Fukushima-olyckan 2011: Japans värsta mardröm

Fredagen den 11 mars drabbade ett gigantiskt jordskalv med styrka 9 kärnkraftverket Fukushima Daiichi på Japans östkust.

De åldrande reaktorerna reagerade som de skulle - även om skalven var betydligt starkare än en jordbävning med en styrka av 8,2 på Richterskalan som kärnkraftverket ursprungligen byggdes för att klara.

Japanska kärnkraftverk är utformade för att stängas ned automatiskt vid en jordbävning, och som planerat gled styrstavarna ner mellan bränsleelementen i de tre av Fukushimas sex reaktorer som var i drift.

Styrstavarna absorberar de neutroner som sänds ut från kärnklyvningarna i bränslet, och på så sätt regleras kedjereaktionerna.

Fukushima klarade till och med att jordskalvet slet itu elledningarna på platsen och skar av alla reaktorer från elnätet.

Nödförsörjningen gjorde att vitala kylpumpar fortsatte pumpa in kallt vatten i reaktorerna. Mitt i naturkatastrofens Ragnarök var situationen ännu under kontroll.

Allt ändrade sig, när en tio meter hög tsunami en timme senare vällde in över fördämningarna runt Fukushima.

Dammarna var byggda att stå emot en 5,7 meter hög våg.

Tsunamin dränkte dieselgeneratorerna och sköljde bort bränsletankarna som nötskal.

Då försvann strömmen.

Video: Se tsunamin slå in mot Japans kust

Inne i kontrollrummet till reaktorerna försvann ljuset, och visarna på de gamla analoga instrumenten från 1970-talet sjönk mot noll.

Endast en svag nödbelysning och några helt avgörande instrument – nämligen de sensorer som mäter trycket inne i reaktortanken – fungerade fortfarande med ström från batterier.

Vad som exakt inträffade under de följande dagarna vet man ännu inte med säkerhet.

Utifrån upplysningar från japanska myndigheter och verkets ägare samt experters uttalanden i pressen och analyser i internationella vetenskapliga tidskrifter kan dock ett realistiskt scenario rekonstrueras.

En sak är dock klar: operatörerna i kontrollrummen höll huvudet iskallt mitt i allt kaos.

De fattade de nödvändiga besluten och avvärjde risken för tre fullständiga härdsmältor och enorma radioaktiva utsläpp på en nivå som föroreningen efter haveriet i Tjernobyl för 25 år sedan – eller värre.

Alla aktiva reaktorer smälter ned på Fukushima

Krisen nådde sin kulmen först i reaktor 1. Strax vid sidan om kontrollrummet låg betonginfattningen. Den omger reaktortanken, som är byggd av stål.

Tanken innehöll 50 ton uran, som några timmar tidigare hade levererat 460 megawatt till elnätet.

Även om styrstavarna hade stoppat kärnklyvningarna, var bränslet långt ifrån kallt.

Därför var det viktigt att hålla kylvattnets cirkulation i gång för att undvika en överhettning av kärnbränslet.

Även utan tillgång till dieselgeneratorerna kunde operatörerna köra en kylpump genom att utnyttja ångtrycket i reaktortanken samt den lilla mängd ström som batterierna levererade.

På något ställe i kylsystemet hade man emellertid fått en läcka, och vattennivån i reaktortanken sjönk, samtidigt som temperaturen i bränslet steg.

Bränslet består av uranpellets inneslutna i långa rör av en zirkonlegering, som används för ändamålet, eftersom metallen inte bromsar de neutroner som håller igång fissionsprocesserna.

När temperaturen i reaktortanken nådde upp över 1 000 grader, oxiderade vattenångan legeringen, varvid explosiv vätgas bildades.

Samtidigt sprang några av rören läck och uranpelletsen droppade ned på tankens botten.

Härdsmältan vid Fukushima hade inletts.

Detta var en avgörande tidpunkt, för om ned- smältningen inte stoppades, kunde en kritisk massa av uran samlas på tankens botten, så att fissionsprocesserna började igen. Om det hände, vet man inte.

Senare inspektioner med robotar tyder emellertid på att bränslet smälte sig genom ståltanken och föll ner på golvet i betonginfattningen.

Det innebar en akut fara. Om vätet i reaktortanken slapp ut ur betonginfattningen och kom i kontakt med syre från luften, kunde det medföra en explosion, som kunde slå hål på betongskalet.

Om en sådan explosion inträffade, skulle operatörerna i kontrollrummet ha utsatts för en dödlig dos strålning.

Samtidigt kunde konsekvensen bli ett radioaktivt utsläpp av en storlek som vid utsläppet i Tjernobyl, där betonginfattningen på den havere- rade reaktorn sprängdes i bitar.

Mardrömmen blev inte bättre av att Stilla havet ligger strax utanför kärnkraftverket, för det fanns ingen metod att pumpa in kallt vatten i reaktorn.

Tills operatörerna fick en genial idé, nämligen att använda de få brandbilar, som ännu fungerade.

Nu var dock trycket i reaktortanken i reaktor 1 så högt, att det var omöjligt att pumpa in havsvattnet. Därför fattade operatörerna på lördagseftermiddagen ett mycket svårt beslut, när de valde att släppa ut radioaktiv ånga ur reaktortanken, så att brandbilarna kunde pumpa in kallt vatten till bränslet.

Priset blev dels att saltvatten förstörde reaktorerna för alltid, dels att vätgaser följde med ångan ut i den yttre reaktorbyggnaden, där vätet exploderade en timme senare och slet av hela taket.

Fyra arbetare skadades vid explosionen, och betydande mängder radioaktivitet släpptes ut i atmosfären.

Betonginfattningen omkring själva reaktortanken förblev av allt att döma intakt, och den värsta tänkbara katastrofen var avvärjd.

Bilderna av den havererade reaktorn gick världen runt och varslade om det efterföljande dramat.

Reaktor 3 släppte ut ånga ur reaktortanken och översvämmades under söndagen av havsvatten, varpå reaktorbyggnaden exploderade på måndagen.

Senare på eftermiddagen pumpades havsvatten också in i reaktor 2, där taket flög i bitar på tisdagen.

För första gången i världshistorien hade det skett en nedsmältning av tre reaktorer vid samma kärnkraftverk.

50 hjältar på Fukushima kämpar under livsfarliga förhållanden

På morgonen tisdagen den 15 mars vällde röd rök ut från både reaktor 3 och 4.

Röken kom från bränder i bassänger med använt bränsle, där kylvattnet kokat bort. Risken för spridning av radioaktivitet var överhängande, eftersom bassängerna ligger utanför de tjocka betonginfattningarna och överst i reaktorbyggnaderna.

Militärhelikoptrar hämtade havsvatten i enorma behållare och tömde det i de rykande reaktorerna, medan polis och brandmän bekämpade bränderna från marken med vattenkanoner.

Särskilt branden i reaktor 4 var en gåta. Reaktorn var inte i drift, och allt bränsle hade överförts till bassänger, som innehöll 230 ton använt bränsle.

De använda bränslestavarna täcks normalt av sju meter vatten, som skyddar personalen mot strålning och kyler ned bränslet.

Vattnet cirkulerar hela tiden för att hålla en temperatur på 40 grader.

När strömmen försvann, var det förväntat att vattnet skulle förångas.

Enligt experter skulle det ta upp till tre veckor, innan vattnet kokade bort helt, men det tog bara fyra dagar, så sannolikt har det uppstått en läcka i bassängen under jordskalvet.

Temperaturen i det använda bränslet måste ha varit mycket hög, eftersom det inträffade minst en vätgasexplosion som en följd av reaktioner mellan ångan och bränslestavarnas zirkonrör.

Detta ledde till utsläpp av radioaktivitet i atmosfären.

Att bassänger med använt kärnbränsle i reaktorer kan utgöra en så stor säkerhetsrisk ger anledning till eftertanke.

Använda bränslestavar förvaras på liknande sätt i 350 av världens 442 kärnkraftverk.

Vid denna dramatiska tidpunkt, då tre reaktorer hade smält ned och där röken vällde ut från bassängerna med använt bränsle i reaktor 3 och 4, var det endast 50 frivilliga arbetare kvar i det förstörda kärnkraftverket.

Dessa tekniker blev kända världen över som ”hjältarna från Fukushima”.

Iförda skyddsdräkter med tättslutande huvud- bonader som skydd mot strålning och med syretuber på ryggen för att inte andas in radioaktiva ämnen, arbetade de frivilliga dygnet om i skenet från ficklampor.

Flera gånger fick arbetarna dra sig undan från reaktorerna på grund av för stark strålning.

Kort därefter gick de dock tillbaka och fortsatte arbetet.

Onsdagen den 16 mars erkände myndigheterna att det var omöjligt att upprätthålla det i Japan normala gränsvärdet på 100 millisievert om året för bestrålning av anställda i kärnkraftsin- dustrin – på andra håll i världen är gränsen 50 eller 20 millisievert – och värdet höjdes till 250 millisievert om året för de frivilliga på Fukushima Daiichi.

En vecka efter katastrofen publicerade Internationella Atomenergiagenturen (IAEA) det pris som verkets arbetare dittills fått betala – 35 var skadade i explosioner, bränder och olyckor.

En anställd hade fått en hög stråldos och var inlagd för observation, medan tre personer bara utsatts för radioaktivt utsläpp i låga doser, som inte krävde inläggning.

Över 800 människor har nu deltagit i uppröjningsarbetet på verket, och många har utsatts för mer strålning på några veckor än de normalt skulle utsättas för under ett helt år.

Att skydda arbetare från strålning kommer att vara en av de största utmaningarna under de kommande årens sanering efter Fukushima-olyckan.

Avsiktliga utsläpp i havet från Fukushima

De japanska myndigheterna anser att det radioaktiva utsläppet från Fukushima Dai-ichi motsvarar en sjundedel av utsläppet från Tjernobyl.

Utsläppet i atmosfären var störst under de första dagarna efter haveriet, och under den perioden förde vinden det mesta av radioaktiviteten ut över Stilla havet, där nedfallet späddes ut i de enorma vattenmassorna.

När vinden drog in över land, hade befolkningen redan evakuerats från en zon på 20 kilometer runt kärnkraftverket, och denna utvidgades senare till 30 kilometer.

Mätningar har efteråt visat att radioaktiviteten är koncentrerad till ett område som sträcker sig 50 kilometer i nordvästlig riktning, vilket har lett till evakuering från förorenade områden utanför zonen.

I området blir den förväntade genomsnittliga dosen under loppet av det första året 20 millisievert, och utan evakueringen kunde strålningen kanske ha orsakat en något ökad risk för cancer hos barn och unga.

På vissa platser i evakueringszonen, särskilt i närheten av kärnkraftverket, har det lokalt uppmätts mycket höga strålningsnivåer på över en sievert per år, vilket kan medföra akut strålsjuka.

Radioaktiviteten beror primärt på utsläpp av cesium-137 och jod-131, som är farligast vid inandning eller intagande av föda.

Japanska myndigheter förbjöd snabbt all försäljning av grödor från de förorenade områdena samt fisk och skaldjur fångade inom en radie av två mil från verket.

Under de första veckorna var de speciellt bekymrade för jod-131, men eftersom ämnet har en halveringstid på åtta dagar, klingade dess radioaktivitet snabbt av.

Cesium-137 har däremot en halveringstid på 30 år och kommer att medföra radioaktiv förorening av jord och byggnader under årtionden.

LÄS OCKSÅ: Varför är radioaktiv strålning så farlig?

Fukushima-olyckan har också resulterat i radioaktivt utsläpp i havet.

Den 15 mars exploderade en tryckavlastningstank under betonginfattningeni reaktor 2, och det slog hål på infattningen.

Det gjorde i sin tur att radioaktivt material rann ut i den översvämmade reaktorbyggnaden, vidare genom den översvämmade turbinhallen och ut i havet via en spricka i ett underjordiskt rum nära utloppet.

Fram till den 6 april, när öppningen täpptes till, rann 520 ton starkt radioaktivt kontaminerat vatten ut från kärnkraftverket.

Utsläppen till havet kommer att fortsätta så länge det havererade verket kyls genom att nytt vatten pumpas in i de nedsmälta reaktorerna, eftersom man i efterhand måste göra sig av med det förorenade vattnet.

Kärnkraftverkets lagringskapacitet är begränsad och därför har avsiktliga utsläpp varit nödvändiga.

I april släpptes till exempel 11500 ton lågradioaktivt vatten ut i havet för att få plats att lagra starkt förorenat vatten i bassänger på land.

Det är ovisst hur radioaktiviteten kommer att påverka det marina livet.

Det kommer knappast att uppstå akuta skador på djur i havet runt verket, men cesium-137 och andra långlivade isotoper kommer att ackumuleras i näringskedjan.

Med tiden kan det leda till ökad dödlighet bland fiskar och havsdäggdjur.

Saneringen efter Fukushima kommer att pågå i decennier

I april lanserade Fukushima Daiichis ägare, elföretaget TEPCO, en plan för att få kontroll över kärnkraftverket.

I början skall reaktorerna kylas ned genom att man konstant tillför nytt vatten, men ett huvudmål är att bygga slutna kylsystem, som skall kyla ned bränslet till 100 grader.

I juni var dock TEPCO tvunget att ge upp återuppbyggnaden av ett slutet kylsystem, och energibolaget satsar nu i stället på att rena och återanvända kylvattnet.

I samband med detta skall man bygga en anläggning för rening av över 100 000 ton radioaktivt vatten.

Slutligen har japanerna omkring de havererade reaktorerna börjat bygga metallställningar, på vilket presenningar av polyester spänns ut som avskärmning av de förstörda byggnaderna med syfte att minimera radioaktiva utsläpp till atmosfären.

Nästa steg är att rena reaktorbyggnaderna invändigt.

Det blir särskilt svårt i reaktor 3 och 4, där explosioner i bassängerna med använt bränsle har gjort att högradioaktivt material har spridits ut, samt i reaktor 2, där reaktortankarna läcker.

Det kan komma att ta flera år, innan man kan se in i reaktortankarna och värdera skadornas omfattning.

Efter haveriet på Three Mile Island i USA år 1979, där det också inträffade en nedsmältning, tog det tre år innan teknikerna kunde sänka ned en kamera i reaktortanken.

Därefter tog det ytterligare elva år att hämta ut det nedsmälta kärnbränslet.

Vid Fukushima Daiichi kan det dröja ännu längre, innan man kan se in i reaktortankarna.

Därefter måste man bygga nya kranar för att ta bort det nedsmälta bränslet, eftersom de kranar som tidigare användes vid utbytet av bränslestavarna är förstörda.

Uppröjningen kommer att pågå i årtionden, och det är särskilt två frågor, som gör sig påminda efter haveriet.

Den första är, om kärnkraften är användbar i seismiskt aktiva områden.

I dag ligger 88 av världens kärnkraftverk i jordskalvszoner, och om länderna fortsatt satsar på kärnkraften, måste säkerheten utvärderas och om nödvändigt förbättras.

Den andra är, om de traditionella säkerhetsanalyserna måste omvärderas.

Den komplexa katastrofen har visat att det inte räcker att värdera risken för individuella reaktorer. Framtidens riskvärde ringar måste omfatta samtliga reaktorer i ett kärnkraftverk.

Om man över huvud taget kan tala om tur i samband med Fukushima-olyckan så var det tur att endast tre av anläggningens sex reaktorer var i drift när jättevågen rullade in över diken.