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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Post tecnico No.2: Quanta acqua ci sta nel contimento di un reattore di Fukushima? (upd02)

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.4: approfondimento sulla struttura del R3

scritto a cura di toto nella prima pubblicazione del 20 aprile 2011 
revisione generale di mamoru del 24 aprile 2011
aggiunta paragrafo "quantitativo totale di acqua" di mamoru del 27 aprile 2011

Nota:
le planimetrie mostrate in seguito sono state ricostruite a partire da vari report ufficiali, rilasciati negli scorsi anni della TEPCO. Sono stati presi tutti gli accorgimenti per eliminare eventuali deformazioni e rappresentazioni fuori scala dovute alla digitalizzazione degli originali all'atto della pubblicazione. Le considerazioni riportate sono applicabili al R2 e al R3, che sono della stessa taglia e presentano una tipologia costruttiva che possiamo ritenere simile in base alle considerazioni fatte nel precedente post.

Analisi
E' da qualche giorno che si dice che TEPCO, l'azienda elettrica che gestisce la centrale di Fukushima, stia valutando la possibilità di inondare d'acqua non solo il pressure vessel (RPV), che è il contenitore del nocciolo, ma anche tutto il contenimento in acciaio, incassato nel calcestruzzo, che lo circorda (il Dry Well o D/W).

Alcune domande sorgono spontanee:
1- quanta acqua ci sta all'interno del contenimento del reattore?
2- non sarà troppa questa acqua?
3- a causa di questo ulteriore peso, il contenimento non potrebbe mettere a rischio la tenuta della struttura, magari già danneggiata dal terremoto e in vista di altre scosse di assestamento?

Per rispondere almeno alla prima domanda, due nostri valorosi esperti  (valeriano e mamoru*) hanno fatto un conto approssimativo e, in maniera del tutto indipendente, sono  giunti ad un risultato molto simile:
- mamoru 3900 tonnellate
- valeriano 4500 tonnellate

La base di partenza è sempre la sezione trasversale del reattore con le quote che abbiamo a disposizione, più volte pubblicata (su unico-lab Ndm) e che potete trovare anche in questa immagine a lato.
Come ulteriore controllo della corrispondenza dimensionale tra planimetria e geometrie reali abbiamo utilizzato dei disegni di massima trovati su un vecchio report tecnico del R3 e che riportiamo qui sotto.

Dimensioni indicative del RPV (sinistra) e D/W (destra) relative al R3

Su questa base sono state costruite le sezioni maestre per definire i volumi dei componenti principali del reattore come solidi di rivoluzione: il risultato finale e' mostrato nelle due immagini qui sotto.

Modello semplificato dell'assieme D/W+RPV

Il volume dell'allagamento e' stato calcolato sottraendo i volumi "pieni" (RPV e suo supporto in calcestruzzo) al vuoto costituito dal contenimento in acciaio del D/W. Spostando il piano rosa dal basso verso l'alto è quindi possibile calcolare per differenza il volume che l'acqua andrà a riempire. Questo nell'ipotesi che il basamento che sostiene il pressure vessel sia un cilindro cavo e che il suo interno sia allagabile fin dalla base. Abbiamo poi stimato il livello di  sommersione completa delle barre di combustibile a poco piu' di 17000 mm dal fondo in cemento del D/W (vedi immagine sottostante).

Esempio di livelli nel RPV (fonte General Electric Tecnology Manual - BWR-4)

Simulazione di riempimento fino a livello 17100 mm dal fondo

Cio' implicherebbe comunque un allagamento di grande entita' (3300 m³): il volume in funzione dell'altezza è rappresentato dal grafico qui sotto, dove potete vedere che a tutto carico verranno immessi fino a 3900 m³ circa di acqua.

Vi ricordiamo che un 1 m³ di acqua corrisponde all'incirca ad una tonnellata.

Gli effetti dell'acqua sul RPV
Su unico-lab qualcuno era piuttosto allarmato per gli effetti della spinta di Archimede sul RPV in caso di allagamento del D/W: per chi fosse curioso abbiamo effettuato un calcolo approssimativo della massa del RPV, utilizzando il modello creato per la precedente simulazione di allagamento, considerando l'involucro nudo (nessuna tubazione, nessun combustibile all'interno etc.) e uno spessore stimato di 250 mm (ρ= 7831 kg/m³ per l'involucro in acciaio). Il risultato del calcolo e' stato:

area = 731,519 m² (interno 344,475 m²)
volume = 495,89 m³
massa = 715777 kg = 715,7 t (esclusi combustibile, acqua, flangiature, piping e accessori)**


Nell'ipotesi (peggiore) di immersione completa in acqua la spinta S sul RPV e' quantificabile mediante:

S = ρacqua* V * g = 1000 * 495,89 * 9,81 = 4865 kN

mentre la forza peso del RPV:

P = m * g = 715777 * 9,81 = 7022 kN

Ossia la spinta dell'acqua bilancerebbe circa il 69% della forza peso esercitata dal solo vessel.

Piu' realisticamente:

1) Considerando che nel R3 ci sono 548 elementi di combustibile e stimando 200 kg cad. abbiamo una massa di combustibile pari a:

mc = 548 * 200 = 109600 kg = 109,6 t

2) Considerando il riempimento con acqua allo stato liquido fino alla quota di fondo del combustibile (100% di scopertura, stima conservativa) quantificabile a circa 208" / 5200 mm dal fondo del RPV abbiamo una massa di acqua pari a:

ma = 89400 kg = 89,4 t (derivata da analisi numerica del modello del RPV)

 Simulazione di riempimento fino a livello 5200 mm dal fondo del RPV

Avremmo una massa totale immersa di:


mt = m + mc + ma = 715777 + 109600 + 89400 = 914777 kg

Per una forza peso totale di:  Pt = mt * g = 914777 * 9,81 = 8974 kN

Scendiamo ad un 54% della forza peso esercitata dal solo RPV.
Direi pertanto che, da questo punto di vista, non ci sarebbero grossi problemi.

La questione vera, che anche TEPCO sta valutando, sono le conseguenze che avrebbero oltre 3000 t di acqua sull'intera struttura della centrale in caso di sisma, in quanto si tratterebbe di un carico non indifferente.

Il quantitativo totale di acqua
Per poter riempire il D/W del R3 e' automaticamente necessario allagare completamente anche la S/P in quanto quest'ultima e' comunicante con esso per mezzo di 8 tubazioni radiali di collegamento. Cio' si traduce in un quantitativo di acqua aggiuntivo da iniettare nei compartimenti del reattore.
Un modello approssimativo che simula le geometrie della S/P ed i relativi collegamenti con il D/W e' illustrato di seguito.

 Modello semplificato dell'assieme D/W+RPV+S/P (50% della sezione riempita)

Abbiamo effettuato un ciclo aggiuntivo di simulazioni con la S/P piena fino a livello del diametro della condotta, che si traduce in un volume stimato di acqua normalmente presente di 3200/3300 m³. Da qui abbiamo alzato ulteriormente il livello fino a riempire completamente la S/P, stimando un totale di 6400/6500 m³ di acqua aggiuntiva rispetto al caso precedente per arrivare al "livello zero" alla base del D/W.
Infine, come per il caso ipotizzato all'inizio del post, abbiamo continuati fino ad arrivare a pieno riempimento del D/W.

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* mamoru ringrazia, ma si dissocia da contanto complimento e ribadisce di non essere esperto in materia, ma di fare delle semplici considerazioni di carattere meccanico. =) 

** secondo i dati di PR di Tepco il RPV arriverebbe a  400 t per R1, 500 t per R2~R5 e 750 t per R6. Ci riproponiamo di meglio verificare.

Post tecnico No.1: Tutto il giro dell'acqua a Fukushima

Ai potenziali lettori: questo post fa parte di una serie di scritti che raccolgono delle considerazioni tecniche postate 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.2: Quanta acqua ci sta nel contimento di un reattore di Fukushima?
Post Tecnico No.4: approfondimento sulla struttura del R3



prima pubblicazione 20 aprile 2011 (revisione del 23 aprile 2011)


Nota:
le planimetrie mostrate in seguito sono state ricostruite dall'autore, mediante una sorta di "patchwork", a partire da vari report ufficiali, rilasciati negli scorsi anni della TEPCO in concomitanza ad interventi di manutenzione e/o verifiche strutturali del comportamento degli edifici in caso di sisma. Sono stati presi tutti gli accorgimenti per eliminare eventuali deformazioni e rappresentazioni fuori scala dovute alla digitalizzazione degli originali all'atto della pubblicazione.
I progetti originali della centrale e dei singoli reattori non ci sono (ovviamente) disponibili, tuttavia i disegni trovati all'interno dei documenti reperiti sono concordi nel riportare molte dimensioni dei locali e, indirettamente, ci hanno permesso di avere svariate informazioni che ci tornano utili per fare i conti in tasca alla TEPCO ed avere un crosscheck indipendente dei dati da essa dichiarati.
Faccio inoltre notare che non sono specializzato in ingegneria nucleare pertanto potrebbero essere presenti nel testo delle inesattezze.


Introduzione originale di toto (unico-lab )

Quella dell'acqua contaminata è una delle più urgenti questioni che gli operatori TEPCO devono affrontare nel tentativo di rimettere sotto la situazione della centrale di Fukushima. Di acqua contaminata ce ne è veramente tanta: nei locali interrati degli edifici con le turbine, nelle gallerie tecniche che collegano i vari edifici per non parlare della possibilità ancora non completamente da escludere che ci sia acqua anche nei locali dei reattori ancora poco esplorati.
Lo scopo di questo post è quello di presentare alcune planimetrie che mamoru ci ha gentilmente commentato e tradotto dal giapponese e anche fatto più di qualche conto per stimare i volumi che l'acqua potrebbe aver inondato.


Analisi

Partiamo da una planimetria della parte delle centrale più vicina al mare e che copre i reattori dall'uno al quattro (da qui in avanti definiti con R1, R2, R3 e R4) .

Fig.1 planimetria generale R1~R4 - Centrale di Fukushima 1

La planimetria qui sopra (fig.1) e' basata su quanto rilasciato da TEPCO all'inizio del mese di aprile, per identificare la posizione del pozzetto lesionato che riversava a mare l'acqua proveniente dal R2.
Le evidenziazioni originali comprendono i canali tecnici segnati con tratto grosso in verde chiaro e con tratto fine in rosa fino al pozzetto individuato dalla cerchiatura tratteggiata in rosso.

A questa planimetria generale abbiamo sovrapposto, scalandola proporzionalmente, quella dell'intero complesso del reattore 3 ( locali turbina T/B e locale reattore R/B).
Osservando la conformazione e la posizione delle tubazioni di mandata dell'acqua di mare (indicate in verde scuro come "condotte intake acqua di mare") verso i condensatori dalle turbine, si nota una discreta somiglianza tra R2 e il R3 in termini di geometria e di posizione relativa rispetto al complesso dell'edificio turbine: questo potrebbe indicare una forte similitudine costruttiva e conseguentemente un possibile riutilizzo della stessa configurazione progettuale durante la rispettiva costruzione.

Sul R3 e' stata sovrapposta la planimetria del R/B e del T/B numero 3 ricavata dai documenti sopramenzionati: le proporzioni ed i confini degli edifici risultano compatibili e possiamo pertanto procedere.

La zona circondata di giallo e' disponibile qui sotto in dettaglio: si tratta del R3, ribadiamo che non è assolutamente detto che R2 e R4 siano uguali a R3, ma è lecito pensare che non siano molto differenti almeno per quanto riguarda le occupazioni volumetriche.
Nella planimetria e relativa sezione laterale trovate evidenziate le differenti elevazioni dell'edificio ed alcune quote ricavate direttamente dai disegni originali ed indirettamente mediante misurazioni e calcoli. E' inoltre disponibile una corrispondenza indicativa tra lo schema di funzionamento ed i componenti veri e propri displocati sull'impianto.
Trovate anche una rappresentazione in scala dell'autore per rendervi conto delle dimensioni dei manufatti.

Fig.2 planimetria e sezioni E-O N-S del R3 

Schema di funzionamento R2 - Centrale di Fukushima 1

Da notare come il complesso dei reattori da 1 a 4 sia posto su una altura a OP+10000 che significa 10000 mm (10 metri) sopra il piano di riferimento che, nel caso di Fukushima 1, e' stato posto in corrispondenza della superficie del mare in quiete. Ne consegue che i locali interrati non sono necessariamente ad un livello negativo e lo si vede bene dalla figura qui sotto riportata.

Fig.3 Dinamica dello tsunami su R1~R4 (elevazioni edifici) - Centrale di Fukushima 1

Al fine del calcolo dell'acqua presente in R2, da una analisi della planimetria di fig.2 possiamo definire 3 zone:
a) la camera di soppressione (S/P ossia la “ciambella azzurra”) appoggiata a OP -2060;
b) una zona (evidenziata in giallo)  posta a OP+1900 sulla quale sono alloggiati molti macchinari e servizi tecnici compresi i tristemente famosi gruppi elettrogeni diesel messi fuori uso dallo tsunami;
c) due zone (in verde chiaro) a OP -300: quella relativa alla sala quadri tra R3 e R4 (probabilmente in un'altra posizione nel complesso di edifici tra R1 e R2) e quella sotto ai condensatori in uscita dalla turbina.

La seconda zona del punto c) risulta essere una fossa “sprofondata” a OP -300 (detta "condenser pit") che potrebbe essere stata riempita completamente dall’acqua fino a OP+1900 (il pavimento della zona in giallo) per un totale immerso di 2200 mm; oltre questa elevazione il volume di acqua potrebbe essere presente sull’intera superficie del piano interrato (a meno della presenza di compartimenti stagni), nonche’ in pozzetti, cunicoli o cisterne interrate di servizio.
Per poter completare l'ipotesi di calcolo (sempre ipotizzando che i T/B di R2 e R3 siano basati sullo stesso layout) occorre aggiungere l’ormai quasi certo allagamento dell’ultimo piano interrato del R/B (OP -2060) causato dal probabile danneggiamento della S/P del R2 durante gli sfiati di emergenza dello scorso mese che causarono il crollo vistosto della struttura di copertura per R1, R3 e R4

Per ricavare il possibile livello effettivo all'interno del T/B del R2, occorre tornare al di fuori dai locali, verso il mare. Nel disegno tecnico seguente (fig.4,5) vediamo la sezione laterale e le elevazioni del pozzetto del R2 da cui fuoriusciva acqua altamente contaminata all'inizio del mese di aprile: l'immagine (fonte Tepco) ci dice che la superficie del liquido del pozzetto era all'incirca a OP+3000.

 

Fig.4 Pozzetto R2 e canalizzazioni con perdita acqua - Centrale di Fukushima 1

 

 

Fig.5 Intervento di arresto della perdita su pozzetto R2 - Centrale di Fukushima 1

Questo valore si e’ modificato nel corso del tempo ed lo possiamo stimare, al 20 aprile 2011, a  +3200 circa, ovvero 80cm dal bordo superiore del pozzetto stesso.
Su questa base possiamo calcolare il volume di acqua complessivo nel R2 (sottratta una ipotetica percentuale di volume di murature e macchinari non occupabile dall’acqua):

R2	Totale			m³	22.100
1	Fossa condensatori da OP-300 a OP+1900	m²	1.430	m³	3.146
2	Piano interrato da OP+1900 a OP+3200	m²	6.650	m³	8.645
2.1	5% Pieni su 2	m²	-333	m³	-432
3	S/P da OP-2060 a OP+3200	m²	2.520	m³	13.255
3.1	Pieno centrale S/P Ø23.5 m	m²	-434	m³	-2.195
3.2	Altri pieni 2,5% su 3	m²	-63	m³	-319

Ne risultano 22.000 m3 (tonnellate) di acqua piu’ eventuali cunicoli esterni, pozzetti e altre volumetrie sommerse difficilmente individuabili sui disegni in nostro possesso. Senza contare le condotte dell'acqua di mare ed i relativi cunicoli interrati in cui potrebbe trafilare acqua dalla condenser pit del T/B. Tale valore e’ compatibile con la stima di 25.000 tonnellate fatta da Tepco.


La dinamica di accumulo che possiamo ipotizzare e’ questa: da una falla apertasi nella S/P si riversa alla base dell’edificio reattore R2 una parte dell’acqua fatta circolare nelle tubazioni che entrano ed escono dal dry well (probabilmente a causa di rotture singole o multiple). Questa parte dell'interrato dell'edificio reattore potrebbe essere sommersa da 5 metri di acqua che, in qualche modo, si sono infiltrati nella parete di cemento che la separa dall’interrato del locale turbine.
 Il perche' vi sia un flusso di acqua costante potrebbe essere spiegato con una tubazione o un complesso di tubazioni danneggiate che causano un travaso di acqua dal Reactor Pressure Vessel (RPV in cui e' contenute le barre di combustibile) all'interno del Dry Well (D/W, il contenimento esterno che ingloba il RPV) e da qui alla S/P e successivamente l’acqua si e’ infiltrata nel T/B e si e' poi fatta strada fino al mare travasandosi e spostandosi attraverso delle canalizzazioni e dei pozzetti interrati utilizzati normalmente per il passaggio di cavi elettrici e altre tubazioni di servizio, oltre che attraverso i canali interrati delle condotte di mandata dell'acqua di mare.

Nell'impossibilità di rimuove completamente l'acqua e di turare la falla, TEPCO sta pensando di installare un sistema di raffreddamento nuovo con scambiatori di calore e pompe all'esterno dei locali turbine e una serie di filtri per far ri-circolare l'acqua che esce dalla vasca di soppressione in un circuito chiuso (vedi immagine).








Per il momento, nell'attesa che vengano installate queste nuove attrezzature bisogna trasferire l'acqua dai locali tecnici a sistemi per il loro stoccaggio temporaneo, come ad esempio l'impianto di trattamento acque della centrale (30.000 t), i serbatoi provvisori (27.000 t) e successivamente la chiatta megafloat (10.000 t). Mettendo insieme tutta questa acqua contaminata, TEPCO dice di avere necessità movimentare e di stoccare 67.500 t. 

Questo era il piano di trasferimento iniziale:

 

Questo il piu' recente:
 

Inoltre dal giorno 11 aprile e' cominciato il dispiegamento delle "Silt fence", delle barriere marine che dovrebbero essere in gradi di mitigare la dispersione in acqua di inquinanti radioattivi.
La loro collocazione e' illustrata dalla fotografia aerea sotto riportata.

Displocazione delle Silt fence

Inoltre il personale in centrale provvede a dispersione periodica di zeolite di fronte alle bocche di presa dell'acqua dei quattro reattori. Chiaramente non si tratta di soluzioni, bensi' di interventi di contenimento.

In prospettiva futura Areva, la multinazionale francese dell'energia (nonche' attuale partner e fornitore di combustibile MOX per il Giappone), si e' aggiudicata l'appalto per il trattamento delle acque contaminate e la costruzione di un impianto di depurazione direttamente on-site.

Come segnalato da alcuni lettori e' stata pubblicata la notizia (qui ad esempio) di un ricercatore giapponese che, in collaborazione con una azienda che si occupa di depurazione, avrebbe sviluppato un particolare composto in grado di velocizzare la depurazione delle acque da Iodio e Cesio.
Tuttavia il prodotto pare essere una variante dei comuni flocculanti utilizzati nel trattamento delle acque industriali, sistema che, probabilmente, utilizzera' anche Areva.

In pratica (e molto a grandi linee visto che conosco l'argomento solo per "convivenza" professionale) nel trattamento delle acque industriali, dopo aver neutralizzato il neutralizzabile e catturato con le colonne di resine a scambio ionico, lo scopo e' quello di aggregare gli inquinanti in una sorta di "fiocchi" mediante degli additivi chiamati flocculanti e di farli precipitare in grossi recipienti in modo da separarli dall'acqua "pulita", questo processo (decantazione) viene ripetuto in un secondo contenitore (ispessitore) e i "fanghi" sul fondo di questultimo vengono pompati in una filtropressa che, compattandoli, ne estrae l'acqua ancora presente. Cio' che resta e' una "cake", ossia una mattonella di fango industriale semicompatta che va poi smaltita in apposite discariche.
Se si vuole ottenere una maggiore purezza si possono aggiungere degli evaporatori al processo.

Questi impianti li si utilizza comunemente anche per i processi industriali con scarichi piuttosto pesanti come nel settore delle galvaniche (cianuro, arsenico, cromo) e dei trattamenti superficiali in genere; in paesi come la Federazione Russa, che ha dei limiti di scarico industriale molto ristretti (rispetto all'Italia impongono di scaricare quasi acqua potabile), si utilizza anche il cosiddetto "scarico zero".

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