Als je hebt gelezen hoe kernreactoren werken, je kent de basisgedachte achter een kerncentrale. Op een hoog niveau, deze planten zijn vrij eenvoudig. Nucleaire brandstof, die in moderne commerciële kerncentrales wordt geleverd in de vorm van verrijkt uranium, produceert van nature warmte als uraniumatomen zich splitsen (zie de paragraaf Kernsplijting van Hoe kernbommen werken voor details). De warmte wordt gebruikt om water te koken en stoom te produceren. De stoom drijft een stoomturbine aan, die een generator laat draaien om elektriciteit op te wekken. Deze centrales zijn groot en kunnen over het algemeen iets produceren in de orde van grootte van een gigawatt aan elektriciteit op vol vermogen.

Om het vermogen van een kerncentrale regelbaar te maken, de uraniumbrandstof wordt gevormd tot pellets van ongeveer de grootte van een Tootsie Roll. Deze pellets worden end-on-end gestapeld in lange metalen buizen die brandstofstaven worden genoemd. De staven zijn gerangschikt in bundels, en bundels zijn gerangschikt in de kern van de reactor. Regelstaven passen tussen de splijtstofstaven en kunnen neutronen opnemen. Als de regelstaven volledig in de kern zijn gestoken, de reactor zou worden stilgelegd. Het uranium zal de laagst mogelijke hoeveelheid warmte produceren (maar zal nog steeds warmte produceren). Als de stuurstangen zo ver mogelijk uit de kern worden getrokken, de kern produceert zijn maximale warmte. Denk aan de warmte die wordt geproduceerd door een gloeilamp van 100 watt. Deze bollen worden behoorlijk heet - heet genoeg om een ​​cupcake in een Easy Bake-oven te bakken. Stel je nu een 1, 000, 000, Gloeilamp van 000 watt. Dat is het soort warmte dat op vol vermogen uit een reactorkern komt.

De reactoren die in Japan faalden, zijn Mark 1 kokendwaterreactoren die in de jaren zestig door General Electric zijn ontworpen. Dit is een van de eerdere reactorontwerpen, waarin de uraniumbrandstof water kookt dat direct de stoomturbine aandrijft. Dit ontwerp werd later vervangen door drukwaterreactoren vanwege veiligheidsproblemen rond het Mark 1-ontwerp. Zoals we gezien hebben, die veiligheidsproblemen veranderden in veiligheidsproblemen in Japan. Laten we eens kijken naar de fatale fout die tot een ramp leidde.

De fatale fout in kokend water kernreactoren

Een kokendwaterreactor heeft een achilleshiel - een fatale fout - die onzichtbaar is onder normale bedrijfsomstandigheden en de meeste faalscenario's. De fout heeft te maken met het koelsysteem.

Een kokendwaterreactor kookt water:dat is duidelijk en eenvoudig genoeg. Het is een technologie die meer dan een eeuw teruggaat tot de vroegste stoommachines. Terwijl het water kookt, het creëert een enorme hoeveelheid druk - de druk die zal worden gebruikt om de stoomturbine te laten draaien. Het kokende water houdt ook de reactorkern op een veilige temperatuur. Wanneer het de stoomturbine verlaat, de stoom wordt gekoeld en gecondenseerd om keer op keer te worden hergebruikt in een gesloten kringloop. Het water wordt met elektrische pompen door het systeem gerecirculeerd.

De kwetsbaarheid van het ontwerp speelt een rol als de elektrische pompen stroom verliezen. Zonder vers water in de ketel, het water kookt steeds verder weg, en het waterpeil begint te dalen. Als er genoeg water kookt, de splijtstofstaven komen bloot te liggen en raken oververhit. Op een gegeven moment, zelfs met de bedieningsstangen volledig ingestoken, er is genoeg warmte om de splijtstof te smelten. Hier komt de term meltdown vandaan. Tonnen smeltend uranium stromen naar de bodem van het drukvat. Op dat punt, het is catastrofaal. In het slechtste geval, de gesmolten brandstof dringt het drukvat binnen en komt in het milieu terecht.

Vanwege deze bekende kwetsbaarheid, er is een enorme redundantie rond de pompen en hun elektriciteitsvoorziening. Er zijn verschillende sets redundante pompen, en er zijn redundante voedingen. Stroom kan van het elektriciteitsnet komen. Als dat niet lukt, er zijn verschillende lagen back-up dieselgeneratoren. Als ze falen, er is een back-up batterijsysteem. Met al deze redundantie, het lijkt erop dat de kwetsbaarheid volledig is afgedekt. Er is geen manier om de fatale fout ooit aan het licht te brengen.

Helaas, kort na de aardbeving, het worstcasescenario ontvouwde zich.

Het worstcasescenario in de Japanse nucleaire crisis