Bài học Fukushima

- Tô Lệ Hằng — published 03/01/2015 00:00, cập nhật lần cuối 12/04/2016 22:21

Bài học kinh nghiệm từ
tai nạn nhà máy điện hạt nhân Fukushima Daiichi

Tô Lệ-Hằng

Sau ba năm « đoạn tang » FUKUSHIMA, bây giờ đại cương của tai nạn đã rõ, nhưng còn những chi tiết về các trục trặc cùng với hậu quả ra môi trường vẫn chưa được khẳng định và có thể còn cần nhiều năm nữa. Do đó bài viết này chỉ đề cập đến những sự kiện đã được công nhận trong các tài liệu [A], [B], [C] và [D], nhằm mục đích đưa ra những bài học kinh nghiệm chính của tai nạn.

Nhà Máy Điện Hạt Nhân (NMĐHN) ở Fukushima Daiichi gồm có 6 Lò Phản Ứng (LPƯ) nước sôi BWR (Hình 1), bắt đầu khai thác từ năm 1971 đến năm 1979. Khi bắt đầu động đất ngày 11/3/2011, các LPƯ-1, -2 và -3 đang ở công suất danh định (460 MW và 784 MW) và kết quả Tâm lò bị nóng chảy. Ba LPƯ -4, -5 và -6 đang ngừng hoạt động (vì đang được bảo trì) và không bị tổn hại. Vì vậy, mô tả tai nạn được giới hạn trong ba LPƯ đầu.

1. CẤU TRÚC LPƯ BWR-MARK 1 (Hình 2)

Phần trong cùng của LPƯ là Tâm lò chứa thanh nhiên liệu hạt nhân có vỏ bao bằng hợp kim Zircalloy. Nếu vỏ bao tiếp xúc với hơi nước trên 800°C, Zr sẽ bị oxy hoá và sinh ra H₂.

Bao quanh Tâm lò là Thùng lò. Một Vòng nước chạy qua Thùng lò để tải nhiệt của Tâm lò.

Bên Ngoài Thùng lò là Nhà che chắn phóng xạ, phần trên bằng thép và phần dưới bằng bêtông. Không gian giữa Thùng lò và Nhà che chắn gọi là Giếng khô.

Ở phía dưới, Giếng khô thông với Vòng giếng ướt (S/C). Vòng này dùng để làm ngưng tụ hơi nước thoát ra từ Thùng lò khi áp suất trong Thùng lò lên quá cao.

Khi Nhà máy sản xuất điện, năng lượng phân hạch làm sôi nước chảy qua Tâm lò. Hơi nước này (ở 300°C, với áp suất 69 bar) làm quay tuabin chạy máy phát ra điện. Sau đó hơi nước ngưng tụ thành nước và được bơm vào trở lại Tâm lò (Hình -3).

Khi có trục trặc lớn trong LPƯ cần phải :

a) Dập lò để ngừng phản ứng phân hạch dây chuyền, bằng cách đưa thanh điều khiển (bằng hợp kim hấp thụ nơtron) vào Tâm lò.

b) Tải nhiệt tồn dư bằng các Hệ làm nguội cứu trợ.

Các hệ thống an toàn cần thiết để làm nguội Tâm lò sau khi dập lò gồm có :

1.1. Các Hệ nước cứu trợ làm nguội Tâm lò đã được dùng trong tai nạn

1.1.1. Hệ ngưng tụ thụ động IC (không có bơm trong mạch) ở LPƯ-1 :

- Do hiện tượng đối lưu tự nhiên, Vòng nước xuyên qua Tâm lò được làm nguội bởi Bộ trao đổi nhiệt (ở ngoài Nhà che chắn), nước làm nguội của Bộ này được tiếp vận từ bể dự trữ nước hay vòi chữa lửa và hơi nuớc tạo thành được thả ra khí quyển.

- 4 van động cơ, ở trên 2 đường (giống nhau) của Vòng nước, sẽ tự động đóng khi mất điện, điều này nhân viên xử lí tai nạn đã không biết !

1.1.2. Hệ làm nguội khi cách li tuabin chính RCIC ở LPƯ-2 và LPƯ-3, thay thế cho hệ IC. Hệ này có một tuabin làm chạy bơm nước vào Thùng lò, nước được tiếp vận từ Bể ngưng tụ hay Vòng giếng ướt. Nhờ tuabin nên hoạt động không cần diesel và một Bộ trao đổi nhiệt như hệ IC, nhưng tuabin cần áp suất hơi nước của lò trên 10 bar để hoạt động.

1.1.3. Hệ nạp nước ở áp suất cao HPCI có trong cả ba LPƯ. HPCI có một phần mạch chung và cùng một nguyên tắc với hệ RCIC, nhưng HPCI có thêm một bơm nên lưu lượng lớn hơn RCIC bẩy lần.

Nếu tất cả ba Hệ làm nguội trên không đưa đến kết quả, là tới lúc phải giảm áp suất trong Thùng lò để dùng được Hệ thứ tư sau đây :

1.1.4. Hệ làm nguội Thùng lò và Nhà che chắn : Khi các Hệ kể trên đã bị ngừng, Hệ này phun nước (bằng 4 bơm) vào Thùng lò và Nhà che chắn để làm nguội chúng. Nước phun được cung cấp từ Vòng Giếng ướt hay các Bể chứa, và sau cùng nhân viên xử lí đã dùng xe nước chữa lửa.

Nếu các Hệ nước cứu trợ không hoạt động đầy đủ, nước trong Tâm lò bốc hơi quá độ làm tăng bất thường áp suất trong Thùng lò. Để hạn chế áp suất trong Thùng lò và Nhà che chắn dưới áp suất thiết kế thì cần khởi động Hệ làm giảm áp suất.

1.2. Hệ giảm áp suất (Hình 4)

Hệ này gồm có 2 nhánh để làm :

- giảm áp suất trong Thùng lò (SVR) : từ Thùng lò ra Vòng giếng ướt qua các Xu-pap an toàn (với điểm đặt 74,5 bar) hay

- giảm áp suất Nhà che chắn : từ Giếng khô và từ phần trên của Vòng giếng ướt ra “Ống thải khí”. Hai đường thông hơi này ra Ống thải khí (cao 100m) qua 2 van dùng khí nén và một van động cơ cùng với « Đĩa nứt » (với « điểm đặt » là 5,28bar). Khi khởi động, các van này cần được mở bằng điện xoay chiều (AC) hay điện một chiều (DC) hay bằng tay nếu vào được phòng chứa van ; nhưng tác động giảm áp Nhà che chắn đã bị chậm trễ do điều kiện rất khó khăn sau tsunami (không có thiết bị điện, giao thông bị cản trở, độ phóng xạ cao).

1.3. Các nguồn điện

- Khi vận hành bình thường, AC (để làm chạy các thiết bị) được cung cấp bởi các nguồn điện mạng và chuyển đến NMĐHN bằng nhiều dòng độc lập.

- Trong trường hợp mất mạng điện, AC sẽ được tạo ra bởi các động cơ diesel cứu trợ tại chỗ (ít nhất có 2 để dự phòng), trong vòng chưa đầy 1 phút để làm chạy các Hệ cứu trợ làm nguội.

2. DIỄN BIẾN TAI NẠN

2.1. Hậu quả trực tiếp của thiên tai

Ngày 11/3/2011, vào 14:46 một trận động đất cường độ 9 xẩy đến ở Fukushima và 51phút sau gây ra sóng thần cao tới 14m. (Hình -5)

2.1.1. Hậu quả trực tiếp của trận động đất :

- Phá hủy các đường kết nối mạng điện với NMĐHN.

- Dập lò khẩn cấp (gài thanh điều khiển).

- Cách li tuabin chính.

- Khởi động máy phát điện diesel.

Cả 3 tác động trên đều thành công

2.1.2. Hậu quả trực tiếp của sóng thần :

- Làm ngập các phòng thiết bị mức thấp dưới 14m, rồi làm mất diesel ở cả ba LPƯ.

- Phá hỏng : các kết nối điện ; đầu nạp nước biển, bể trữ nước, đường ống nước ; đường đi, gây cản trở giao thông.

- Kết quả là mất dần các Hệ cứu trợ làm nguội Tâm lò của cả ba LPƯ đưa đến nóng chảy nguyên liệu.

2.2. Bảng tóm tắt các sự kiện

Các tổn hại và thời gian ước định là kết quả của mã máy tính vì hình, từ một máy ảnh thả vào lò, không đủ rõ để xác nhận rõ tình trạng Tâm lò. Ngoài ra đa số các thiết bị đo và ghi các thông số vật lý của lò không hoạt động vì mất điện nên tất cả các kết quả trung gian của mã tính không thể được kiểm chứng hết.

Gốc thời gian là lúc xuất hiện động đất

3. NGUYÊN NHÂN LÀM TAI NẠN TRỞ NÊN TRẦM TRỌNG

3.1. Thiết kế

- Mức đê bảo vệ của bốn LPƯ đầu tiên thấp hơn chiều cao của sóng thần.

- Trong thiết kế không xét đến kết hợp các sai hỏng đồng thời : kết quả của việc mất hết các nguồn điện cộng với sự mất nguồn cứu trợ làm nguội, trong nhiều ngày, đã không được xem xét đến.

3.2. Xử lí tai nạn

- Hậu quả của những khiếm khuyết trong thiết kế là không có phương thức điều hành thích hợp cho tai nạn, đặc biệt là các phương pháp để quản lý mực nước, áp suất trong Thùng lò và H₂ sinh ra.

- Việc giải thích các hiện tượng của nhân viên xử lí trở nên cực kỳ khó khăn vì mất các chỉ số đo lường.

- Các tác động dự kiến trễ rất nhiều vì nhân viên xử lí phải mò mẫm sau khi bị tắt đèn.

- Việc di chuyển thiết bị cứu trợ và lối vào các phòng thiết bị (để điều khiển bằng tay) đã bị cản trở bởi các vật liệu ứ đọng (bị tsunami phá hủy) ; chưa kể đến 5.000 liều kế cá nhân được lưu trữ đã cũng bị phá hủy bởi sóng thần làm hư hại.

- Cung cấp vật dụng cụ sai lầm (loại pin 2V thay vì 12 V, máy phát điện xách tay với điện áp và các kết nối không đúng) bởi khó khăn trong việc thông tin liên lạc.

- Việc mất các hệ thống thông tin đã gây phức tạp cho các « Trung tâm Xử lí Khủng hoảng » trong việc nhận thức chính xác về tình thế LPƯ và kiểm soát nhân viên xử lí để đưa ra các giải pháp ứng phó với tai nạn.

- Các thông tin liên quan đến tình hình bên trong và xung quanh NMĐHN không truyền được giữa các Cơ quan có trách nhiệm về an toàn : NISA (Nuclear and Industrial Safety Agency, trực thuộc Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp), Văn phòng Thủ tướng và các Trung tâm Xử lí Khủng hoảng tại NMĐHN hay tại Trụ sở toàn quốc.

3.3. Tổ chức nội bộ của Nhà vận hành:

- Số lượng nhân viên trong Trung tâm Cơ sở không đủ để xử lí tai nạn vì tầm rộng lớn (nhiều LPƯ bị hư hỏng cùng một lúc), và trong thời gian dài.

- Tương tác giữa nhiều đơn vị bị tai nạn làm phức tạp nhiệm vụ của nhân viên: nhân viên xử lí đã phải « tranh đấu » để có các nguồn cứu trợ (xe tải nước) và sự chú ý của các nhà lãnh đạo Trung tâm Xử lí Khủng hoảng tại Cơ sở.

3.4. Chia sẻ trách nhiệm kiểm tra An toàn

- Các hành động an toàn cũng bị chậm trễ vì thiếu sự phân chia rõ ràng về vai trò và trách nhiệm giữa các Trung tâm Xử lí Khủng hoảng tại Cơ sở hay tại Trụ sở toàn quốc.

- Có sự lẫn lộn trong hệ thống chỉ huy vì nhiều LPƯ bị liên quan cùng với sự phức tạp của tai nạn.

- Cơ cấu tổ chức trong Trung tâm Xử lí Khủng hoảng tại Cơ sở (có 12 đội ngũ hoạt động) chỉ đủ trong các tình trạng được định rõ trong các Phương thức Xử lí chứ không đủ để thực hiện thêm các nhiệm vụ bên ngoài các Phương thức đó.

3.5. Vài sự việc chứng tỏ khả năng sáng kiến, sự can đảm, và sức bền bỉ của nhân viên xử lí:

- Sử dụng bình điện xe nhân viên và máy phát điện di động của quản lý kho để phục hồi việc chiếu sáng, các thiết bị đo đạc và kiểm soát.

- Sử dụng xe chữa lửa để bơm nước làm nguội vào LPƯ, cách chọn lựa này không được quy định trong Phương thức xử lí tai nạn.

- Phun nước biển vào LPƯ khi việc tiếp liệu nước ngọt bị ngừng.

- Khi các thiết bị đo lường và hiển thị trong Phòng điều khiển bị hỏng, các thông số không thể truyền miệng bằng điện thoại đã được viết trên bảng trong Trung tâm Xử lí Khủng hoảng địa phương và truyền về báo cáo ở Tokyo bằng video.

- Nhân viên xử lí giao tiếp với bên ngoài rất khó khăn, ngay cả với gia đình của họ. Một khía cạnh đáng chú ý là các nhân viên nhà máy vẫn tiếp tục kiên trì làm việc dù không có tin tức gia đình.

Nếu không có lòng dũng cảm, sự bình tĩnh, tinh thần hy sinh của nhân viên xử lí với các điều kiện vô cùng khó khăn trong tai nạn, có thể các hậu quả còn bi đát hơn.

4. HẬU QUẢ PHÓNG XẠ

- Mặc dù cũng bị xếp vào nấc 7 của Thang INES, phóng xạ thải ra môi trường từ tai nạn Fukushima (nổ sau dập lò) bằng khoảng 10% của tai nạn Chernobyl (nổ với công suất).

- Đã có không có người chết vì phóng xạ. 6 trường hợp tử vong trong số nhân viên là do sóng thần hoặc các vấn đề sức khỏe cá nhân.

- Trong số 25.000 liều hấp thụ đã vượt quá giới hạn cho phép mỗi năm (20 mSv / năm) của người làm việc tại NMĐHN giữa tháng ba năm 2011 và tháng 11 năm 2012, có 167 vượt quá 100mSv và 6 vượt quá 250mSv. Nhắc lại rằng chưa bao giờ các liều hấp thụ tức thời 100mSv đã có ảnh hưởng tới sức khỏe, và từ tháng 3 đến tháng 8 năm 2011, các liều lên tới 250mSv đã được cho phép.

Một nghiên cứu dịch tễ học, ít nhất 30 năm, về bức xạ liều thấp đã được bắt đầu thực hiện với hơn hai triệu cư dân của Fukushima.

5. BÀI HỌC KINH NGHIỆM

Sau tai nạn, Quốc Hội Nhật Bản đã lập một Ủy ban Điều tra độc lập. Tháng 7/2012, Ủy ban đã công bố báo cáo với các điểm chính sau đây :

5.1. Công tố của Ủy ban Điều tra của Quốc hội

- Từ năm 2006, TEPCO đã có bằng chứng về nguy cơ tổn hại Tâm lò, kết quả của sự mất điện sau tsunami, nhưng TEPCO đã cố tình trì hoãn việc nâng cấp (lên tiêu chuẩn quốc tế) cho các biện pháp an toàn vì lợi ích của họ, chứ không phải của công chúng.

- Cơ quan An toàn NISA quản lý không hợp lệ và thông đồng với TEPCO. Đặc biệt Cơ quan này đã :

* Cho phép thêm thời gian để thực hiện các biện pháp bảo vệ an toàn, thay vì đòi hỏi tăng cường cơ cấu phù hợp với các tiêu chuẩn mới.

* Thiếu sót « Văn hoá An toàn » bằng cách không làm phân tích đầy đủ, mà coi như « Nhà máy điện hạt nhân đã an toàn" và như vậy đã không đưa ra các quy luật mới lại còn che chở các quyết định và hành động sai lầm.

* Không xác định đúng các đòi hỏi cơ bản nhất về an toàn như là : không đặt quy định nào dựa trên đánh giá xác suất xảy ra tai nạn, không chuẩn bị để đối phó với hậu quả và soạn thảo các kế hoạch bảo vệ công chúng (di tản ... )

5.2. Cải tiến dự tính của Nhà điều hành:

Tăng cường dội ngũ, đặc biệt trong trường hợp tai nạn:

- Tạo hai đội trong Trung tâm xử lí khủng hoảng tại Cơ sở.

- Tăng số nhân viên từ sáu đến tám trong ca đêm.

- Tạo ra hai Phòng Hỗ trợ Kỹ thuật tại Trung tâm xử lí khủng hoảng tại Trụ sở để quản lý sự xuất hiện đồng thời của một tai nạn hạt nhân và thiên tai.

- Có nhân viên thường trực ở mỗi nhà máy, 24 giờ một ngày, để nhanh chóng phục hồi khẩn cấp các nguồn điện hay Hệ bơm nước làm nguội LPƯ.

5.3. Đòi hỏi của Ủy ban Điều tra

- Tạo một ủy ban thường trực trong Quốc hội để giám sát các Cơ quan qui chế chịu trách nhiệm về an toàn dân sự.

- Các Cơ quan này phải đáp ứng các tiêu chuẩn sau:

* Độc lập đối với các Tổ chức chính phủ, Tổ chức chính trị, Nhà khai thác và Cổ đông công ty.

* Hoàn toàn minh bạch trong các quyết định và hành động của mình.

* Tính chuyên nghiệp đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế, đặc biệt liên quan đến: khả năng của nhân viên, chương trình trao đổi quốc tế, các vấn đề cập nhật công nghệ.

* Tạo những quy định mới để giám sát hoạt động của các LPƯ thế hệ cũ cùng tiêu chuẩn tháo dỡ LPƯ.

* Cải thiện thường xuyên các qui định đã có để đáp ứng sự an toàn và bảo vệ y tế dân sự với các tiêu chuẩn quốc tế cao nhất.

* Thiết lập hệ thống giám sát để thúc đẩy việc duy trì các tiêu chuẩn an toàn ở mức độ quốc tế cao nhất.

* Kiểm tra về vai trò (cần phải được xác định rõ ràng) của tất cả các Cơ quan nhà nước liên quan tới tác động khẩn cấp.

- Chính quyền quốc gia và địa phương phải chịu trách nhiệm về an toàn bức xạ ngoài Cơ sở để dành ưu tiên cho sức khỏe và an toàn dân sự

- Các Nhà khai thác phải :

* Có trách nhiệm xử lí tai nạn trong Cơ sở, bao gồm cả các trạng thái ngừng LPƯ.

* Chấp nhận sự kiểm soát tất cả các khía cạnh hoạt động của họ, bao gồm cả : quản lý bất trắc, tổ chức, phù hợp với tiêu chuẩn an toàn và kiểm tra Cơ sở của Cơ quan được chỉ định bởi Quốc hội.

KẾT LUẬN

Một phần tư thế kỷ sau tai nạn ở NMĐHN Chernobyl, và sau 40 năm kinh nghiệm khai thác NMĐHN, tai nạn ở Fukushima tuy không gây ra thiệt mạng vì phóng xạ nhưng đã làm kinh tế Nhật Bản phải lao đao. Các lý do chính của tai nạn là :

- Nhà khai thác đã để quyền lợi kinh tế tức thời lên trên bảo đảm an toàn nên không cập nhật (theo các qui luật mới quốc tế ) các thiếu sót thiết kế của các NMĐHN thế hệ cũ.

- Cơ quan kiểm tra an toàn lệ thuộc vào chính phủ.

- Giới lãnh đạo thiếu Văn hoá an toàn.

Dù Nhật Bản đã là một nước kỹ nghệ tân tiến và nhân viên NMĐHN có tinh thần kỷ luật làm việc rất cao mà cũng không tránh được tai nạn nghiêm trọng như vậy, thế thì với trình độ kỹ thuật và tinh thần làm việc hiện tại của Việt Nam, chúng ta có thể bảo đảm được việc vận hành an toàn các NMĐHN không ?

Tô Lệ Hằng

Ghi chú

[A] Report of Japanese government to the IAEA ministerial conference on nuclear safety – The accident at TEPCO’s Fukushima nuclear power stations. June 2011.

[B] “The official report of The Fukushima Nuclear Accident Independent Investigation Commission » Published by The National Diet of Japan 2012.

[C] Rapport n° PSN-RES/SAG/2012-00087: « Déroulement de l’accident de Fukushima sur les réacteurs 1 à 3 du séisme jusqu’au rétablissement pérenne des injections d’eau douce (25 mars 2011) »

[D] RGN Année 2013-N°1 « Les suites de l’accident Fukushima : où en est-on en mars 2013 ? » et RGN Année 2014-N°1 “Fukushima 2014: état des lieux et perspectives »