Elektrownie jądrowe. Czy czeka nas przez nie apokalipsa?

Energetyka jądrowa budzi kontrowersje. Z jednej strony zapewnia czystą i stosunkowo tanią energię, a z drugiej wciąż budzi powszechne skojarzenia z atomowym grzybem i zagrożeniem. Jak działa elektrownia jądrowa i dlaczego większość obaw można uznać za przesadzone? Czy wizje świata po atomowej apokalipsie, które znamy z filmów, książek i gier, mogą stać się rzeczywistością?

Pierwsze próby budowy elektrowni

Jak będzie wyglądał Nowy Jork jako pustkowie, gdzie żyją postapokaliptyczne istoty powstałe w wyniku zdetonowania bomby atomowej przygotowanej przez zastępcę Fuherera? Takie pytanie stawia Alex Scarrow, autor serii "Time Riders" ("Jeźdźcy w czasie"). Świat po apokalipsie widzieliśmy już w grach (choćby słynna seria Fallout) czy licznych filmach...

A jak to jest w realnym świecie? Jeśli bomby nie odpali jakiś szaleniec to czy świat taki jak w "Time Riders" może powstać przez wspomniane elektrownie?

Energetyka jądrowa jest w Polsce kontrowersyjnym tematem. Jeszcze w latach 80. rozpoczęto budowę pierwszej polskiej elektrowni jądrowej w Żarnowcu w obecnym województwie pomorskim. Wybór tego miejsca nie był przypadkowy – poprzedziły go wieloletnie i bardzo szczegółowe badania sejsmiczne i hydrologiczne, które wykazały, że z punktu widzenia bezpieczeństwa Żarnowiec jest miejscem idealnym.

Niestety, mimo rozpoczęcia budowy elektrowni nigdy nie udało się ukończyć – budowę wstrzymały zarówno kłopoty gospodarcze kraju jak i bardzo silne protesty, potęgowane przez strach po katastrofie w Czarnobylu. W 1990 roku budowę ostatecznie przerwano.

Warto przypomnieć, że elektrownia w Żarnowcu nie miała być jedyna – pod koniec lat 80. rozpoczęto budowę elektrowni jądrowej „Warta” w Wielkopolsce, jednak również ta budowa została przerwana na skutek protestów.

Strach przed nieznanym

Po ponad 30 latach wrócono do starego pomysłu, jednak nowe plany budowy polskiej elektrowni jądrowej również spotykają się z bardzo dużym oporem. Choć trudno krytykować kogokolwiek za to, że protestuje w sprawie, którą uważa za słuszną, warto zastanowić się nad hasłami, pod którymi występują protestujący.

Jednym z głównych motywów jest skojarzenie z Czarnobylem czy Fukushimą i przekonanie, że elektrownia jądrowa to wielkie zagrożenie i ryzyko, że cała okolica może stać się napromieniowaną pustynią.

Warto zatem zadać sobie pytanie – jak działa elektrownia atomowa, skąd wziął się strach przed energetyką jądrową i dlaczego dochodzi do takich wypadków, jak w Czarnobylu czy w Fukushimie?

Wydajne źródło energii

Projekt Manhattan i zbudowanie pierwszej bomby atomowej rozpoczęły się od znacznie mniej destrukcyjnego programu badawczego – prowadziła go amerykańska marynarka wojenna, szukająca wydajnego źródła energii dla swoich okrętów (więcej na ten temat znajdziecie w artykule "Projekt Manhattan. Jak zbudowano bombę atomową?").

Udało się to osiągnąć dopiero w latach 50., a w 1951 roku w National Reactor Testing Station w Idaho rozpoczął pracę pierwszy cywilny reaktor jądrowy. Początki były skromne – pierwszy reaktor był w stanie zasilić jedynie cztery słabe żarówki, jednak rozwój technologii gwałtownie przyspieszył.

Już rok później w pierwszy rejs wypłynął USS Nautilus – pierwszy na świecie okręt podwodny zasilany energią jądrową, a w następnych latach własne reaktory zbudowały m.in. Wielka Brytania i Związek Radziecki.

Jak działa elektrownia jądrowa?

Pod względem zasady działania elektrownia jądrowa nie różni się od np. popularnych elektrowni węglowych - jest to po prostu elektrownia cieplna, a jej działanie jej działanie można sprowadzić do podgrzewania wody i produkcji pary wodnej, która pod ciśnieniem napędza turbinę, a ta wprawia w ruch generatory, produkujące prąd. Różnica dotyczy przede wszystkim źródła ciepła, którym jest reakcja rozszczepiania, zachodząca w paliwie jądrowym umieszczonym w rdzeniu reaktora.

Paliwem standardowo stosowanym w elektrowniach jądrowych jest uran (stosuje się również pluton), uformowany w cylindryczne pastylki o średnicy około centymetra. W pastylce znajduje się nieulegający rozszczepieniu izotop uranu U-238 oraz uran U-235, ulegający rozszczepieniu po uderzeniu neutronu. Aby cały proces miał sens, zawartość rozszczepialnego U-235 musi być odpowiednio wysoka. W przypadku energetyki jądrowej oznacza to, że w procesie wzbogacania uranu trzeba podnieść zawartość rozszczepialnego izotopu do około 3 do 5 proc.

Uranowe pastylki umieszcza się w prętach paliwowych, czyli długich, metalowych rurach, wkładanych do kaset, mieszczących do kilkudziesięciu prętów. Kasety umieszcza się w rdzeniu reaktora, gdzie inicjowana jest reakcja łańcuchowa. Polega ona na tym, że paliwo jądrowe jest bombardowane neutronami, w wyniku czego dochodzi w nim do rozszczepienia pierwszego jądra. Rozszczepienie uwalnia kolejne neutrony, które rozbijają następne jądra, co uwalnia bardzo duże ilości energii.

Problem polega na tym, by reakcja nie przebiegała zbyt szybko. Kontroluje się ją za pomocą prętów z boru lub kadmu, pochłaniających neutrony. Dzięki wsuwaniu lub wysuwaniu tych prętów z reaktora można uzyskać pożądaną liczbę rozszczepień na sekundę, a uwolniona podczas reakcji energia wykorzystywana jest do pogrzania wody.

Zabezpieczenia są skuteczne. Awarie powoduje człowiek

Warto w tym miejscu rozwiać najpowszechniejszą chyba obawę – elektrownia jądrowa nie może wybuchnąć jak bomba atomowa, a największym problemem jest ryzyko przegrzania i stopienia prętów paliwowych. Może się to wydarzyć się, gdy reakcja łańcuchowa przebiega za szybko lub generowane ciepło nie jest odbierane. Aby do tego nie dopuścić stosuje się zabezpieczenia, z których część działa niezależnie do zasilania – np. pręty, pochłaniające neutrony są umieszczane w taki sposób, by w razie braku zasilania samoczynnie opadły pod wpływem grawitacji, powodując wyłączenie reaktora.

Biorąc pod uwagę liczne zabezpieczenia, pozwalające na uniknięcie awarii nawet w przypadku bardzo niekorzystnych splotów okoliczności, pojawia się pytanie: dlaczego do awarii mimo wszystko dochodzi? W historii energetyki jądrowej miały jak dotąd miejsce trzy poważne incydenty – w amerykańskiej elektrowni Three Mile Island (1979 r.), w Czarnobylu (1986 r.) i w Fukushimie (2011 r.).

W każdym z tych przypadków – łącznie z Fukushimą, gdzie awaryjne generatory umieszczono w miejscu, zalewanym przez wodę – za awarię odpowiedzialny był błąd człowieka (szczegółowy opis każdego z incydentów możecie znaleźć w artykułach z serii „Mity i rzeczywistość. Co naprawdę wydarzyło się w elektrowni Fukushima I?”). Co ciekawe, w 1982 roku terroryści, w tym m.in. członkowie szwajcarskiej partii Zielonych, zaatakowali francuską elektrownię w Creys-Malville, ostrzeliwując  ją z granatnika przeciwpancernego. Jak nietrudno się domyślić, elektrownia zniosła tę próbę bez żadnego problemu.

Wycieczka do reaktora

Co zatem sądzić o energetyce jądrowej w Polsce? Prof. Andrzej Strupczewski z Narodowego Centrum Badań Jądrowych w Świerku podkreśla, że źródła odnawialne nie są w stanie zapewnić wystarczającej ilości energii, a energetyka jądrowa jest nie tylko wydajna ale – wbrew pozorom – wyjątkowo przyjazna dla środowiska, a z wielkich kominów wydobywa się po prostu para wodna.

Przykładem może być choćby liczba produkowanych przez elektrownię o mocy 1000 MW odpadów, które mieszczą się na jednej ciężarówce i nadają się do przetworzenia.

O tym, jak bardzo przesadzony jest strach przed odpadami promieniotwórczymi, dobitnie świadczy sposób ich składowania przy jedynym w Polsce reaktorze „Maria”, gdzie po umieszczeniu ich w basenie pod kilkumetrową na brzegu basenu nie notuje się podwyższonego poziomu promieniowania.

Jak to wygląda w praktyce? Przekonają się o tym zwycięzcy konkursu, zorganizowanego przez polskiego wydawcę serii „Time Riders”, wydawnictwo Zielona Sowa, którzy będą mieli okazję na własne oczy zobaczyć jedyny w Polsce reaktor atomowy.