OLEG PETRASYUK/EPA-EFE
Lewis Blackburn, University of Sheffield
The catastrophic disaster at the Chernobyl Nuclear Power Plant in 1986 was caused by an explosion at the Reactor 4 Unit. This expelled a sizeable quantity of radioactive material into the surroundings, alongside a partial meltdown of the reactor core. The last few decades have seen substantial international efforts to safely contain and decontaminate the site, including the recent installation of the New Safe Confinement structure.
But Russian forces have now seized the site, along with the Zaporizhzhia nuclear power plant, as part of the ongoing conflict in Ukraine. Moreover, on March 9, Ukrainian authorities reported a power loss at Chernobyl, followed by a partial one at Zaporizhzhia.
Despite reassurances by the International Atomic Energy Agency (IAEA) that there is no imminent safety threat posed by the power isolation, it is important to understand the potential impact going forward.
When nuclear fuel is removed from the core of a reactor, it is redesignated as “spent” nuclear fuel and often treated as a waste product for disposal.
But fuel will continue to dissipate heat due to radioactive decay, even after being removed from the reactor core. It is therefore of foremost importance that the spent fuel material contained at the Chernobyl site is adequately and continuously cooled to prevent a release of radioactivity.
At Chernobyl, as well as other sites, standard procedures to safely handle such material involves placing the fuel into water-filled ponds, which shield the near-field environment from radiation. They also provide a medium for heat transfer from the fuel to the water via continuous circulation of fresh, cool water.
If circulation is compromised, such as the recent power shutdowns, the fuel will continue to emit heat. This can make the surrounding coolant water evaporate – leaving nothing to soak up the radiation from the fuel. It would therefore leak out to the surroundings.
In the case of Chernobyl, the spent fuel material has been out of the reactor for an adequate period of time and does not, therefore, require intensive cooling. However, the surrounding water could nevertheless be evaporated eventually if the power is not reinstated. This could, in turn, heighten the risk for an increased radiation dose uptake by the remaining site workers and beyond.
The remaining risks are mainly posed by the severely damaged Reactor 4 Unit, which contains sizeable quantities of a lava-like material, commonly referred to as “corium” (because it comes form the core). This is highly radioactive and its eventual disposal continues to present a substantial scientific and engineering challenge. It is therefore necessary that the continued operation of radiation monitoring and ventilation systems within the New Safe Confinement structure remain online.
At Zaporizhzhia, two out of six reactors are actually operating. The damaged power connection luckily affects a reactor that is currently shut down. This is undergoing repair – but it is difficult to get spare parts in the middle of the war.
Nervous wait
Despite assurances that there exist on-site reserves of diesel fuel that could feasibly provide back-up power for approximately 48 hours at Chernobyl, we don’t know how long the site will be without power. It should be reiterated, however, that IAEA have said there is no cause for immediate alarm. That’s because there is enough water in the spent fuel pools to avoid an accident. It may be months before the water is completely gone.
This is reassuring, but then the fighting in the region is reportedly already making it difficult to fix the power connection problem.
At Zaporizhzhia, the damaged power connection is undergoing repair – but it is difficult to get spare parts in the middle of a war. The fact that the reactor is shut down means it is not an immediate safety risk. But if power is cut to one of the operating reactors, paired with substantial damage to backup generators, this could result in meltdown in the worst case.
The safe dismantling, decontamination and decommissioning of the Chernobyl site is the collective aim of the global engineering community, yet estimates of completion range into the late 2060s. Clearly, the latest events events pose a serious threat to the ongoing decommissioning efforts in Ukraine.
Lewis Blackburn, EPSRC Doctoral Prize Fellow in Materials Science, University of Sheffield
This article is republished from The Conversation under a Creative Commons license. Read the original article.
Interruzioni elettriche di Chernobyl e Zaporizhzhia: attesa nervosa perché le centrali nucleari ucraine potrebbero iniziare a perdere radiazioni
traduzione robotizzata dall’inglese con google translator
Il catastrofico disastro alla centrale nucleare di Chernobyl nel 1986 è stato causato da un’esplosione presso l’unità Reactor 4. Ciò ha espulso una notevole quantità di materiale radioattivo nell’ambiente circostante, insieme a una fusione parziale del nocciolo del reattore. Gli ultimi decenni hanno visto sostanziali sforzi internazionali per contenere e decontaminare in sicurezza il sito, inclusa la recente installazione della struttura New Safe Confinement .
Ma le forze russe hanno ora sequestrato il sito, insieme alla centrale nucleare di Zaporizhzhia , come parte del conflitto in corso in Ucraina. Inoltre, il 9 marzo, le autorità ucraine hanno segnalato una perdita di potenza a Chernobyl, seguita da una parziale a Zaporizhzhia .
Nonostante le rassicurazioni dell’Agenzia internazionale per l’energia atomica (AIEA) secondo cui non vi è alcuna minaccia imminente per la sicurezza rappresentata dall’isolamento dell’alimentazione, è importante comprendere il potenziale impatto in futuro.
Quando il combustibile nucleare viene rimosso dal nocciolo di un reattore, viene rinominato come combustibile nucleare “esaurito” e spesso trattato come un prodotto di scarto per lo smaltimento.
La nostra missione è condividere le conoscenze e prendere decisioni informate.
Ma il carburante continuerà a dissipare calore a causa del decadimento radioattivo, anche dopo essere stato rimosso dal nocciolo del reattore. È quindi della massima importanza che il materiale combustibile esaurito contenuto nel sito di Chernobyl sia adeguatamente e continuamente raffreddato per prevenire il rilascio di radioattività.
A Chernobyl, così come in altri siti, le procedure standard per manipolare in sicurezza tale materiale comportano il posizionamento del carburante in stagni pieni d’acqua, che proteggono l’ambiente del campo vicino dalle radiazioni. Forniscono anche un mezzo per il trasferimento di calore dal carburante all’acqua attraverso la circolazione continua di acqua fresca e fresca.
Se la circolazione è compromessa, come le recenti interruzioni di corrente, il combustibile continuerà a emettere calore. Ciò può far evaporare l’acqua di raffreddamento circostante, senza lasciare nulla per assorbire le radiazioni del carburante. Si diffonderebbe quindi nell’ambiente circostante.
Nel caso di Chernobyl, il materiale combustibile esaurito è rimasto fuori dal reattore per un periodo di tempo adeguato e, pertanto, non necessita di un raffreddamento intensivo. Tuttavia, l’acqua circostante potrebbe comunque evaporare alla fine se l’alimentazione non viene ripristinata. Ciò, a sua volta, potrebbe aumentare il rischio di un aumento dell’assorbimento della dose di radiazioni da parte dei restanti lavoratori del sito e oltre.
I restanti rischi sono principalmente posti dall’Unità Reactor 4, gravemente danneggiata, che contiene notevoli quantità di un materiale lavico , comunemente chiamato “corium” (perché proviene dal nucleo). Questo è altamente radioattivo e il suo eventuale smaltimento continua a rappresentare una sfida scientifica e ingegneristica sostanziale. È quindi necessario che il funzionamento continuato dei sistemi di monitoraggio delle radiazioni e ventilazione all’interno della struttura del Nuovo Confinamento Sicuro rimanga online.
A Zaporizhzhia, due reattori su sei sono effettivamente in funzione. Il collegamento di alimentazione danneggiato fortunatamente colpisce un reattore che è attualmente spento . Questo è in fase di riparazione, ma è difficile ottenere pezzi di ricambio nel mezzo della guerra.
Attesa nervosa
Nonostante le assicurazioni che esistono riserve in loco di carburante diesel che potrebbero fornire in modo fattibile alimentazione di riserva per circa 48 ore a Chernobyl, non sappiamo per quanto tempo il sito rimarrà senza alimentazione. Va ribadito, tuttavia, che l’AIEA ha affermato che non vi è motivo di allarme immediato. Questo perché c’è abbastanza acqua nelle piscine del combustibile esaurito per evitare un incidente. Potrebbero volerci mesi prima che l’acqua sia completamente sparita.
Questo è rassicurante, ma poi, secondo quanto riferito, i combattimenti nella regione stanno già rendendo difficile risolvere il problema della connessione elettrica.
A Zaporizhzhia, il collegamento elettrico danneggiato è in riparazione, ma è difficile ottenere pezzi di ricambio nel mezzo di una guerra. Il fatto che il reattore sia spento significa che non rappresenta un rischio immediato per la sicurezza. Ma se l’alimentazione viene interrotta a uno dei reattori in funzione, insieme a danni sostanziali ai generatori di riserva, ciò potrebbe causare una fusione nel peggiore dei casi.
Lo smantellamento, la decontaminazione e lo smantellamento in sicurezza del sito di Chernobyl è l’obiettivo collettivo della comunità ingegneristica globale, ma si stima che il completamento arrivi alla fine degli anni ’60. Chiaramente, gli eventi più recenti rappresentano una seria minaccia per gli sforzi di smantellamento in corso in Ucraina.