Fact-checking della puntata di Atlantide (La7) – Approfondimento speciale su Fukushima Daiichi

di Elena Tonello e Davide Vavassori

Durante la puntata di Atlantide del 17 febbraio 2021 si è voluto ricordare l’incidente dell’impianto nucleare di Fukushima Daiichi, in occasione del decimo anniversario.
Andrea Purgatori, conduttore della trasmissione, ha ospitato il giornalista Pio d’Emilia in collegamento da Tokyo. Insieme hanno trasmesso e commentato il documentario “Fukushima: a nuclear story” (2015) di Matteo Gagliardi, con protagonista lo stesso d’Emilia.
Da ingegneri nucleari abbiamo seguito la trasmissione con molto interesse, non tanto per gli aspetti più tecnici, che abbiamo avuto modo di studiare, quanto più per poter conoscere anche il lato umano della vicenda. Crediamo, infatti, che sia fondamentale trasmettere le testimonianze degli abitanti dei territori che hanno vissuto in prima persona la tragedia del terremoto, dello tsunami e dell’evacuazione, così come quelle delle persone che si sono trovate a dover gestire la crisi, sia all’interno della centrale nucleare sia ai vertici del governo della nazione giapponese. Anche la narrazione in prima persona di un italiano che si trova ad affrontare una situazione del genere immerso in una cultura tanto diversa dalla nostra offre importanti spunti di riflessione.
Tuttavia, lo stesso d’Emilia introducendo il lmato ci dice che il documentario non vuole mostrare solo la parte giornalistica, ma vuole avere anche carattere informativo sul nucleare, auspicando che “guardando questo film la gente capisca davvero […] che cosa è successo, e soprattutto cosa può ancora succedere, a Fukushima […] e poi [capisca] come funziona una centrale nucleare e quali sono le problematiche”.
Alla luce della pretesa che il documentario si pone, ci sembra dunque importante riprendere e commentare alcuni dei passaggi della trasmissione, ed i messaggi che, a nostro avviso, ne emergono. In particolare:

  • La diffidenza verso le agenzie nazionali ed internazionali, come la NISA (Nuclear and Industrial Safety Agency), definita “un organo di censura” e la IAEA (International Atomic Energy Agency), di cui si sottolinea come sia per l’energia atomica. Il documentario utilizza, quasi esclusivamente, come fonte il Rapporto Kurokawa. Quasi esclusivamente, perché una parte sembra invece fare riferimento al rapporto tecnico della TEPCO, la società proprietaria della centrale (questo nonostante poco prima si fosse affermata la totale inaffidabilità della compagnia).
  • L’assoluta pericolosità delle radiazioni ionizzanti, la loro inafferrabilità e la nostra totale mancanza di difese nei loro confronti. Nel trattare questa tematica ci sembra si voglia far trasparire un alone di mistero come con la frase, “[la radioattività] non ha forma, non ha odore, non emette suoni, è un nemico invisibile, subdolo”. È facile in questo alone di mistero instillare sentimenti di timore ed alimentarli ricordando come “i propri figli possano ammalarsi di cancro o di leucemia per un cartone di latte sbagliato”.
  • La totale mancanza di sicurezza delle centrali nucleari, anche per le “bugie, i silenzi, le omertà di chi gestisce gli impianti” come ricorda Purgatori prima di una pausa pubblicitaria. A questo proposito il documentario sostiene in primo luogo, che il disastro di Fukushima “sia stato causato dall’uomo, e dunque tutt’altro che Sotegai” (imprevedibile, in giapponese), ma anche che “un disastro ben più grave è stato evitato perché una valvola si è rotta” e che “siamo salvi perché miracolosamente nel paese della tecnologia qualcosa non ha funzionato”. La conclusione del giornalista è lapidaria: “il nucleare non funziona”.
  • Il “disastro assoluto” che deriverebbe dal rilascio in mare “una quantità spaventosa di acqua radioattiva” utilizzata per raffreddare i reattori e come “il Pacifico, come tutti i mari, è già abbastanza inquinato, c’è molta radioattività, anche per una serie di sottomarini nucleari”.

Nel seguito, dunque, proveremo a riprendere queste considerazioni, ad approfondirle, spiegando i concetti chiave necessari per comprendere di cosa stiamo parlando e, dove necessario, a confutarle e correggerle.

Infine, prima di proseguire con il nostro approfondimento, non possiamo fare a meno di esternare la nostra amarezza, nel riconoscere che in una trasmissione in prima serata di un’emittente di carattere nazionale, si sia rinunciato alla possibilità di un dibattito critico, invitando un solo ospite apertamente schierato sulle stesse posizioni del conduttore.


Il Rapporto Kurokawa

Proseguiamo con un commento riguardo alle fonti utilizzate da d’Emilia nel suo racconto. Più volte durante il documentario viene citato “il Rapporto Kurokawa”: ma di cosa si tratta?
Il Rapporto Kurokawa è documento redatto da una Commissione di Inchiesta Indipendente del parlamento giapponese [1], dunque di natura politica, la prima nella storia della Costituzione Giapponese.
La commissione era presieduta da Kiyoshi Kurokawa, medico ed ex presidente del Consiglio della Scienza del Giappone. Gli altri membri erano un sismologo, un chimico, il consigliere del Presidente dell’Agenzia per la Cooperazione Internazionale Giapponese, due avvocati, un altro medico, il presidente della Società di Commercio e Industria della prefettura di Fukushima e un designer dei sistemi sociali. Nessun ingegnere o fisico nucleare.
La mancanza di un esperto di impianti nucleari all’interno della commissione è forse dovuta al ruolo secondario che la trattazione tecnica ha nel report (…anche se una rilettura da parte di un tecnico avrebbe potuto evitare errori come un “BWR da 1 milione di MWe”!). Il documento pone l’accento in modo particolare sulla gestione dell’emergenza da parte di TEPCO (la compagnia proprietaria della centrale), dello stesso governo giapponese e degli organi preposti al controllo e alla regolamentazione dell’energia nucleare in Giappone. La sequenza di eventi che ha caratterizzato l’incidente è ricostruita tramite le testimonianze degli operatori della centrale e non attraverso l’analisi e la ricostruzione tecnica di quanto accaduto.

Le conclusioni della commissione presieduta da Kurokawa, dopo 6 mesi di indagine, sono particolarmente severe nei confronti della gestione dell’emergenza sia da parte di TECPO che del Governo e, più in generale, della cultura giapponese, definita “troppo obbediente e riluttante nel mettere in discussione l’autorità”.
La frase “l’incidente è stato causato dalla collusione tra il governo, i regolatori e la TEPCO e dalla loro mancanza di capacità di gestione” che d’Emilia riporta nel suo documentario è effettivamente presente tra le conclusioni del report. Si sottolinea, inoltre, la necessità di provvedere a “riformare interamente la struttura dell’industria elettrica giapponese e le sue strutture governative e di controllo”.
A seguito del Rapporto Kurokawa, l’industria elettrica giapponese, ed in particolare quella nucleare, è stata fortemente ristrutturata: tutti gli impianti nucleari giapponesi sono stati temporaneamente fermati, per implementare nuovi standard di sicurezza. Oggi il Giappone ha 33 reattori nucleari classificati come Operable, 2 in costruzione e 27 in shutdown. 9 di questi reattori sono rientrati in funzione a partire dal 2015, ed altri 16 anno presentato la domanda di riattivazione e sono in attesa di approvazione. Nonostante il parere di Pio d’Emilia, dunque, pare che Giappone stia ancora puntando sulla tecnologia nucleare, anche per poter raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione al 2050.

Tenuto conto dell’intero contesto, tuttavia, riteniamo che estrapolare la sola frase: “il disastro fu profondamente causato dall’uomo” e utilizzarla per descrivere quanto successo alla centrale nucleare di Fukushima Daiichi nel marzo 2011 sia largamente ingeneroso.
Non possiamo non ricordare che il terremoto di magnitudo 9, il più forte mai registrato in Giappone, e il conseguente tsunami abbiano interamente distrutto edifici, villaggi, città, strade, ponti, dighe causando quasi 20000 vittime. È lecito parlare di “gravi errori e ostinata negligenza” per la sola centrale nucleare? Dovremmo considerare “man-made disasters” anche i crolli di tutte le altre infrastrutture civili? E soprattutto, è lecito utilizzare le conseguenze di un evento naturale tanto estremo, per concludere che “il nucleare non funziona” o non è sicuro?
A soli 12 km dalla centrale di Fukushima Daiichi, la centrale nucleare di Fukushima Daini è stata portata in condizione di “cold shutdown” in sicurezza. Più a nord e più vicino all’epicentro del sisma, la centrale nucleare di Onagawa non ha subito danni e oltre 2000 persone, tra cui anche civili residenti nelle aree circostanti, trovarono rifugio dal terremoto e dallo tsunami, all’interno della stessa centrale [2].

Infine, riguardo alle responsabilità civili e penali dell’incidente, ci sembra importante ricordare che, contrariamente a quanto affermato da d’Emila, diversi processi legali sono stati intrapresi nei confronti del governo giapponese, di TEPCO e dei suoi vertici.
Diversi verdetti sanciscono che la società proprietaria dell’impianto provveda a risarcire i residenti delle aree evacuate: ad oggi TEPCO ha risarcito circa 9700 miliardi di Yen [3].
L’ultima sentenza risale a settembre 2019, e riguarda la responsabilità penale di tre vertici TEPCO. Il verdetto sancisce l’assoluzione degli imputati dall’accusa di negligenza professionale per i fatti riguardanti l’incidente.

La radiazione: nemico invisibile?

Durante il documentario, la radioattività e le radiazioni ionizzanti sono presentate come un nemico invisibile. Ma quanto conosciamo questo fenomeno fisico che fa così tanta paura? Siamo sicuri che sia così invisibile? E poi, un nemico subdolo per chi?
In primo luogo diamo una breve definizione. La radioattività è il fenomeno fisico attraverso cui alcuni nuclei atomici, detti radionuclidi, si trasformano spontaneamente in nuclei atomici più stabili, emettendo le cosiddette radiazioni ionizzanti. I radionuclidi esistono spontaneamente in natura oppure possono essere prodotti dall’uomo per determinati scopi. La radioattività, le reazioni nucleari e le loro proprietà, infatti, vengono utilizzate in numerosi settori: dalla medicina, all’industria, alla ricerca.
Dunque davvero, come dice d’Emilia, la radioattività “non ha forma, non ha odore, non emette suoni, è un nemico invisibile, subdolo”? Per quanto potremmo stare a discutere a lungo su tutte queste affermazioni, limitiamoci a dire che sicuramente la radioattività è uno dei fenomeni fisici più facilmente misurabili! Si pensi che molti strumenti di laboratorio misurano fino a decine di μBq per metro cubo d’aria [4]: questo significa
misurare un singolo decadimento radioattivo su un campione di più di 1030 atomi!

A questo punto, ci sembra utile ricordare che, come sempre quando si tratta di effetti delle radiazioni sull’uomo, è necessario essere esposti ad una certa quantità di radiazione in un certo intervallo di tempo affinchè aumenti il rischio di effetti sulla salute. Più correttamente, se intendiamo valutare gli effetti di un’esposizione continuativa nel tempo (come quella causata dalla presenza di radioattività nell’ambiente) si utilizza come grandezza di riferimento la dose efficace, misurata in Sievert (Sv), in un anno. Per dare un’idea delle dimensioni di questa grandezza consideriamo che la dose efficace che ciascuno di noi riceve a causa del fondo di radiazione naturale è di circa 3 mSv/anno (il valore può variare, anche considerevolmente, in base alla regione in cui si vive, alle caratteristiche del terreno e alla quantità e tipologia di radionuclidi presenti naturalmente). Il limite italiano di dose efficace alla popolazione è di 1 mSv/anno: ovvero le attività che utilizzano radiazioni ionizzanti in Italia, devono garantire che la dose aggiuntiva che la popolazione riceve a causa della loro attività sia inferiore a tale limite. Il discorso non vale per i trattamenti medici, diagnostici o di terapia: si consideri, ad esempio, che una sola TAC può dare una dose efficace compresa tra 1 e 15 mSv, a seconda della parte del corpo interessata [5].

Infine, ricollegandoci alla tematica della medicina nucleare, vogliamo ricordare che proprio grazie alla diagnostica ed alla terapia mediante l’utilizzo delle subdole radiazioni nucleari ogni anno si salvano milioni di vite umane.

Il miracolo della valvola rotta?

Un’intera parte del documentario, intitolata “The miracle”, racconta di come una valvola difettosa abbia evitato un “disastro ben peggiore”, salvando “per caso” la città di Tokyo.
La valvola di cui parla d’Emilia è in realtà una paratia, quella che assicura la separazione tra la piscina del combustibile esausto e la parte sopra il reactor vessel, che nel caso dell’Unità 4, quella interessata dal “miracolo”, era allagata per consentire le operazioni di manutenzione. Dunque, come e quando è successo questo miracolo?
Proviamo prima a capire meglio come è fatta la piscina del combustibile ed il suo collegamento al reattore. Esiste effettivamente un sistema di guarnizioni (gate seals) che assicura la tenuta idraulica della pool gate, ovvero la porta che mette in collegamento la piscina ed il reattore [6]. Durante le operazione di trasporto del combustibile, questa viene aperta per permettere agli operatori di scaricare il combustibile dal core e riporlo nella piscina. L’11 marzo la pool gate era chiusa, garantendo dunque la separazione tra i due locali pieni di acqua, come mostrato nella foto di Figura 1.

Figura 1: Piscina del combustibile, Unità 4 della centrale di Fukushima Daiichi. Foto scattata il 7 novembre 2013, durante le operazioni di rimozione del combustibile, terminate il 22 dicembre 2014.

La pool gate deve garantire la tenuta idraulica della piscina del combustibile, ovvero assicurare che l’acqua della piscina non fuoriesca e passi nel locale sopra il reattore, il quale non contiene acqua durante il normale funzionamento. In queste condizioni, la massa di acqua nella piscina assicura la tenuta idraulica, esercitando una pressione sulla gate (Figura 2.a e 2.b). Al contrario, qualora una pressione maggiore fosse esercitata dal lato del reattore, per come è stato costruito il sistema, la tenuta idraulica non sarebbe più garantita.

Figura 2: Schema della pool gate. (a) Condizioni di normale funzionamento. (b) Condizione in cui la tenuta idraulica è garantita. (c) Condizione in cui la tenuta idraulica non è garantita.


In seguito allo tsunami ed al blackout dell’11 marzo, la mancanza di raffreddamento dell’acqua della piscina ha causato l’evaporazione di una parte dell’acqua, riscaldata dal calore di decadimento del combustibile.
Questo fenomeno non avvenne invece per l’acqua nel locale sopra il reattore, che non era a contatto con alcuna fonte di calore. Il livello dell’acqua nella piscina iniziò a calare e così anche la pressione esercitata sulla pool gate, dal lato della piscina. La pressione sulla gate dal lato reattore rimase invece invariata. In queste condizioni ci si trova dunque ad avere una pressione maggiore dal lato reattore, con la conseguente perdita di tenuta idraulica della gate (Figura 2.c). Il passaggio d’acqua dal reattore alla piscina può dunque esserci stato, ma più che “miracolo” lo definiremmo un fenomeno di natura idrostatica.
Facciamo anche notare che, al contrario di quanto affermato e mostrato da d’Emila nel documentario, la pool gate dell’Unità non si è rotta. Questo, oltre che essere riportato nel report IAEA, è osservabile nella foto in Figura 1, che è stata scattata alla piscina dell’Unità 4 durante le operazioni di rimozione del combustibile, a novembre 2013.

Ma abbiamo informazioni sulle effettive condizioni della piscina del reattore 4 nei giorni immediatamente successivi allo tsunami?
A causa della mancanza di elettricità, tutti i sistemi di monitoraggio dei parametri dell’acqua della piscina (temperatura e livello dell’acqua) non erano funzionanti. Nei primi giorni, non si ebbero dunque dati attendibili né sul livello né sulla sua temperatura.
Il primo dato certo sul livello dell’acqua risale al 16 marzo, quando a seguito dell’esplosione dell’Unità 4 un elicottero sorvolò il reattore, confermando la presenza di acqua nella piscina a coprire il combustibile.
Negli anni successivi sono stati fatti diversi studi basati su modelli matematici di bilancio di massa ed energia, per cercare di ricostruire l’andamento dei parametri dell’acqua della piscina, sia nei giorni immediatamente successivi all’incidente sia nei mesi successivi, quando il monitoraggio dei parametri tornò disponibile.

In particolare, i due modelli principali si differenziano per le ipotesi alla base:

1) Modello illustrato nel report TEPCO 2012 [7] e ripreso con ipotesi simili dalla National Academy of Science, Engineering and Medicine (NASEM) degli Stati Uniti [6]: Si suppone che le vibrazioni causate dal terremoto e l’impatto dell’esplosione dell’edificio abbiano causato complessivamente una diminuzione, pressoché istantanea, del livello dell’acqua di 1,5 m. Queste ipotesi, seppur verosimili, non sono state confermate né da misurazioni né da osservazione diretta da parte degli operatori della centrale. Inoltre il modello suppone un flusso di acqua in ingresso alla piscina causato dalla perdita di tenuta idraulica della pool gate.
2) Modello proposto da Wang et al., dell’Oak Ridge National Laboratory (ORNL) [8]: In questo caso, non si suppongono né perdite iniziali dovute al sisma e all’esplosione né flussi in ingresso nella piscina.

Entrambi i modelli di basano sullo stesso bilancio di energia, in cui si considera un calore di decadimento di 2.26 MW come sorgente che provoca l’aumento di temperatura dell’acqua e la sua evaporazione. I risultati dell’andamento temporale del livello dell’acqua sono riportati nel grafico in Figura 3.

Figura 3: Andamento del livello dell’acqua nella piscina del combustibile dell’Unità 4.

Come possiamo notare i risultati di tutti e tre i modelli predicono che il livello dell’acqua non scenda mai sotto il livello delle barre di combustibile ed, inoltre, sono in grado di riprodurre bene il trend delle misure sperimentali disponibili a partire da dopo il 20 aprile 2011.
Per tutti e tre i modelli, il livello dell’acqua scende in modo monotono fino a quando non hanno inizio le immissioni di acqua nella piscina attraverso le autopompe. Queste corrispondono ai picchi visibili nel grafico a partire dal 20 marzo.
In conclusione, il buon accordo di tutti e tre i modelli con i dati sperimentali disponibili e la mancanza di misure nella primissima fase successiva al terremoto, rendono ugualmente plausibili entrambe le ipotesi di partenza.

Infine, nell’ipotesi in cui il combustibile fosse rimasto scoperto a causa dell’evaporazione dell’acqua, Tokyo sarebbe “stata annientata”?
A questa domanda possiamo con certezza rispondere di no, ed in particolare possiamo escludere qualsiasi contributo distruttivo associabile ad una detonazione nucleare. Non è successo nelle Unità 1, 2 e 3 che erano in funzione al momento del sisma e tanto meno poteva accadere nella piscina dell’Unità 4.
Qualora l’acqua fosse evaporata completamente, il combustibile avrebbe iniziato a surriscaldarsi andando incontro ad una parziale o completa fusione, evento che si definisce meltdown. La prima conseguenza del meltdown è la fusione della guaina della barretta di combustibile e la conseguente perdita di confinamento dei prodotti di fissione gassosi. Se questo evento fosse avvenuto nella piscina del combustibile dell’Unità 4, avrebbe sicuramente comportato un rilascio di una significativa quantità di radionuclidi in atmosfera.
Ricordiamo tuttavia, che nonostante i tre meltdown delle Unità 1, 2 e 3 ed il rilascio di una significativa quantità di radionuclidi in atmosfera, entrambi i report del WHO [9] (World Health Organization) e dell’UNSCEAR [10] (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation) concludono che l’incidente di Fukushima abbia avuto ed avrà effetti molto piccoli sulla salute della popolazione Giapponese dal punto di vista radiologico.
In particolare, riportiamo quanto conclude il report UNSCEAR (che è il più recente tra i due). La dose efficace, stimata per eccesso, per il primo anno alla popolazione delle zone evacuate è compresa tra 4.9 e 9.3 mSv per gli adulti, tra 5.4 e 10 mSv per i bambini (< 10 anni) e tra 7.3 e 13 mSv per i neonati (< 1 anno). Questi valori corrispondono, nel caso peggiore a circa 5 volte il fondo ambientale, e sono paragonabili alla dose ricevuta durante una TAC. Il report [10] conclude che “per la popolazione giapponese, che abitava le zone interessate dal rilascio di radioattività a seguito dell’incidente di Fukushima Daiichi con un’esposizione nel primo anno dopo l’incidente dello stesso ordine di grandezza o minore rispetto all’esposizione dovuta alla radioattività naturale […], la Commissione ha valutato che il rischio calcolato sull’arco temporale della durata della vita è così piccolo che non ci si aspetta un aumento dell’incidenza futura di effetti sulla salute dovuti all’esposizione alle radiazioni, né per la popolazione né per i loro discendenti”.

L’acqua radioattiva

Un altro tema che ha trovato spazio durante la puntata, anche se non direttamente nel documentario, è quello “dello sversamento di milioni di tonnellate di acqua radioattiva nell’oceano”.
Questa problematica, negli ultimi anni, ha sollevato le preoccupazioni di molte associazioni ambientaliste e più volte anche dei media: lo stesso Purgatori durante la puntata di Atlantide lo ha definito “un disastro assoluto”. Ci rendiamo conto che affermare che “verranno sversati in mare un milione e 200 mila tonnellate di rifiuti radioattivi” possa destare preoccupazioni. Ma di che rifiuti radioattivi stiamo parlando? Questa operazione è in alcun modo pericolosa per l’uomo o per l’ambiente?
Il termine “rifiuto radioattivo”, da solo, può portare fuori strada: ad essere sversata in mare, infatti, sarà l’acqua che è stata (ed è ancora) utilizzata per il raffreddamento dei reattori danneggiati. E perché quest’acqua può essere considerata “rifiuto radioattivo”?
Scorrendo a contatto con il combustibile nucleare, l’acqua si “attiva” attraverso due processi: (1) il disciogliendo dei prodotti di fissione presenti nel combustibile. Tramite questo processo l’acqua si contamina con diversi radionuclidi, tra cui i principali sono sono Cesio-137, Cesio-134, Stronzio-90, Iodio-129; (2) l’attivazione, mediante reazione (D, n) degli stessi atomi di deuterio che compongono la molecola di acqua. Il deuterio è infatti un isotopo naturale dell’idrogeno, (percentuale isotopica: 0.015%), che reagisce con i neutroni, prodotti dalla reazione di fissione, generando trizio, un altro isotopo dell’idrogeno, che a differenza del deuterio è però radioattivo.
Attualmente l’acqua di cui stiamo parlando è stoccata all’interno di cisterne presso il sito di Fukushima Daiichi. Prima di essere stoccata, l’acqua è già stata parzialmente trattata mediante un processo denominato ALPS (Advanced Liquid Processing System) [11, 12]. Questo primo trattamento ha permesso di ridurre la quantità di radionuclidi disciolti in acqua di circa un milione di volte, riducendo i livelli di radioattività in prossimità delle cisterne a valori che non comportino rischi per gli operatori (< 1 mSv/anno). Tuttavia i valori non sono ancora compatibili con i limiti di legge per il rilascio dell’acqua in ambiente, e dunque, il processo di depurazione dovrà essere ripetuto.
Il processo ALPS è molto efficace per ridurre i radioisotopi disciolti nell’acqua, ma non è in grado di ridurre il quantitativo di trizio. Questo è dovuto al fatto che dal punto di vista chimico il trizio si comporta come l’idrogeno: all’interno di una molecola di acqua, il trizio tende a sostituirsi ad uno o ad entrambi gli atomi di idrogeno originando la cosiddetta acqua triziata (HTO o T2O). Avendo le stesse caratteristiche chimiche, il processo ALPS non è in grado di separare l’acqua triziata dall’acqua e dunque di ridurre la concentrazione di trizio.

Dunque, il “problema dell’acqua radioattiva di Fukushima” è il trizio. Ma che caratteristiche ha questo radionuclide? E quali sono i suoi effetti sull’uomo?
Il trizio è un isotopo radioattivo dell’idrogeno, il cui nucleo è composto da un protone e due neutroni, e che decade attraverso il processo β con un tempo di dimezzamento pari a 12.3 anni. L’elettrone emesso nel processo β può avere un’energia massima di 18.6 keV e dunque può percorrere una distanza di circa 6 mm in aria. Grazie al breve libero cammino medio della radiazione emessa, il trizio non causa problemi se si trova all’esterno del corpo umano: tutte le radiazioni, infatti, sarebbero fermate dal primo strato della pelle. Il trizio può avere effetti sulla salute umana, dunque, solo in caso di contaminazione interna, ovvero in caso di inalazione, ingestione o assorbimento transcutaneo del radionuclide.
Fatta questa premessa, torniamo ad occuparci dell’acqua stoccata presso la centrale di Fukushima Daiichi, presentando qualche dato quantitativo. Di quanta radioattività stiamo parlando? Quale sarebbe la dose efficace per la popolazione a causa del suo sversamento nell’oceano?
A dicembre 2020 il volume complessivo di acqua stoccata era di 1.23 milioni di m3 (1.23 miliardi di litri) e la sua attività totale è pari a 860 TBq [12] (1 TBq = 1012 Bq, 1 Bq = 1 decadimento al secondo). Il numero può sembrare molto grande, ma anche il numero totale di atomi presenti nel volume d’acqua lo è! Supponendo che l’attività sia dovuta interamente al trizio, si ottiene che un’attività di 860 TBq corrisponde a circa 5 x 1023 atomi di trizio, da confrontare con gli oltre 1035 atomi presenti in un milione di m3 di acqua: in pratica, stiamo dicendo che gli atomi radioattivi nelle cisterne di Fukushima Daiichi sono circa 1 ogni 5000 miliardi, o se preferite, che in quel miliardo di litri di acqua ci sono meno di 20 grammi di acqua triziata!
Inoltre, come detto, l’attività dell’acqua stoccata dovrà essere ulteriormente ridotta: solamente il 25-30% del volume ha completato il processo ALPS, il restante 70-75% verrà sottoposto nuovamente a filtraggio per ridurre ulteriormente la presenza di Cesio, Stronzio, Iodio ecc. Ad ogni modo, facciamo una stima conservativa: supponiamo che la radioattività presente oggi sia tutta dovuta al trizio, ed in più aggiungiamo anche un contributo di radioattività dovuta ai radionuclidi Cs-137, Cs-134, Sr-90 e I-129 come se fossero presenti in tutte le cisterne ad una concentrazione (Bq/l) pari al limite di legge. (I radionuclidi scelti sono quelli maggiormente presenti nelle cisterne di acqua, anche se solo in alcune i limiti di legge sono superati).
Utilizzando il modello di valutazione UNSCEAR [13] per stimare la dose individuale dovuto al rilascio dell’intero quantitativo di acqua radioattiva, ad un rate costante per un anno. Questo calcolo tiene conto sia dell’ingestione di alimenti contaminati sia dell’esposizione esterna dovuta a sedimenti di sabbia e stima una dose efficace pari a circa 0.0001 mSv/anno, ovvero meno di 1/10000 volte il fondo ambientale giapponese (2.1 mSv/anno). Dosi di questa portata risultano dunque trascurabili rispetto allo stesso fondo ambientale.

Infine, vorremmo commentare una considerazione fatta da d’Emilia verso la fine della trasmissione, nella quale si fa riferimento alla radioattività degli oceani e si lascia intendere che questa sia dovuta principalmente a ragioni di natura antropica, come ad esempio “i sottomarini nucleari sepolti”. Ma è davvero l’attività umana ad essere causa della radioattività degli oceani? Quali sono i radionuclidi maggiormente presenti nell’acqua del mare?
Per rispondere, compariamo la radioattività marina dovuta al Cs-137, ovvero il radionuclide di origine antropica più abbondante, con il K-40, che è il radionuclide responsabile della maggior parte della radioattività naturale degli oceani.
Per quanto riguarda il Cs-137, si stima che il contributo principale agli oceani sia di 950 PBq (1 PBq = 1015 Bq) in seguito ai test nucleari tra gli anni 1945-1963, di 100 PBq in seguito a all’incidente di Chernobyl e di 90 PBq (nel peggiore dei casi) in seguito all’incidente di Fukushima [14]. Il totale si aggira dunque, intorno a 1140 PBq. Il contributo del K-40 è invece di 15000000 PBq! Dunque, se contassimo tutti i decadimenti radioattivi che avvengono nell’oceano, scopriremmo che solamente uno ogni 13000 è causato dall’uomo.

Figura 5: Confronto tra le attività di due dei principali radionuclidi naturali (K-40 e U-238) con quella del Cs-137, di origine antropica. In entrambi i casi, i valori indicati si riferiscono al contributo totale degli oceani.
Riassunto degli eventi

Infine, per i più temerari che sono arrivati a leggere fin qui, riportiamo breve riassunto degli eventi che hanno interessato i 6 reattori nucleari della centrale di Fukushima Daiichi a partire dall’11 marzo 2011. Il riassunto si basa sui fatti riportati nel Technical Volume 1 del Report IAEA (International Atomic Energy Agency) sull’Incidente di Fukushima [15].
Una nota doverosa prima di iniziare il riassunto: IAEA non è affatto una specie di organizzazione di parte a sostegno dell’energia nucleare, come d’Emilia sostiene nel documentario. IAEA è un’organizzazione internazionale, che risponde direttamente all’Assemblea Generale dell’Organizzazione delle Nazioni Unite e al suo Consiglio di Sicurezza. L’Italia, come altri 171 Paesi, è uno Stato Membro della IAEA. L’obiettivo primario di questa organizzazione è lo sviluppo pacifico dell’energia atomica ed il sostegno tecnico-scientifico, nel segno della cooperazione internazionale, ai Paesi che si vogliano dotare di tecnologie nucleari, non solo legate alla produzione di energia. Il Report sull’Incidente di Fukushima è stato redatto nel 2015 da 180 esperti di 42 Stati Membri.

Figura 5: Schema dei reattori BWR con Sistema di Contenimento Primario (Primary Containment Vessel) di tipo Mark 1. Le Unità 1, 2, 3 e 4 di Fukushima Daiichi erano di questo tipo.

La centrale nucleare di Fukushima Daiichi comprende 6 unità di reattori nucleari di tipo Boiling Water Reactor (BWR). Una rappresentazione schematica della struttura principale è riportata in Figura 5.


Al momento del terremoto dell’11 marzo 2011, le Unità 1, 2 e 3 della centrale operavano a piena potenza, mentre le Unità 4, 5 e 6 non erano operative per le operazioni di manutenzione programmata. In particolare, tutto il combustibile dell’Unità 4 era stato spostato dal core del reattore alla piscina per il combustibile esausto. Per permettere questa operazione, il reattore viene completamente allagato così da mantenere il combustibile sempre sotto il livello dell’acqua durante il trasferimento.
Le Unità 5 e 6, pur non producendo potenza elettrica, avevano il combustibile caricato all’interno del core.

Conseguenze del terremoto:
Lo shutdown delle Unità 1, 2 e 3 è avvenuto automaticamente non appena gli appositi sensori hanno rilevato il sisma. Il terremoto tuttavia ha causato un black-out in tutta la regione e quindi la perdita di alimentazione elettrica. I generatori diesel di emergenza della centrale sono dunque entrati in funzione.

Conseguenze dello tsunami:
Circa 40 minuti dopo il sisma, due onde di tsunami, di cui la seconda di circa 15 metri di altezza, hanno investito la centrale di Fukushima Daiichi, superando la barriera marittima alta 10 m.
Lo tsunami ha danneggiato gravemente il sistema di raffreddamento che portava l’acqua dal mare ai reattori e ha allagato tutti i locali nella parte bassa degli edifici, dove erano posti i generatori diesel di emergenza.
Le Unità 1 e 2 rimasero immediatamente senza corrente elettrica, perdendo il controllo di molti sensori, mentre i generatori diesel dell’Unità 3 continuarono a funzionare per circa 30 ore.

Unità 1:
L’Unità 1, la più vecchia e con un sistema di raffreddamento del core differente rispetto alle altre Unità, è stata la prima a perdere la capacità di raffreddare il combustibile, circa un’ora dopo lo tsunami. Questo ha comportato l’evaporazione dell’acqua all’interno del pressure vessel (PV) e il conseguente aumento di pressione nel sistema di contenimento primario (primary containment – PC) . Per contrastare l’aumento di pressione, che raggiunse valori ben oltre la pressione massima di progetto, si utilizzarono spray antincendio collegati alle pompe delle autocisterne dei vigili del fuoco, per iniettare acqua all’interno del PC. Una volta terminata la disponibilità di acqua dolce, le pompe furono connesse ad una riserva di acqua di mare, creatasi a seguito dello tsunami.
Alle ore 15:36 del 12 Marzo, poco meno di un giorno dopo lo tsunami, una fuga di idrogeno dal PV, al PC ed il suo accumulo nell’edificio del reattore (reactor building – RB), provocò un’esplosione che scoperchiò la parte superiore dell’edificio.
A causa di questa esplosione, il sito fu evacuato per qualche ora rallentando le operazioni sulle altre Unità, in particolare l’Unità 3 che iniziava a trovarsi in condizioni critiche.
Oggi, si suppone che l’Unità 1 sia quella che ha subito i danni maggiori a seguito dell’incidente: si stima che tutto il combustibile si sia fuso ed abbia forato il fondo del PV, adagiandosi nella parte bassa del PC, dove si è solidificato.

Unità 2:
Nonostante la perdita della maggior parte dei sensori di controllo a causa della mancanza di corrente, il sistema di raffreddamento primario del core ha continuato a funzionare per oltre 70 ore. Questo, tuttavia, è stato fortemente compromesso dall’esplosione nell’Unità 3 del 14 marzo. Tale esplosione ha compromesso sia il sistema di depressurizzazione del primary containment verso l’atmosfera sia lo stesso sistema di raffreddamento del core. Da questo momento in poi, si è verificato un aumento della pressione sia nel pressure vessel sia nel primary containment. All’alba del 15 marzo, gli operatori presenti nella sala di controllo avvertirono un’esplosione, seguita dalla fuoriuscita di vapore dall’Unità 2, il cui edificio risultava comunque intatto, e constatarono una diminuzione della pressione all’interno della stessa Unità. Si pensa che la causa di questo evento sia stata una perdita nel sistema di confinamento primario, che comportò il rilascio in atmosfera di una significativa quantità di radionuclidi. A questo evento si deve il massimo valore di dose registrato durante tutto il corso dell’emergenza.
Oggi si stima che in questo reattore una frazione consistente del core si sia fuso, ma solo una parte sia fuoriuscita dal pressure vessel.

Unità 3:
Il raffreddamento del combustibile nell’Unità 3 è continuato per circa 36 ore dopo lo tsunami, dapprima utilizzando il sistema di raffreddamento primario e poi utilizzando il sistema di immissione d’acqua di emergenza. Gli operatori, tuttavia, iniziarono ad essere preoccupati per il possibile malfunzionamento di una turbina ed il conseguente rilascio incontrollato di vapore radioattivo nel RB. Decisero quindi di disattivare manualmente il sistema di emergenza (che funzionava ad alta pressione), in favore di un sistema a più bassa pressione. Affinché questo fosse possibile, sarebbe stato necessario prima depressurizzare il PV, tramite delle valvole di sicurezza che però non si aprirono. La pressione nel PV rimase troppo alta per utilizzare il sistema a bassa pressione ed inoltre non fu possibile, nonostante i tentativi, riattivare il sistema di emergenza ad alta pressione. L’acqua nel PV iniziò ad evaporare ed il combustibile a surriscaldarsi.
Successivamente, gli operatori riuscirono, anche utilizzando le batterie delle auto, ad aprire le valvole di sicurezza del PV, depressurizzandolo e rendendo possibile l’immissione di acqua e boro tramite il sistema a bassa pressione. Conseguentemente, la pressione nel PC aumentò ed entrò in funzione il sistema di rilascio controllato in atmosfera. Entrarono anche in funzione gli spray antincendio del PC, collegati allo stesso sistema di pompaggio utilizzato per l’Unità 1.
Nelle ore successive, tuttavia, problemi al il sistema di ventilazione in atmosfera e la mancanza di acqua per alimentare gli spray antincendio, comportarono un forte aumento di pressione nel PC e la fuga di vapore radioattivo ed idrogeno nel RB. La dose misurata all’ingresso del RB aumentò fortemente nel pomeriggio del 13 marzo. Alle ore 11:01 del 14 marzo, una seconda esplosione, dopo quella del Unità 1, scoperchiò l’edificio del reattore 3.
Come per l’Unità 1, anche per la 3 si stima che l’intero core si sia fuso e abbia forato il PV, per depositarsi infine sul fondo del contenitore primario.

Unità 4:
L’Unità 4 era in manutenzione programmata al momento dello tsunami. Non vi era combustibile all’interno del core. La piscina di raffreddamento, posta nella parte alta dell’edificio, tuttavia, conteneva più di 1300 elementi di combustibile, che producevano ancora una grande quantità di potenza termica (calore) a causa del decadimento radioattivo.
La perdita di corrente elettrica e dei generatori diesel di emergenza fermò il sistema di raffreddamento della piscina, così come tutti i sistemi di monitoraggio di temperatura e livello dell’acqua.
Pochi minuti dopo l’esplosione all’Unità 2, verso le 6:15 del mattino del 15 marzo, una quarta esplosione ha divelto la parte superiore dell’edificio. Le cause dell’esplosione sono state attribuite ad una fuga di idrogeno, dall’Unità 3 alla 4, attraverso delle condutture comuni ai due edifici.

Unità 5 e 6:
Queste due Unità erano quelle costruite più recentemente, a cavallo tra gli anni ’70 e ’80, ed il loro sistema di confinamento primario, di tipo Mark II, era differente da quello degli altri 4 reattori. Erano inoltre situati a circa 500 m dalle altre Unità.
Le Unità si trovavano in condizione di cold shutdown al momento dell’incidente. A causa del calore di decadimento era comunque necessario mantenere attivi i sistemi di raffreddamento del core.
Al momento del terremoto, anche queste due unità furono interessate dalla perdita di alimentazione elettrica esterna, tuttavia, uno dei generatori diesel di emergenza dell’Unità 6, situato ad un piano più alto, rimase operativo anche dopo lo tsunami, permettendo all’Unità 6 di continuare le attività di raffreddamento.
L’Unità 5 rimase invece senza raffreddamento e la pressione e la temperatura all’interno del PV iniziarono ad aumentare. Dopo circa 10 ore senza raffreddamento, una volta raggiunta la pressione di apertura, la valvola di sicurezza si aprì, riducendo la pressione all’interno del PV. Questo si verificò diverse volte, fino a quando nella mattinata del 12 marzo fu ripristinato il collegamento elettrico con il generatore di emergenza dell’Unità 6, rendendo possibile riprendere operazioni di raffreddamento.

REFERENZE

[1] https://warp.da.ndl.go.jp/info:ndljp/pid/3856371/naiic.go.jp/en/report/
[2] M. Ibrion, N. Paltrinieri, A. R. Nejad, Results in Engineering, Volume 8, 2020, 100185 (https://doi.org/10.1016/j.rineng.2020.100185)
[3] https://www.tepco.co.jp/en/hd/newsroom/press/archives/2020/20201124_01.html
[4] O. Masson et al, PNAS August 20, 2019, 116 (34), 16750-16759 (https://doi.org/10.1073/pnas.1907571116)
[5] L. Yu et al, Imaging in medicine, Volume 1, 2009, 65-84 (https://doi.org/10.2217/iim.09.5)
[6] National Academies of Sciences, 2016, Engineering, and Medicine, Lessons Learned from the Fukushima Nuclear Accident for Improving Safety and Security of U.S. Nuclear Plants: Phase 2, Chapter 2, Washington, DC: The National Academies Press (https://doi.org/10.17226/21874)
[7] TEPCO. 2012 Fukushima Nuclear Accident Investigation Report (Attachments), Tokyo: TEPCO. Available at https://www.tepco.co.jp/en/press/corp-com/release/betu12_e/images/120620e0106.pdf
[8] D. Wand et al, Nuclear Technology, Volume 180, 2012, (https://doi.org/10.13182/NT12-A14634)
[9] World Health Organization, 2012, Preliminary dose estimation from the nuclear accident after the 2011 Great East Japan earthquake and tsunami (ISBN: 9789241503662)
[10] UNSCEAR 2013 Report to the General Assembly, Volume 1 ,SCIENTIFIC ANNEX A: Levels and effects of radiation exposure due to the nuclear accident after the 2011 great east-Japan earthquake and tsunami (ISBN: 9789211422917)
[11] https://www.meti.go.jp/english/earthquake/nuclear/decommissioning/pdf/alpsqa_202012.pdf
[12] https://www.tepco.co.jp/en/decommission/progress/watertreatment/images/200324.pdf
[13] https://www.unscear.org/unscear/en/publications/2016.html
[14] K.O. Buesseler, Oceanography, Volume 27(1), 2014, 92-105, (http://dx.doi.org/10.5670/oceanog.2014.02)
[15] https://www.iaea.org/publications/10962/the-fukushima-daiichi-accident

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