Post Tecnico No.4: approfondimento sulla struttura del R3 (upd 02)

Ai potenziali lettori: questo post fa parte di una serie di scritti che raccolgono delle considerazioni tecniche postate in sul blog unico-lab, in merito a svariati aspetti dell'incidente della centrale di Fukushima 1. La pubblicazione su giappopazzie viene fatta solo per comodita' di rielaborazione e per avere un backup delle quattro riflessioni raffazzonate che l'autore ha messo assieme in questo periodo e che, tutto sommato, vale la pena di rendere di pubblico dominio. Capisco che molti vorrebbero il ritorno al vecchio regime di post, ma al momento vi chiedo di pazientare (tranquilli, che almeno Luca da Osaka non vi dimentica).

Grazie per la comprensione.
mamoru

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Della stessa serie:
Post tecnico No.1: Tutto il giro dell'acqua a Fukushima
Post tecnico No.2: Quanta acqua ci sta nel contimento di un reattore di Fukushima?

prima pubblicazione del 1 maggio 2011 
prima correzione refusi e aggiunte nuove  illustrazioni 4 maggio 2011
aggiunta di nuove fotografie in fondo al post del 9 maggio 2011

Nota:
Il modello mostrato nel post e' stato ricostruito a partire da vari report ufficiali, rilasciati negli scorsi anni della TEPCO. I layout interni si riferiscono alle principali opere in cemento armato di cui si e' trovata traccia in vecchie analisi strutturali dell'edificio R3 della centrale di Fukushima 1.
Non si debbono pertanto ritenere come fedeli rappresentazioni della costruzione reale, bensi' come una "best guess" derivata dalla lettura dei dati in nostro possesso; le rappresentazioni grafiche sono in scala e l'errore di rappresentazione e' probabilmente sotto al 5%. Trattandosi di illustrazioni tratte da schemi di scarso dettaglio tecnico, mancano pertanto compartimentazioni, scale, porte e aperture di servizio.

Del relativo locale turbine (T/B 3) si e' gia' discusso in un post precedente.

Nota provvisoria:
Il post e' numerato 4 poiche' il 3 e', al momento, ancora in lavorazione. =)

Analisi

Di seguito riportiamo le principali caratteristiche del R3.

Generalita' impianto	Potenza elettrica	MW	784
	Inizio costruzione	10-1970
	Entrata in servizio	03-1976
	Tipologia reattore	BWR
	Sistema di contenimento	MARK I
	Principale contractor	Toshiba (東芝)
	Manufatti di produzione domestica (jp)	%	91
Reattore	Potenza termica	MW	2381
	Numero assembly combustibile	No.	548
	Lunghezza assembly combustibile	m	circa 4,47
	Barre di controllo	No.	137
	Diametro RPV	m	circa 5,6
	Lunghezza RPV	m	circa 22
	Massa RPV	t	500
	Altezza contenimento	m	circa 34
	Diametro tratta cilindrica contenimento	m	circa 11
	Diametro zona sferica contenimento	m	circa 20
	Quantita' acqua in S/P	t	2980
Turbina	Velocita' di rotazione	rpm	1500
	Temperatura vapore in ingresso	°C	282
	Pressione relativa vapore	kg/cm2	66,8

L'edificio del R3 (analogamente agli altri 5 presenti sul sito) si compone di 5 piani e, come da standard giapponese, il primo piano e' indicato come 1F (niente piano terra per intenderci).
 

 Rappresentazione schematica in trasparenza del R3

Le elevazioni tra parentesi si riferiscono al pavimento di ciascun piano rispetto al piano di riferimento (il camminamento fuori dai reattori R1~R4 e' tra i +9000 e +10000).

B1F (OP-2.060)
Il piano piu' basso del R/B del R3 si trova sotto il livello del terreno di circa 12 metri, si tratta di quello piu' grande del complesso del reattore a causa degli impianti in esso contenuti: l'intero toro della suppression pool e' all'incirca al centro del piano, circondata da una muratura di spessore 1,5 metri, irrobustita da quattro pareti oblique di spessore 1 metro che conferiscono alla sala una forma ottagonale. Il piano poggia su un mat in calcestruzzo di circa 4,5 metri di spessore.



Altre utenze di rilievo presenti sul piano sono:
- No.4 pompe del circuito RHR (Residual Heat Removal) ed i relativi scambiatori di calore
- No.1 (quantita' da confermare) pompa del circuito HPCI (High Pressure Coolant Injection)


1F (OP +10.200)
Si tratta del primo piano fuori terra del R/B del R3. E' presente una apertura dal lato opposto al T/B che si protude verso l'esterno dell'edificio, mentre evidenziata in rosso abbiamo la sala da cui le tubazioni che escono dal RPV convogliano il vapore verso il T/B.
Le pareti perimetrali sono di circa 1.300 mm di spessore.

2F (OP +18.700)
Il soffitto di questo piano e' all'incirca alla stessa altezza di quello del vicino T/B, esattamente sopra la sala di passaggio delle tubazioni del vapore del 1F, c'e' una sala che viene utilizzata per le operazioni di sfiato in caso di sovrappressione.



3F (OP +26.900)
Da questo livello la struttura inizia a circoscriversi considerevolmente attorno al D/W e si comincia a vedere il fondo della piscina (evidenziato in verde) in cui vengono poste le barre di combustibile tolte dal reattore.



Il piano ha pareti perimetrali da 900 a 1.100 mm di spessore, mentre notiamo che la zona della piscina del combustibile e' posta all'interno dell'edificio, distanziata di circa 3 metri dall'interno dei muri esterni, e' dotata di pareti da 1.400 a 1.850 mm

4F (OP +32.300)
Come visto con il precedente piano, anche qui possiamo osservare lo sviluppo della struttura di contenimento della piscina delle combustibile (sempre in verde) e della vasca utilizzata per l'allagamento del D/W durante le operazioni di movimentazione delle barre a reattore fermo.



Lo spessore delle pareti perimetrali scende a 600 mm, mentre si notano ulteriori rinforzi alle due estremita' opposte del D/W con spessori analoghi al piano inferiore.
Nell'immagine, per praticita' di illustrazione, non compare il "tappo" in calcestruzzo che chiude superiormente il D/W, proteggendo la sommita' del reattore.

5F (OP +39.920)
Si tratta del piano tecnico sul quale vengono fatte le operazioni di carico/scarico nel RPV.
Dovrebbe essere dotato di un macchinario per il cambio del combustibile che viaggia su rotaie e permette il trasferimento dal RPV alle piscine durante i fermi impianto.


(nota a cura di Toto - Unico-lab)

Il cambio combustibile è fatto integralmente sott'acqua, per nessuna ragione le barre vengono tolte dall'acqua durante il refueling. Le barre sono accorpate in assembly che hanno un gancio sopra dopo vengono arpionate. Tutta la parte superiore del PCV viene allagata, vengono aperte delle parti mobili che mettono in comunicazione la piscina con il PCV e attraverso un meccanismo a due porte le barre vengono trasferite dal RPV alla piscina. Il piano tecnico viene utilizzato per appoggiare il tappo del PCV e quello dell'RPV. A seconda dell'attivazione del tappo dell'RPV gli operatori decidono se immergerlo o meno nella piscina di servizio il cui scopo è più che altro di schermatura e non tanto di raffreddamento.



Il 5F sul R4 si presenta secondo lo schema riportato qui sotto (scusate la grafica striminzita):

In alto vista  in pianta in basso sezione laterale 5F R4 (schema semplificato)

Nel caso riportato in figura (R4), dopo l'allagamento della parte superiore del D/W  le barre vengono trasferite attraverso un canale profondo 8 metri all'interno della piscina del combustibile esausto, che e' ancora piu' profonda rispetto al pavimento del 5F, cio' sembra concordare con l'assemblaggio delle planimetrie di R3 che danno circa 13 metri di profondita' da pavimento 5F al fondo della vasca del combustibile.

CRF (OP +47.820) - "Crane Floor"
Non e' un vero e proprio piano, bensi' il livello appena sopra al 5F, a cui sono posti i binari di scorrimento del carroponte a servizio del locale reattore. In questa area tutte le pareti laterali hanno uno spessore di 300 mm.



Le strutture di rinforzo del sottotetto sono indicative, in quanto mancano dati sull'esatta conformazione delle capriate e delle ulteriori strutture di irrigidimento della struttura.

RF (OP +55.720) - "Roof"
Il tetto dell'edificio completa la costruzione.

Qui di seguito trovate riassunte le principali dimensioni dell'edificio e l'altezza indicativa dei diversi piani. Nella vista in pianta potete osservare la posizione del centro del RPV, spostata verso il T/B (direzione mare se guardate le fotografie).

Principali dimensioni e ingombri R/B 3 (in mm salvo diversamente specificato)

Il confronto con lo stato attuale
Dopo questa introduzione alla conformazione dei vari piani del R3 andiamo a visionare una fotografia scattata in loco che ritrae la situazione attuale dell'edificio.

Comparazione R3 con strutture R2 e R4, apparente ammanco di almeno due piani (CRF e F5)
La sovrapposizione di R3 su R2 e' funzionale alla proiezione dei piani sull'altro edificio

Andiamo ora a sovrapporre alcune immagini virtuali alle strutture reali:

1) Vista dall'alto R3 e R4 lungo la verticale

In giallo il coperchio del D/W in "posizione di lavoro" e alla sua sinistra in verde la piscina del combustibile che, stando alle planimetrie, si estenderebbe in profondita' da 5F a 3F. Trovate R4 a sinistra e R3 a destra, per il primo si suppone che il layout del locale reattore sia comparabile a quello del secondo.

2) Vista frontale presa in volo

 

 Fotografia aerea R3

Sovrapposizione approssimativa modello e fotografia R3.

 Qui e' piuttosto difficile sovrapporre correttamente le due immagini. Le due costruzioni in cemento sul fronte destro dell'edificio non fanno fede in quanto sono solo dei riferimenti grafici, poiche' non vi era indicazione alcuna delle loro misure nei disegni della centrale esaminati.
A prima vista sembrerebbe che R3 abbia subito il collasso completo di CRF, F5 e parzialmente anche di F4 (le solette potrebbero avere sezione diversa nello stesso piano e pertanto ci potrebbero essere stati dei crolli localizzati). Spostandosi verso il lato T/B, sembrerebbe che li' la struttura abbia resistito meglio: proprio in quella zona ci sono le pareti in calcestruzzo ad alto spessore a sostegno del D/W, mentre anteriormente all'edificio ci sono piu' "vuoti", probabilmente maggiormente esposti a cedimenti.
Tuttavia questa e' solo una ipotesi all'interno di una serie di considerazioni personali, fatte con pochissimi elementi concreti.

Alcune nuove fotografie scattate sul posto e uppate via Flickr ci mostrano alcuni dettagli di R3 e R4 (link qui). Su questa fotografia del R4 vediamo bene sia il carroponte di servizio sul CFR (la struttura di acciaio grigiastro larga quanto l'edificio) che l'attrezzatura di refuelling (in verde chiaro).

R4 vista lato S: carroponte di servizio (la "trave" grigia in alto) 

e l'attrezzatura di refuelling (verde chiaro appena sotto a dx)

R4 vista lato S: zoomata dalla precedente angolazione

Una struttura similare al carroponte di R4 la troviamo anche in questa foto di R3, in pratica si vede l'estremita' di quella che potrebbe essere un carroponte bitrave caduto dal CRF sul 5F in quanto si e' trovato privo di uno dei binari di appoggio. Nella fotografia si vedono, in basso, i pilastri con la caratteristica protusione su cui solitamente si appoggiano le travi coi binari di scorrimento delle gru a ponte. Sono capovolti rispetto alla loro posizione normale in quanto si sono tranciati e si sono ribaltati verso esterno dell'edificio.

R3 vista lato W:pilastri del CRF tranciati e a testa in giu' (in basso)

carroponte di servizio (?) in alto al centro.

La caduta pare avvenuta all'incirca a cavallo della posizione del reattore, in pratica il carroponte di servizio starebbe facendo da "tetto" ad almeno meta' del tappo in cemento che copre l'imbocco del D/W del R3. Il che non e' detto che sia un male.

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