Polska ma ważne powody, by budować elektrownie jądrowe. Istniały one przed trzęsieniem ziemi w Japonii – i istnieją nadal. Ale wobec awarii elektrowni jądrowej Fukushima i zaniepokojenia ludności jej możliwymi skutkami warto najpierw zrozumieć, co naprawdę zdarzyło się w Japonii – i czy może to zdarzyć się u nas. Dopiero potem – jeśli okaże się że nie ma powodów do strachu – można spokojnie zastanowić się czy warto budować w Polsce elektrownie atomowe
Co stało się w Fukushimie?
Nie ma na świecie takich urządzeń, które wytrzymywałyby wszystko – i reaktory jądrowe nie są wyjątkiem. Wprawdzie przeszły one długą drogę rozwoju i doskonalenia, są odporne na wiele zagrożeń powodowanych przez awarie urządzeń, błędy człowieka i katastrofy naturalne, ale to od człowieka ustalającego ich założenia projektowe zależy, jakie wstrząsy sejsmiczne, jaką powódź i jakie uderzenie samolotu może elektrownia jądrowa wytrzymać.
Wymagania wobec konstrukcji reaktorowych rosną z każdym dziesięcioleciem, nie tylko wskutek wniosków, jakie wyciągamy z awarii, które już wystąpiły lub mogły wystąpić, ale także dzięki analizom i badaniom prowadzonym przez przemysł reaktorowy po to właśnie, by do awarii nie doszło. Reaktory III generacji budowane już w Finlandii, Francji i w Chinach są tak właśnie skonstruowane, by były odporne nawet na takie kataklizmy jak trzęsienie ziemi i tsunami w rejonie Fukushimy.
Można by oczekiwać, że reaktory budowane w Japonii powinny być odporne na trzęsienie ziemi. Przecież Japonia znajduje się na „Ognistym Pierścieniu” okalającym cały Ocean Spokojny, i wstrząsy sejsmiczne występują tam często. Ale reaktory w Fukushima były zaprojektowane bardzo dawno temu – pierwszy z nich 1965 roku – kiedy wymagania bezpieczeństwa i możliwości techniczne były znacznie niższe od obecnych. Przy ich projektowaniu brano pod uwagę trzęsienie ziemi – ale nie przewidziano tak ogromnego tsunami.
Przy projektowaniu układów chłodzenia w Fukushimie uwzględniono możliwość trzęsienia ziemi. Dlatego reaktory w Fukushimie, podobnie jak i pozostałe reaktory w Japonii, przetrwały to trzęsienie ziemi bez uszkodzeń, chociaż było ono najsilniejszym zanotowanym w historii tego kraju, a wyzwolona energia była tak olbrzymia, że spowodowała przesunięcie głównej wyspy Japonii o 2,4 metra.
W chwili, gdy zachodziły te wstrząsy, reaktory wyłączyły się – tak jak powinny – i generacja ciepła wskutek reakcji rozszczepienia ustała. W paliwie wydzielało się jeszcze tylko ciepło, zwane ciepłem powyłączeniowym, generowane wskutek emisji promieniowania powodowanego przez rozpad produktów rozszczepienia, takiego jak promienie gamma lub beta emitowane przy rozpadzie jodu czy kryptonu. Natężenie tego grzania po dwóch godzinach od wyłączenia reaktora wynosi około 1% pełnej mocy reaktora przed wyłączeniem -mało, ale dla reaktora o mocy 3000 MW cieplnych to jeszcze wciąż jest 30 MW. Do odbioru grzania powyłączeniowego służą specjalne układy chłodzenia – w Fukushimie włączyły się one prawidłowo i przez blisko godzinę po trzęsieniu ziemi odbierały z powodzeniem ciepło z reaktora. Paliwo studziło się, a ciepło odebrane od reaktora przejmowała wodą chłodząca płynąca w układach rur i pomp na zewnątrz elektrowni. A chociaż wskutek trzęsienia ziemi sieć energetyczna Japonii padła i elektrownia nie mogła dostać zasilania z zewnątrz, jej układy chłodzenia pracowały skutecznie nadal, bo elektrownia dysponowała własnymi awaryjnymi źródłami energii elektrycznej. Ale po godzinie uderzyło tsunami.
Konstruktorzy elektrowni podczas jej budowy dostali od specjalistów hydrologów i sejsmologów dokładne wytyczne, przed jakimi zjawiskami mają chronić elektrownię. Zgodnie z zasadami obrony w głąb, zaprojektowali elektrownię tak mocną, że wytrzymała to największe w historii Japonii trzęsienie ziemi. Niestety, tsunami przeszło wszelkie oczekiwania. Ściana chroniąca elektrownię przed tsunami miała 6,5 metra wysokości – a tsunami miało więcej, około 10 – 12 metrów. Spiętrzony wał wody przelał się ponad ścianą ochronną i zniszczył wszystko, co nie było chronione przez obudowy bezpieczeństwa reaktorów. Niestety, pompy i rurociągi łączące układy chłodzenia w reaktorach z basenami chłodzenia poza reaktorami nie były chronione potężnymi osłonami, tak jak są chronione same reaktory. Również i silniki Diesla nie były wystarczająco zabezpieczone – uderzenie tsunami spowodowało ich zalanie i uszkodzenie, elektrownia znalazła się bez zasilania w wodę i energię. Uderzenie tsunami w budynki, gdzie pracowały generatory zasilania awaryjnego, spowodowało także zalanie zbiorników paliwa. Próby podłączenia małych silników diesla, jakie udało się sprowadzić do elektrowni, okazały się bezskuteczne – zasilania elektrycznego nie udało się przywrócić.
Chociaż natężenie grzania powyłączeniowego malało z każdą godziną, było wciąż jeszcze znaczące – po upływie 24 godzin od wyłączenia moc reaktora nr 2 wynosiła około 0,5% pełnej mocy, czyli około 12 MW cieplnych. Tymczasem nie było możliwości by ciepło przenoszone z rdzenia do zbiorników wodnych odebrać poza reaktor. Woda w zbiornikach nagrzewała się, aż doszła do stanu nasycenia i zaczęła odparowywać. Wtedy odparowała także woda nad rdzeniem reaktora. (rys. 1 ) Lustro wody opadło i górne partie paliwa odsłoniły się i przegrzały. Temperatura powierzchni paliwa doszła do 1000 oC i rosła nadal. W wysokich temperaturach dochodzi do reakcji powodujących wydzielenie wodoru – i w Fukushima wodór wydzielił się, a gdy operatorzy zdecydowali się na obniżenie ciśnienia w reaktorze i upuścili zeń parę wodną, wodór wydostał się wraz z parą do atmosfery – i wybuchnął. Spowodowało to uszkodzenia budynków reaktorów i wypływ substancji radioaktywnych. Tak więc reaktory w Fukushimie broniły się przed uszkodzeniem przez wiele godzin – ale w braku energii elektrycznej i wody chłodzącej uległy ostatecznie uszkodzeniom.
Skutki radiologiczne awarii – wbrew alarmującym doniesieniom mediów- są niewielkie. Nikt nie zginął wskutek promieniowania, ani wśród personelu elektrowni, ani wśród ludności. W samej elektrowni Fukushima wskutek trzęsienia ziemi i tsunami zginęło 3 pracowników. Nie był to jednak wcale skutek promieniowania- zginęli wskutek obrażeń ciała spowodowanych wstrząsami. Warto to podkreślić, bo trzęsienie ziemi i tsunami spowodowało w Japonii ogromne straty – ponad 10 000 zabitych i ponad 15000 osób zaginionych. Uszkodzenia w jednej z wielu japońskich elektrowni jądrowych, nawet powodujące przejściową ewakuację ludności i utratę elektrowni, są znacznie mniejszą stratą dla społeczeństwa niż te tysiące zgonów. Wypada o tym pamiętać, bo gdy czytamy o tysiącach ofiar w Japonii odnosimy wrażenie, że to promieniowanie spowodowało te ofiary. Nie dajmy się jednak zastraszyć – zniszczenie Japonii i tysiące ofiar to skutek trzęsienia ziemi i tsunami – a nie awarii w Fukushimie.
Skażenia ziemi są minimalne. Maksymalne opady cezu zarejestrowane w jakiejkolwiek prefekturze w Japonii (Yamaga) w ciągu jednego dnia wyniosły 1,2 kBq/m2. To bardzo mało – ale co byłoby, gdyby takie opady trwały nie jeden dzień ale bardzo długo? Gdyby takie maksymalne opady cezu powtarzały się dzień po dniu przez 3000 dni
, to łączna wielkość osadów byłaby 3600 kBq/m2. Z obliczeń Naukowego Komitetu ONZ ds. Skutków Promieniowania Atomowego USCEAR wiadomo, że takie osady spowodują dawkę dla przebywającego przez całe życie w takim skażonym miejscu człowieka wynoszącą średnio 4,5 mSv rocznie. A tymczasem różnica roczna między promieniowaniem w Finlandii ( 7,3 mSv/rok) a w Polsce (2.4 mSv/rok) wynosi właśnie tyle – i żaden Polak nie boi się pracować w Finlandii. I słusznie, bo choć w Finlandii promieniowanie jest dużo większe niż w Polsce, to Finowie żyją od nas dłużej- i zdrowiej.
Można więc nie bać się ani promieniowania z obłoku radioaktywnego ani skażeń na gruncie, jakie zaobserwowano w Japonii. Skażenie wody w oceanie w sąsiedztwie elektrowni ma znaczenie tylko miejscowe i zniknie znacznie szybciej niż wycieki ropy, jakie co kilkanaście miesięcy obserwujemy przy jej wydobyciu lub transporcie.
Czy grozi nam podobna awaria jak w Fukushimie?
W Polsce nie ma znaczących wstrząsów sejsmicznych, nie ma też tsunami. Huragany i opady nie mogą zagrozić elektrowniom III generacji. Po awarii w Fukushimie na całym świecie nastąpi ciąg analiz bezpieczeństwa reaktorów obecnie pracujących i nowych proponowanych lub budowanych konstrukcji. Można oczekiwać, że wymagane marginesy bezpieczeństwa wobec katastrof naturalnych zostaną zwiększone. Potwierdzone też będą wymagania odporności elektrowni jądrowych na ciężkie awarie, w szczególności odnośnie opanowania zagrożeń związanych z wybuchem wodoru i zapewnienia dodatkowej linii obrony w głąb w postaci dodatkowych źródeł zasilania elektrycznego poza siecią zewnętrzną i zespołami awaryjnych generatorów diesla. Wytyczne działania w sytuacjach ciężkich awarii będą zweryfikowane i elektrownie wprowadzą odpowiednie uzupełnienia zapewniające operatorowi możność skutecznego realizowania tych wytycznych. Można spodziewać się, że najstarsze reaktory będą musiały wprowadzić znaczne ulepszenia lub zostaną wyłączone, a na ich miejsce zostaną zbudowane nowe. Natomiast w stosunku do reaktorów III generacji nie należy oczekiwać istotnych zmian.
Zgodnie z obecnym stanem wiedzy, reaktory III generacji są odporne na zagrożenia, nawet takie jak w Japonii. Na przykład reaktor EPR zapewnia następujące cechy bezpieczeństwa:
i Odporność na trzęsienie ziemi – standard 0.3 g, może być większa.
i Odporność nie tylko na tsunami-. Na atak terrorystów też.
i Kontrola stężenia wodoru przy pomocy pasywnych autokatalitycznych układów rekombinacji wodoru z tlenem.
i Potężna obudowa bezpieczeństwa, obejmująca cały reaktor, a także umieszczenie układów bezpieczeństwa i zasilania awaryjnego w potężnych bunkrach, wytrzymujących nie tylko tsunami, ale i uderzenie samolotu.
Reaktory AP1000 i ESBWR mogą pracować bez zasilania elektrycznego. W EPR zasilanie autonomiczne jest zapewnione i odporne na katastrofy.
Reaktory III generacji zostały zaprojektowane przed awarią w Japonii. Ale wnioski z poprzednich awarii wystarczyły, aby były one odporne na zagrożenia takie, jakie były w Japonii.
Czy więc Polska powinna budować elektrownie jądrowe?
Elektrownie jądrowe chcemy budować, bo musimy zdywersyfikować nasze źródła energii- nie możemy nadal wykorzystywać tylko węgla, a odnawialne źródła energii są wciąż bardzo drogie i pracują z przerwami, tak że nie można polegać na tym, że dostarczą energię wtedy, gdy będzie potrzebna. Energetyka jądrowa wytwarza energią elektryczną czystą, bez emisji zanieczyszczeń do atmosfery czy wody, a jednocześnie tanią, co ważne jest dla każdego kraju, a szczególnie dla Polski gdzie ludzie wciąż żyją znacznie gorzej niż w krajach dawnej Unii Europejskiej EU-15. Ilość energii elektrycznej, jaką wykorzystuje przeciętny Polak jest ponad dwukrotnie MNIEJSZA od średniego zużycia energii w krajach dawnej UE-15. Tylko trzy kraje w obecnej Unii Europejskiej zużywają mniej elektryczności od nas Rumunia, Łotwa i Litwa. Jeśli chcemy dołączyć do krajów silnych gospodarczo w Unii Europejskiej – potrzebujemy więcej energii, a jej czystym i tanim źródłem jest energetyka jądrowa.
Rys. 1 Układ chłodzenia awaryjnego reaktora BWR
Para z rdzenia napędza turbinę, potem skrapla się w pierścieniu wodnym, Turbina napędza pompę, pompa pobiera wodę z pierścienia i wtryskuje ją do reaktora. Przy braku odbioru ciepła z pierścienia wodnego, układ przestanie działać, gdy woda w pierścieniu zacznie wrzeć.
?