp diễn. Tuy nhiên thời gian đang đứng về phía con người, sự căng thẳng vẫn tiếp diễn trong vài ngày tới nhưng tôi tin rằng mọi việc sẽ ổn thỏa. Trong phần này tôi xin giải thích diễn biến, cơ chế khủng hoảng và lý do vì sao tôi có niềm tin như vậy. 2.1 Sơ lược về nhà máy điện nguyên tử Fukushima Hôm qua bốn ngày sau trận động đất tôi đã có được trong tay bản copy giới thiệu nguyên lý nhà máy điện nguyên tử Fukushima 1 và 2. Tất nhiên vì đây là nhà máy điện nguyên tử thiết kế cũng như thông tin chi tiết không thể dễ dàng có được. Vì thế mấy chuyên gia về điện hạt nhân của công ty điện lực ở niềm nam nước Nhật mà tôi biết xúm vào mở bản vẽ xem xét với khuôn mặt đầy lo lắng, nhưng lại là thiết kế của "nhà mình" không phải của điện lực Tokyo. Dù sao những thông số chính biết được cũng vẫn hơn. Ít nhất chúng ta biết rằng nhà máy Fukushima 1 hiện đang trong tình trạng căng thẳng thuộc thế hệ đầu tiên của ngành năng lượng hạt nhân của Nhật. Nó được xây dựng và đưa tổ máy số 1 vào vận hành vào tháng 3 năm 1971, chỉ hơn tôi có vài tháng tuổi và với tuổi đời này người ta vẫn nghĩ có thể mọi thứ đã hết hạn sử dụng. Thực tế thì không phải như vậy! 40 đến 50 năm là tuổi đời thiết kế của nhà máy điện nguyên tử. Trong thực tế nó không phải y như thế 40 năm qua. Nhà máy điện nguyên tử như thế này qua rất nhiều lần bảo dưỡng kiểm tra định kỳ theo qui định nghiêm ngặt của Nhật. Có lẽ chỉ các kết cấu bê tông cốt thép và phần lò phản ứng là không thay đổi tất cả các hệ thống khác liên quan đến vận hành và an toàn nhà máy đã được thay bởi thế hệ thiết bị mới chế tạo trong 40 năm qua. Loại lò sử dụng trong nhà máy này là Boiling Water Reactor (BWR) hay có thể tạm gọi là lò phản ứng nước sôi. Các nhà máy của điện lực Tokyo (TEPCO) sử dụng loại lò này. Một loại lò khác cũng được sử dụng ở Nhật là Pressurized water reactors (PWR) hay gọi là Lò áp lực nước. Bảng 2.1: Nhà máy điện nguyên tử Fukushima 1 Unit 1 Unit 2 Unit 3 Unit 4 Unit 5 Unit 6 Start Operation 3-1971 7-1974 3-1976 10-1978 4-1978 10-1979 Capacity (MW) 460 784 784 784 784 1100 Plant Maker GE GE/Toshiba Toshiba Hitachi Toshiba GE/Toshiba Bảng 2.1 cho thấy Fukushima 1 có 6 tổ máy với tổng công suất lên đến 4696MW gần 3 lần công 13
2. suất nhà máy thủy điện Hòa Bình của chúng ta. Tổ máy đầu tiên do General Electric (GE) sản xuất nhưng sau đó người Nhật đã tự chế tạo được lò cho mình. Toshiba là hãng có lịch sử gắn bó lâu dài với điện lực Tokyo và họ cung cấp lò cho hãng này. 2.2 Diễn biến của khủng hoảng Fukushima Khủng hoảng nhà máy điện nguyên tử Fukushima 1 và 2 có thể nói là duy nhất. Vì cùng một lúc người ta gặp vấn đề với hai nhà máy với nhiều lò phản ứng, nhiều hiện tượng sự cố cùng lúc và ngay cả trong lúc xử lý sự cố vẫn phải hứng chịu dư chấn liên tục. Có thể nói sự cố điện nguyên tử này dù không gây ra thảm họa nhiễm xạ trên diện rộng (và tôi tin chắc là như thế) sẽ viết một trang mới cho các bài học về hệ thống an toàn điện nguyên tử cũng như xử lý trong tình trạng khẩn cấp mà trong đó tên tuổi các kỹ sư và nhân viên vận hành nhà máy Fukushima sẽ được ghi tên vào lịch sử. Cho đến thời điểm này 13:00 ngày 16 tháng 3 các lò phản ứng ở nhà máy Fukushima 2 đã tạm thời ổn thỏa. Riêng đối phó sự cố ở Fukushima 1 vẫn chưa chấm dứt thậm chí vấn đề hoàn toàn không dự báo được như việc hỏa hoạn ở lò số 4 nơi đang dừng hoạt động để kiểm tra định kỳ xảy ra. Dưới đây là tóm tắt toàn bộ diễn biến ở nhà máy Fukushima mà tôi sẽ tập trung vào phân tích để thấy được bức tranh của khủng hoảng nguyên tử này. Timeline Thứ Sáu 11 tháng 3 • Trước 14:46 các lò số 1,2 và 3 đang hoạt động, lò sô 4,5 và 6 đang dừng để kiểm tra định kỳ. Trong đó nhiên liệu lò số 4 đã được đưa ra khỏi lò vào bể nhiên liệu • 14:46 Động đất 9.0R xảy ra. Ngay lập tức các thiết bị đo gia tốc đo được chấn động này và tín hiệu được phát ra để dừng lò tự động. Tất cả các lò đang hoạt động đã dừng hoạt động ngay lúc này. Đây là điểm khác biệt đầu tiên giữa sự cố này với thảm họa xảy ra ở nhà máy Chernobyl vào 26 tháng 4 năm 1986. Khi đó các kỹ sư Xô Viết đã không dừng được lò phản ứng thậm trí quá trình phản ứng đã tăng vọt ngoài tầm kiểm soát sau vụ vận hành thí nghiệm với kết quả thất bại thảm hại là vụ nổ lò phản ứng số 4 của nhà máy này. • 16:00 Cơ quan an toàn nguyên tử Nhật Bản (JNISA)thiết lập ủy ban tình trạng khẩn cấp và thu thập thông tin từ 56 lò phản ứng trên toàn lãnh thổ Nhật • 16:00 Thủ tướng Nhật Bản ban bố tình trạng khẩn cấp liên quan đến năng lượng nguyên tử • 21:00 Lệnh sơ tán trong vòng bán kính 3km, và người dân trong vòng bán kính 10km được khuyên không ra ngoài. Lúc này máy phát điện dự phòng khẩn cấp đã hỏng khiến hệ thống làm mát lò không làm việc. Áp suất trong lò phản ứng tăng 2 lần so với bình thường. Thứ bảy 12 tháng 3 • 4:30 Tình trạng khẩn cấp được công bố cho nhà máy Fukushima 1 được ban bố • 5:30 Để giảm áp suất trong lò phản ứng quyết định xả một lượng khí trong lo được chấp nhận. Điều này đồng nghĩa với chấp nhận xả một lượng phóng xạ dù nhỏ vào không gian của nhà chứa lò phản ứng. • 10:09 Để giảm áp trong tổ máy 1, một lượng khí nhất định được xả ra ngoài. Phóng xạ phát tán ra môi trường dù lượng là rất nhỏ. 14
3. • 10:58 Lò số 2 có áp suất cao. Chấp nhận xả một lượng khí ra môi trường để duy trì an toàn lò. • 15:30 Quyết định sơ tán dân cư ra khỏi bán kính 10km. • 15:36 Phát nổ tại nhà chứa lò số 1. Kết cấu bao bị thổi tung chỉ còn lại khung thép phía trên nhà lò này. 4 nhân viên trong nhà máy bị thương. • 20:00 Nguyên nhân vụ nổ được tuyên bố là do phản ứng giữa hydro (hydrogen) và ô-xi (oxigen). Nhưng vụ nổ không làm ảnh hưởng đến thùng lò (pressure vessel, containment vessel) lá chắn quan trọng nhất bảo vệ phóng xạ khỏi rò rỉ ồ ạt ra môi trường. • 20:40 Lệnh di tản ra khỏi bán kính 20km được ban bố. Chủ Nhật 13 tháng 3 • 05:10 Tuyên bố cấp thảm họa 4 theo thang INEL cho Fukushima 1. Thảm họa có ảnh hưởng cục bộ. Tôi sẽ quay lại nội dung này ở phần bàn đến mức độ thảm họa sau. • Tại nhà máy Fukushima 2 tổ máy số 3 làm nguội an toàn. Các tổ máy 1,2 và 4 được cấp nguồn từ bên ngoài để vận hành hệ thống làm mát. Ở mức độ nhất định Fukushima 2 đã an toàn từ lúc này tuy nhiên chúng ta mất một cán bộ vận hành do tai nạn cần cẩu. Phải nhấn mạnh rằng tai nạn thông thường rất dễ xảy ra trong những tình huống thế này vì họ phải làm việc trong lúc tâm trạng bất an cao và dễ mất tập trung. Thứ hai 14 tháng 3 • 11:15 Đúng như lo ngại trước đó toàn nhà chứa tổ máy số 3 phát nổ. Bản chất vụ nổ, giống như ở lò số 1, là phản ứng hóa học. Cũng như tổ số 1 thùng lò phản ứng vẫn nguyên vẹn không hư hỏng. • 13:15 Hệ thống làm mát ở lò số 1 được phục hồi. • 21:00 Mực nước làm mát trong lò số 2 giảm. Một phần trên các thanh nhiên liệu đang nóng rực không còn ngập nước. Mất hoàn toàn điều khiển cả hai hệ thống làm mát. Quyết định bơm nước biển bằng các máy bơm bên ngoài vào lõi lò. Quyết định này cho thấy an toàn đã được đặt ưu tiên lên hàng đầu.TEPCO chấp nhận mất lò phản ứng khi bơm nước biển vào như vậy. Phản ứng ăn mòn sẽ phá hỏng hoàn toàn lò này. • 23:20 Lò số 2 lại mất nước, các thanh nhiên liệu không ngập hết do mực nước lò giảm. Trục trặc này do lỗi vận hành khi van khí bị đóng khiến việc bơm nước biển vào lò không thực hiện được. Thứ ba 15 tháng 3 • 6:14 Có phát nổ, mái nhà lò số 4 bị hư hỏng. Sau đó người ta đoán rằng vụ nổ tại nhà lò số 3 trước đó gây ra hỏng hóc này. Tuy nhiên lo ngại lớn hơn là người ta nghi ngờ một phần của thùng lò (pressure vessel) chiếc áo giáp quan trọng ở tổ máy số 2 có thể bị hỏng. Nồng độ phóng xạ tăng 8 lần so với nồng độ tự nhiên. TEPCO nói có thể các thanh niên liệu đã bị nóng chảy. • 9:40 Cháy ở tòa nhà tổ máy số 4 nơi tổ máy hoàn toàn không hoạt động và nhiên liệu không nạp trong lò. Đây là điều mà tôi thấy bất ngờ nhất trong chuỗi sự kiện. Do một nguyên nhân nào đó mà các thanh nhiên liệu đã qua sử dụng để dưới bể chứa phát nhiệt. Đây cũng chỉ là phỏng đoán, các báo cáo chi tiết sau này sẽ cho lời giải thích khoa học của sự kiện này. Đến thời điểm này nồng độ phóng xạ tăng nhanh. TEPCO quyết định rút người khỏi hiện trường chỉ để lại 50 nhân viên cho công tác bơm nước làm lạnh lò phản ứng. 15
4. • 13:35 Vùng cấm bay được thiết lập trong vòng bán kính 30km. Các ống kính NHK chỉ có thể theo dõi nhà máy từ cự lý lớn hơn 30km. • 16:09 Cháy xuất hiện ở bể chứa nhiên liệu qua sử dụng như vậy nước làm mát trong bể này có thể đã sôi và phóng xạ bị phát tán ra môi trường do bể này nằm hoàn toàn bên ngoài lá chắn chống phát tán phóng xạ là thùng lò hay pressure vessel. Phóng xạ rò rỉ trong một kịch bản như thế này là hoàn toàn bất ngờ. Đám cháy được dập 1 giờ sau đó. Thứ tư 16 tháng 3 • 5:45 NHK quay được đám cháy ở lò số 4 bằng ống kính từ xa. Các vệ tinh cũng xác nhận được điều này. Đám cháy theo nhân viên vận hành bốc lên từ vị trí cháy hôm qua. • 7:30 Di tản hoàn toàn người trong bán kính 20km trước đó trên truyền hình thông báo còn một số người vẫn chưa ra khỏi bán kính này. • 9:00 Đám cháy trong tòa nhà tổ máy 4 được dập tắt. • 10:46 Khói trắng bay ra khỏi tổ máy số 3 trong vòng 45 phút. • 11:36 50 cán bộ vận hành cuối cùng được lệnh rút khỏi nhà máy do nồng độ phóng xạ lên đến mức nguy hiểm. Nhưng sau đó 1 giờ họ đã quay lại điều khiển nhà máy khi nồng độ này giảm xuống. Trong hoàn cảnh nồng độ phóng xạ có nguy cơ ảnh hưởng đến sức khỏe như vậy nhân viên vận hành phải mặc đồ bảo hộ kín hoàn toàn tránh nhiễm xạ ngoài và trong nội tạng cơ thể. • 11:40 Ông Edano (Chief cabinet secretary) nhận định khói trắng là hơi nước có thể chứa phóng xạ bốc lên từ tòa nhà tổ máy số 3. Cho đến lúc này 15:46 phút tổng thể tình hình như sau. • Nhiên liệu: các lò 1,2 và 3 bị nóng chảy và hỏng lần lượt là 70%, 33%, 100% • Độ kín tổng thể: lò 1 an toàn, lò 2 và 3 nghi bị hư hỏng một phần • Quá trình làm nguội: nước biển được bơm liên tục vào lõi lò phản ứng 1,2 và 3 • Áp lực thùng lò: lò 1 và 3 ổn định, lò 2 có áp lực biến thiên. Áp lực thay đổi trong thùng lò là điều đáng lo ngại vì điều đó chứng tỏ rằng lò có thể đã bị "thủng" ở đâu đó làm cho áp lực thay đổi. Như vậy cuộc chạy đua với khủng hoảng chưa kết thúc nhưng theo dõi những gì diễn ra cho đến giờ phút này một lần nữa tôi thêm tự tin rằng thời gian đang ủng hộ con người. Ít nhất nhiệt trong các lò phản ứng đang trong tầm kiểm soát. 50 con người dũng cảm vẫn tại vị trí làm việc.Vị giám đốc nhà máy Fukushima vẫn trong tư thế lãnh đạo toàn bộ cuộc chạy đua với áp suất, nhiệt độ mà công cụ là nước biển này. Đoàn cán bộ chính phủ từ bộ Kinh Tế Công Thương Nhật bản (METI) có mặt thường trực tại trung tâm đầu não của TEPCO ở Tokyo để cùng họ ra những quyết định quan trọng. Nội các của thủ tướng Kan đoàn kết và bình tĩnh. Toàn thể người dân Nhật cũng vậy họ kiên nhẫn tuân thủ lệnh chính phủ không hốt hoảng hay kêu ca một lời nào. 16
5. Hình 2.1: Nhiên liệu và lò phản ứng 2.3 Giải thích nguyên nhân sự cố Câu trả lời tất nhiên là do động đất và sóng thần. Dù được thiết kế từ hơn 40 năm trước hai nhà máy điện Fukushima 1 và 2 được thiết kế động đất ở mức cao nhưng không phải cho một trận 9.0 thế này. Nhưng một câu trả lời như thế sẽ không làm thỏa mãn bất cứ ai đang chứng kiến thảm họa. Ít nhất những câu hỏi như vì sao lò đã dừng mà xảy ra cháy nổ? Hỏng hệ thống nào mà không làm mát được lò? Liệu nổ như vậy phóng xạ có nguy hiểm không và nếu có nguy hiểm tới mức nào? Cuối cùng chuyện này sẽ đi đến đâu là những điều nhiều người muốn biết. Để trả lời được phần nào những câu hỏi trên tôi thấy cần phải nói qua về cấu tạo và nguyên lý vận hành của lò phản ứng nhà máy Fukushima này. 2.3.1 Nhiên liệu sử dụng Nhiên liệu của lò phản ứng hạt nhân là chất uran (uranium). Khoáng uran thiên nhiên sẽ được tinh chế để làm ra thỏi nhiên liệu (pelet) như thấy ở Hình 2.1. Kích thước thỏi hình trụ này là 10x10mm nặng khoảng 10gram với thành phần gồm uranium 235 và 238 trộn với tỷ lệ thích hợp. U235 là loại "dễ cháy" còn U238 là loại "khó cháy" hơn. 350 thỏi nhiên liệu này được nhồi vào một thanh nhiên liệu (fuel rod). Các thanh này được chế tạo bằng Zircaloy chất có nhiệt độ nóng chảy 12000C.Nhiệt độ nóng chảy của thỏi nhiên liệu là 17
6. Hình 2.2: Nguyên lý vận hành 20000C, cao hơn nhiệt độ cái vỏ đựng chúng. Các thanh nhiên liệu lại được bó thành bó nhiên liệu (fuel assembly). Rồi các bó nhiên liệu được đưa vào lò phản ứng(Reactor). Chẳng hạn ở tổ máy số 1 của Fukushima 1 có 400 bó nhiên liệu như vậy. Ngoài các bó nhiên liệu người ta còn đưa vào lõi lò các thanh điều khiển (control rod). Những thanh này làm bằng chất Boron có tính chất có thể "bắt" được các nơ tơ rôn (neutron)là tác nhân gây ra phản ứng hạt nhân dây truyền (chain reactor). Dùng thanh này người ta có thể kiểm soát được mức độ phản ứng cũng như dừng hoàn toàn phản ứng trong lò. 2.3.2 Nguyên lý vận hành nhà máy nguyên tử Hình 2.2 là sơ đồ nguyên lý nhà máy Fukushima 1 mà tôi cắt dán vội vàng vào đây. Các bó nhiên liệu được đưa vào lò để khởi động phát điện khi đó người ta sẽ cho quá trình phản ứng dây chuyền có kiểm soát (giảm tốc độ và khống chế lượng neutron) diễn ra trong lò. Phản ứng dây chuyền xảy ra khi các hạt neutron bắn phá vào các nguyên tử uran 235. Mỗi hạt neutron bắn vào một nguyên tử U235 sẽ khiến nó phân hạch tức là vỡ ra thành các nguyên tử nhẹ hơn và là sản phẩm của phản ứng dây chuyền (fission products). Quá trình này phát sinh ra nhiệt và sinh ra 2 neutron. Người ta sẽ dùng thanh điều khiển nói trên để "bắt" một neutron vừa phát sinh như vậy lượng neutron trong lò sẽ không đổi. Đây là điểm khác biệt căn bản giữa một quả bom nguyên tử và lò phản ứng nguyên tử. Ở vụ nổ nguyên tử sự phát sinh theo cấp số nhân của neutron trong phản ứng sẽ nhanh chóng sinh ra một phản ứng dây truyền không kiểm soát và lượng nhiệt khổng lồ trong dây lát. Một phản ứng có kiểm soát sẽ sinh lượng nhiệt như ý muốn của con người. Ngay cả vụ nổ ở nhà máy Chernobyl phá tung lò và tổ máy số 4 cũng không phải là vụ nổ nguyên tử đó là một vụ nổ do áp suất khí trong lò quá cao giống như nổ lò hơi. Khi "đốt" lò như thế nhiệt sẽ giải phóng xung quanh các thanh nhiên liệu. Người ta bơm nước vào lò để "đun". Nước có nhiệt độ và áp suất cao sẽ được chuyển thành hơi đẫn theo ống để "thổi" tuốc bin phát điện. Sau đó nước này được ngưng tụ bằng một hệ thống làm lạnh dùng nước biển và lại quay lại tâm lò trong một vòng tuần hoàn kín để không cho phóng xạ lọt ra ngoài. Về nguyên tắc một nhà máy nhiệt điện thông thường và một nhà máy điện nguyên tử có nguyên lý vận hành như nhau chỉ khác ở chỗ là đun bằng "bếp" than hay "bếp" nguyên tử mà thôi. Xin nhắc lại là quá trình phản ứng sinh ra các sản phẩm là các chất phóng xạ. Đây là điểm căn 18
7. bản giải thích vì sao sau khi "tắt" lò vẫn nóng. Khi tắt lò thông thường hoặc do sự cố người ta sẽ đưa tất cả các thanh kiểm soát vào tâm lò khi đó phản ứng sẽ ngừng và không có nhiệt sinh ra từ phản ứng dây truyền nữa. Tuy nhiên các sản phẩm phản ứng là các chất phóng xạ (cesium và iodine là ví dụ) sinh ra do "đốt" lò vẫn tiếp tục quá trình phân rã phóng xạ (Radioactive decay). Phân rã phóng xạ là quá trình các chất phóng xạ giải phóng các hạt alpha, beta, gamma, neutron vv để biến thành các vật chất ổn định hơn. Như vậy ngay cả khi đã "tắt" lò phản ứng không thể nguội ngay còn khoảng 7% lượng nhiệt dư do phân rã phóng xạ vẫn xảy ra. Như vậy hai bước quan trọng khi dừng lò là "tắt" lò và làm nguội. Điều này cần thiết cả với việc bạn làm barbecue khi đi picnic. Nhớ dội nước vào than hồng sau khi nướng thịt không là cháy rừng đấy! 2.3.3 Nguyên lý an toàn Bài học mang tính giáo khoa cho thiết kế nhà máy nguyên tử là bảo vệ 5 lớp. Hình 2.1 và 2.2 có thể dùng để mô tả 5 lớp bảo vệ đó. • Lớp 1: thỏi nhiên liệu (pellet) được chế tạo nén cứng để các chất phóng xạ phát sinh luôn bị "nhốt" trong các thỏi này. • Lớp 2: thanh nhiên liệu (fuel rod) có chức năng như vỏ kín "nhốt" các chất phóng xạ và khí phát sinh khi nó thoát ra khỏi các thỏi nhiên liệu. • Lớp 3: Lò phản ứng (reactor). Là một cái "nồi" thép có vỏ dày 16cm bằng kim loại. Lò này ngăn các chất phóng xạ thoát ra ngoài khi phóng xạ thoát ra từ các thanh nhiên liệu. • Lớp 4: Thùng lò (pressure vessel) làm bằng kim loại có vỏ dày 3cm. Trong trường hợp xấu nhất khi lò phản ứng "vỡ" thùng lò sẽ ngăn phóng xạ ra ngoài. • Lớp 5: Vỏ bê tông cốt thép. Đây là kết cấu bê tông cốt thép có bề dày 1.5m. nó được thiết kế với một mục đích duy nhất là khi tất cả thành phần kim loại nằm trong nó chảy ra trong một sự cố nóng chảy lò giống như ở nhà máy Three Mile Island vào tháng 3 năm 1979 thì phóng xạ vẫn bị "nhốt" trong vỏ này. Trên thực tế ở nhà máy Fukushima 1 chúng ta còn có một lớp "áo" ngoài cùng là nhà lò. Kết cấu này chỉ có mục đích che các kết cấu bên trong khỏi tác động của thời tiết. Nhưng cũng cần nhấn mạnh rằng nó là kết cấu "kín bưng". Hai vụ nổ ở tổ máy số 1 và số 3 ở nhà máy Fukushima 1 đều xảy ra ở lớp ngoài cùng này. Các vụ nổ đó chưa làm ảnh hưởng đến lớp phòng vệ bên trong. Nếu xem xét như trên thì chúng ta thấy vấn đề ở Fukushima 1 chưa đến mức nghiêm trọng và qui mô của vấn đề khó có thể lớn hơn được nữa. Theo thang đo INES(International Nuclear and Radiological Event Scale) của cơ quan năng lượng nguyên tử Quốc tế sự cố này có cấp 4 trong thang 7 cấp, tức là sự cố có tính chất cục bộ. Cần nhắc đến là Chernobyl là sự cố có mức rất nghiêm trọng lớn nhất từ trước tới nay và xếp vào cấp 7. Cấp 6 là sự cố nghiêm trọng. Cấp 5 là sự cố có diện rộng trong thang đo này. 2.3.4 Trục trặc ở hệ thống làm mát lò ở Fukushima Một nhà máy điện nguyên tử như Fukushima được thiết kế chống động đất và tính toán đến ảnh hưởng của sóng thần rất tốt. Nó cũng được trang bị không phải một mà là nhiều hệ thống làm mát với nguyên lý làm việc khác nhau độc lập với nhau cùng với các nguồn điện độc lập. Nhiều kịch bản về sự cố được xây dựng để có các thủ tục đối phó. Có thể bạn cảm thấy thật đáng lo ngại và không thể tưởng tượng khi các thanh nhiên liệu nóng chảy trong các lò phản ứng ở nhà máy Fukushima nhưng với những cán bộ vận hành nhà máy tình huống này được nhắc đến hàng ngày và họ cũng 19
8. thao tác nhiều lần thành thục những bước cần làm trong một sự kiện như thế. Kịch bản ở Fukushima chính vì thế không mới. Điều bất ngờ là sóng thần quá lớn đã phá hỏng các máy phát điện dự phòng diezen nguồn năng lượng huyết mạch cho công tác làm lạnh. Trên thực tế các máy Diezen ở nhà máy Fukushima đều làm việc ngay những phút đầu tiên khi nhà máy mất điện lưới do động đất gây ra. Chúng hoạt động tốt cho đến khi sóng thần ập đến. Dù thế không có nghĩa là mất hết nguồn điện. Mọi chuyện không đơn giản như thế! Các nhà thiết kế cũng đã tính cả đến khả năng này và họ đặt một nguồn điện khác trong vỏ lò nơi sóng thần không thể đến được. Nguồn này là pin có khả năng duy trì năng lượng cho các máy bơm của hệ thống làm mát lò trong 8 giờ với tính toán rằng với từng đó thời gian các nguồn cấp điện di động đã được vận chuyển đến nhà máy qua đường bộ. Và tính toán này diễn ra đúng kịch bản các pin này đã làm việc như thiết kế. Tuy nhiên kịch bản bị vỡ ở một điểm là các xe phát điện di động của TEPCO không thể đến hiện trường sớm như dự tính. Bạn biết vì sao rồi đó. Làm gì còn đường xá cầu cống qua cơn sóng thần vừa rồi đó là cái không tính được!. Nhưng họ vẫn đã đến chỉ có điều đến muộn. Và giống như bất kỳ vụ đến muộn nào khác sẽ có ai đó tức giận đến đỏ mặt. Nhiên liệu trong các lò không được làm mát do mất nguồn điện đã làm nước trong lò sôi lên bốc hơi và áp suất trong các lò đã tăng lên hơn nhiều so với thiết kế. Đến muộn là thế lần sau hẹn hò bạn nhớ đến sớm hơn dù thời tiết như thế nào đi chăng nữa! 2.3.5 Nổ do phản ứng hóa học Do không kịp bơm nước vào tâm lò để làm lạnh do mất nguồn điện cho hệ thống bơm nhiệt trong lò làm nước bốc hơi trong lò. Mực nước trong lò hạ xuống làm các thanh nhiên liệu không còn ngập hết trong nước nữa. Bên ngoài khu vực nhà máy lúc này đã phát hiện ra sự có mặt của sản phẩm phản ứng trong lò bao gồm các chất cesium (Cs) và iodine (I). Điều này là cơ sở để phán đoán rằng nhiệt độ nhiên liệu đang rất cao vì các chất trên trong nhiên liệu đã bốc hơi và giải phóng ra ngoài khi nhóm vận hành buộc phải xả khí ra ngoài để bào vệ lò. Nếu như vậy nhiệt độ có thể cao hơn 20000C vì nhiên liệu chỉ nóng chảy khi nhiệt độ đạt mức này. Điều này đồng nghĩa là vỏ của thanh nhiên liệu đã nóng chảy. Zircaloy nóng chảy dưới xúc tác của môi trường nước nhiệt độ cao trong lò đã gây ra phản ứng sinh ra hydro (hydrogen). Việc Hydro sinh ra không nằm ngoài dự đoán chỉ có điều do độ tin cậy của các thiết bị đo mực không được khẳng định, tổng lượng hydro phát sinh là bao nhiêu không nắm được. Hơn thế nữa việc xả khí trong lò ra là bất khả kháng vì rủi ro nổ lò là không thể chấp nhận được bởi khi đó phóng xạ sẽ ồ ạt tràn ra môi trường. Khí được xả ra không gian nhà lò, nơi như nói trên là không gian được thiết kế kín với mục đích chống rò rỉ bất kỳ khí nào từ trong lò xả ra. Hydro nhẹ sẽ bốc lên trần nhà lò tích tụ ở đấy tới khi nồng độ của nó đạt mức tới hạn. Khi đó hydro sẽ phản ứng với ô-xi trong không khí phát nổ. Hai cú nổ do phản ứng này đã thổi tung mái nhà lò số 1 và số 3 của nhà máy Fukushima 1 có cơ chế như vừa giải thích trên đây. Cũng cần nói thêm rằng trong lò phản ứng không có ô-xi cho nên không thể có phản ứng nổ như vậy và như đã nhắc đến ở trên vụ nổ không làm hư hại đến thùng lò như đã khẳng định bởi TEPCO. 2.3.6 Cháy do các thanh nhiên liệu đã qua sử dụng Diễn biến thảm họa ở Fukushima đã trở nên quá kịch tính khi ngay cả tổ máy đang dừng hoạt động từ trước động đất cũng bốc cháy. Sau đó người ta phát hiện ra nguyên nhân của việc này là do nhiệt từ các thanh nhiên liệu đã qua sử dụng đang được ngâm trong các bể làm mát ở tầng 4 nhà lò. Mỗi một bể làm mát này có sức chứa khoảng 2000m3 nước ngâm trong đó là các bó nhiên liệu có chiều cao 4 m. Những bó này để dưới sâu đáy bể với mức nước ngập cao hơn nó chừng 20m. 20
9. Liệu hydro có phát sinh từ bể này do phản ứng tương tự như trong lò hay không chúng ta sẽ có lời giải thích sau này. Một điều chắc chắn nhiệt trong các bể này tăng cao và nước ở bể trong lò số 3 đã sôi lên trong gần một giờ đồng hồ vào hôm qua 16 tháng 3. So với sự kiện trong tâm lò sự kiện ở các bể làm nguội vật liệu này phức tạp hơn ở khía cạnh ngăn ngừa phóng xạ. Kịch bản xảy ra như ở các bể này có lẽ chưa bao giờ được đặt ra. Các thanh nhiên liệu qua sử dụng có các chất phóng xạ sản phẩm của phản ứng dây chuyền chúng phân rã sinh nhiệt và các tia phóng xạ trong khi đó chúng không nằm trong vỏ lò mà hoàn toàn bị lộ ra khí quyển lúc này do mái các tòa nhà lò đã bị phá hủy. Lý do gì dẫn đến sự tăng nhiệt ở các thanh nhiên liêu đã sử dụng trong các bể chứa là điều tôi cũng đang muốn biết nhưng tôi phán đoán rằng vụ nổ ở lò thứ 3 đã làm mất một lượng lớn nước trong bể của nó cũng như bể chứa ở lò số 4. Sau vụ nổ lò số 3 người ta phát hiện tòa nhà lò số 4 cũng bị tổn thất nghiêm trọng. 2.4 Nguy cơ và mức độ rò rỉ phóng xạ 2.4.1 Đơn vị đo nồng độ phóng xạ Đơn vị đo mức ảnh hưởng sinh học của phóng xạ ion hóa lên cơ thể con người được trình bày ở Hình 2.3. Những giải thích trực quan này có ở tất cả các tờ rơi giới thiệu nhà máy điện nguyên tử ở Nhật. Đơn vị đo liều (dose) phóng xạ vào cơ thể con người ở đây là Sv (đọc là Sievert). Các con số trong hình là mSv (milliSievert), 1/1000 của Sv, cho thấy một sô mức độ ảnh hưởng như sau: • Liều trên 7000 mSv là liều gây tử vong cho tất cả mọi người bị nhiễm xạ • Liều 3000 đến 5000 mSv gây tử vong 50% người bị nhiễm xạ • Liều 1000 mSv gây nôn mửa tại chỗ và là nguyên nhân ung thư về lâu dài • Liều 500 mSv sẽ gây ra hiện tượng giảm các tế bào limpho trong máu người • Liều 6.9 mSv là lượng nhiễm xạ sau một lần cắt lát CT khi kiểm tra sức khỏe • Liều 1.0 mSv là lượng nhiễm xạ tự nhiên từ phóng xạ mặt trời và đất đá thiên nhiên trong một năm • Một lần chụp X-quang sẽ có một liều 0.5 mSv Với những liều lượng phóng xạ nhỏ hơn người ta dùng microsievert (µSv) để biểu diễn. µSv nhỏ hơn mSv một ngàn lần (1mSv=1000µSv). Vì thế khi theo dõi các thông tin về nhiễm xạ trên các phương tiện chuyền thông ta nên chú ý đến các đơn vị sử dụng này để hiểu được mức độ nhiễm xạ ra môi trường. 2.4.2 Diễn biến rò rỉ phóng xạ Trong ngày đầu tiên trước khi lò số 1 phát nổ người ta đã đo được nồng độ phóng xạ trong khu vực nhà máy lên hơn một ngàn µSv. Nồng độ này biến thiên trong những ngày đầu tiên và là lý do cho lệnh di tản dân ra khỏi bán kính 3km được đưa ra như biện pháp phòng ngừa sớm. Hơn một ngàn µSv, tức là hơn 1 mSv là nồng độ hoàn toàn chưa có ảnh hưởng đến con người như thấy ở Hình 2.3. Có thể thấy rằng nồng độ này là do việc phóng xạ phát tán do việc xả hơi và khí trong lò để bảo vệ lò phản ứng. Mặc dù bộ lọc phóng xạ khi một thao tác xả khí như thế được thiết kế tốt một liều nhất định phóng xạ ra môi trường là không thể tránh khỏi. Tuy nhiên sau vụ nổ lò số 3 rồi sau đó vụ cháy phát hiện lò số 4 do các nhiên liệu đã qua sự dụng nồng độ phóng xạ đã tăng lên. Đặc biệt nồng độ này bị tăng vọt sau khi bể chứa nhiên liệu đã qua sử 21
10. Hình 2.3: Liều lượng phóng xạ và ảnh hưởng tới con người 22
11. dụng với gần 2000 tấn nước ở tầng 4 của lò số 3 sôi ùng ục tỏa một lượng bơi nước lớn lên trời đến mức ống kình NHK từ 30km có thể quay rõ đám hơi nước này. Từ việc sử dụng đơn vị microsievert ban tình trạng khẩn cấp đã thông báo với dân chúng nhật nồng độ bằng millisiverts chứng tỏ liều phóng xạ đã tăng lên cả ngàn lần so với ban đầu. Nồng độ lớn nhất đo được giữa hai tổ máy 2 và 3 là 400mSv. Với liều này các tế bào lympho trong máu người sẽ bị giảm đột ngột ảnh hưởng đến sức khỏe, tình hình đưa đến quyết định rút toàn bộ cán bộ vận hành khỏi nhà máy nhất thời khi đó. Vào lúc này 12:30 ngày 17 tháng 3 nồng độ nhiễm xạ tại khu vực nhà máy khoảng 3500 µSv (3.5 mSv) với nồng độ này quân đội Nhật Bản đã quyết định dùng trực thăng quân sự CH47 đổ nước từ trên cao để làm nguội các bể chứa nhiên liệu đã qua sử dụng ở lò số 3 và 4. Phi công được trang bị bảo hộ an toàn phóng xạ đeo máy đo nồng độ xạ cá nhân để tiến hành công việc này. Theo lãnh đạo của quân đội Nhật liều lượng qui định để chấm dứt nhiệm vụ này là 50 mSv, thực tế phi công đã đo được nồng độ khá cao ở một thời điểm là 80 mSv vì thế việc dội nước từ trên cao bằng trực thăng tạm dừng. Kiểm tra sức khỏe của phi công sau khi rời hiện trường cho thấy họ không bị nhiễm xạ sau nhiệm vụ vừa rồi. Sau phương pháp làm nguội bằng trực thăng, người ta đang cử các xe máy bơm áp lực cao đang đứng chờ cách nhà máy 20km tiếp cận các lò này để bơm trực tiếp bằng cần bơm. Phương pháp sẽ có hiệu quả hơn vì nước dễ bơm đến các vị trí mong muốn hơn so với cách trực thăng CH47 vừa thực hiện. Tới lúc này có thể thấy được nguy cơ nhiễm xạ phải đối diện hiện nay không phải từ trong lòng các lò phản ứng nơi mà áp suất nhiệt độ đã phần nào được kiểm soát. Tuy nhiên nhiệm vụ nặng nề phải thực hiện lại là cuộc chạy đua với nhiệt của các bể chứa nhiên liệu đã qua sử dụng. Nguy cơ nhiễm xạ ở mức độ nhất định là có nhưng con người vẫn đang nắm kiểm soát. Người Nhật đang chạy đua với thời gian sự tham gia của quân đội và cảnh sát sử dụng các phương tiện của họ đã giúp TEPCO một lần nữa thêm tự tin trong cuộc đấu cam go này. 2.5 Khủng hoảng sẽ đi đến đâu Có thể nói câu hỏi cho thì tương lai này không ai có thể trả lời chắc chắn được trong một tình huống như thế này. Rất nhiều người trên khắp thế giới lo lắng và cầu nguyện cho nước Nhật. Nhưng từ trong lòng nước Nhật với những thông tin cập nhật liên tục từng phút tôi có thể tin tưởng mà nói với độc giả rằng khủng hoảng sẽ đi đến kết thúc và Fukushima 1 sẽ nằm trong vòng kiểm soát hoàn toàn của con người. Với các lò phản ứng nước vẫn đang được bơm vào tâm lò liên tục. Chiều nay có khả năng TEPCO sẽ hồi phục được điện lưới về nhà máy và nếu như vậy tất cả các hệ thống làm lạnh sẽ trở lại làm việc. Với các bể chứa nhiên liệu qua sử dụng phương pháp làm lạnh ít nhất đã có giải pháp. Các xe máy bơm áp lực cao đang tiến sát về nhà máy theo tính toán những xe này sẽ bơm nước vào các bể chứa từ khoảng cách 50m với góc 30 độ như tính toán để đạt hiệu quả nhất cho việc cấp nước cho các bể chứa. Chỉ cần bể có nước các thanh nhiên liệu nguội đi phóng xạ sẽ chấm dứt. 23
12. Chương 3 Lời kết Xin kết thúc bài viết này khi mà khủng hoảng vẫn chưa kết thúc. Nhưng tôi tin rằng tôi sẽ không phải đính chính lại kết luận của bài viết này trong tương lai. Niềm tin này không chỉ có trong tôi mà có trong lòng nhiều người Nhật trong những ngày này. Cả nước Nhật vẫn bình tĩnh, không thấy hoảng loạn, kêu khóc, trộm cắp, hôi của. Người Nhật chia nhau cơm nắm để vượt khó, các cửa hàng giảm giá để khách hàng có đồ ăn thức uống. Công ty truyền thông cấp miễn phí các điện thoại vệ tinh cho công tác cứu trợ và tìm người thân. Viện trợ nhanh chóng tới các điểm lánh nạn trong vùng bị thiên tai. Quốc tế cũng đã có mặt để giúp nước Nhật đáng kể nhất là sự hiện diện của người Mỹ với tàu hàng không mẫu hạm Ronald Regan. Tổng thống Obama đã ngỏ ý gửi thêm tàu sân bay thứ hai đến Nhật, một động thái ngoại lệ trong ngoại giao Mỹ cho một cuộc cứu trợ thảm họa thiên nhiên. Sự có mặt của chiến hạm Mỹ đã có thể làm yên lòng chính phủ Nhật dù rất ít khả năng có chiến tranh do ngoại bang gây ra vào thời điểm này. Thủ tướng Kan vì thế đã ra lệnh cho quân đội tăng quân số tham gia cứu hộ từ 20000 người lên 100000 người. Như vậy sẽ có 10 người lính cứu và giúp đỡ khoảng 5 người bị nạn nếu như thống kê 15000 có thể chết và mất tích và 35000 người đang trong hoàn cảnh tỵ nạn là chính xác. Mỹ cũng đã quyết định cấp Global Hawk, thiết bị bay không người lái có thể chụp ảnh phân giải cao, cho người Nhật để chụp cụ thể ảnh ở các lò Fukushima 1 giúp cho việc đánh giá tình hình và biện pháp sử lý. Điện dù vẫn đang bị cắt luôn phiên nhưng trung tâm đầu não Tokyo đã dần dần quay lại hoạt động. Ngân hàng Nhật đã đưa ra một lượng tiền lớn để ổn định thị trường. Các nhà băng đã hồi phục lại hệ thống dịch vụ. Tàu cao tốc đã chạy Bác sỹ nói ngày mai có thể con gái tôi sẽ ra đời. Nước Nhật đang hồi sinh. 13:45 17 tháng 3 năm 2011, Fukuoka city, Japan 25