Mity i rzeczywistość. Co naprawdę wydarzyło się w elektrowni Fukushima I? [cz. 2.]

Rocznica katastrofy w Fukushimie skłania do refleksji i zastanowienia, czy korzyści związane z energetyką jądrową są warte ponoszonego ryzyka. W jaki sposób zabezpiecza się elektrownie? Dlaczego, mimo zabezpieczeń, dochodzi w nich do awarii?

Elektrownia jądrowa nie jest bombą!

Plany budowy elektrowni jądrowych z reguły wywołują przerażenie mieszkańców z bliższych lub dalszych okolic, dając zarazem okazję do popisania się przed kamerami ludziom najmniej zorientowanym w temacie, czyli politykom. Gdy słyszymy słowa porównujące budowę elektrowni jądrowej do budowy bomby, możemy mieć pewność, że ich autor jest albo populistą, albo ignorantem. Dlaczego?

Choć w elektrowni i głowicy jądrowej często znajduje się ten sam pierwiastek – uran – najistotniejsza różnica tkwi w zawartości izotopu U-235. Jak wiemy z pierwszej części artykułu, w paliwie stosowanym w elektrowniach jego zawartość wynosi 3-5 proc.

Aby skonstruować bombę atomową, konieczne jest sztuczne podniesienie zawartości rozszczepialnego izotopu do ponad 90 proc. (właśnie do tego Iran potrzebuje wirówek) i zastosowanie dodatkowej kompresji – ładunek uranu jest, przed wystąpieniem reakcji łańcuchowej, zazwyczaj dodatkowo ściskany za pomocą konwencjonalnego ładunku wybuchowego. Jak wynika z informacji podanych rpzez Narodowe Centrum Badań Jądrowych, nie ma możliwości, by takie warunki wystąpiły w jakiejkolwiek elektrowni jądrowej.

Zabezpieczeniem w pierwszym przypadku są stalowe pręty z węglikiem boru, pochłaniającym neutrony. Pręty te są utrzymywane nad reaktorem za pomocą elektromagnesów. W przypadku wystąpienia awarii i utraty zasilania, elektromagnesy przestają działać. Pręty spadają wówczas do rdzenia i zaczynają pochłaniać neutrony, wyłączając w ten sposób reaktor.

Po wyłączeniu reaktor nadal jednak produkuje ciepło, które musi zostać w jakiś sposób odprowadzone – służą temu zespoły pomp oraz systemy, w których po wystąpieniu awarii woda spływa samoczynnie pod wpływem grawitacji, zapewniając chłodzenie rdzenia mimo awarii zasilania.

Gdy radioaktywne paliwo ze stopionych prętów opada na dno, może przetopić się przez osłony rdzenia. W związku z tym głębiej, pod całym urządzeniem umieszcza się zbiornik z materiałów żaroodpornych – materiały radioaktywne opadną na dno i zatrzymają się w nim, zapobiegając skażeniu środowiska.

To wszystko brzmi uspokajająco. Niestety, nawet najlepiej zaprojektowane systemy zabezpieczeń nie zdadzą się na nic, gdy do dobrze działającego układu wprowadzimy pierwiastek chaosu – nieprzewidywalnego człowieka.

Awarie elektrowni jądrowych

Elektrownia, jak każda fabryka, jest zbudowana z zawodnych urządzeń. Awaria któregoś z nich nie jest zazwyczaj żadnym problemem, zwłaszcza, gdy jego praca jest wielokrotnie dublowana przez inny sprzęt. Awarie jednak zdarzają się niemal cały czas i są klasyfikowane w międzynarodowej skali zdarzeń jądrowych i radiologicznych (International Nuclear Event Scale – INES), obejmującej punkty 0-7. Do tej pory na świecie miały miejsce dwie awarie, oznaczone numerem 7 - w Czarnobylu i w Fukushimie.

Statystycznie na jedną elektrownię jądrową przypada rocznie do dwóch awarii, klasyfikowanych jako 0 lub 1, sporadycznie 2. Z punktu widzenia bezpieczeństwa są one jednak nieistotne, nie powodując żadnego istotnego zagrożenia lub ryzyka wystąpienia zagrożenia. Niestety, nie wszystkie przypadki można zbagatelizować.

Three Mile Island - 1979 r.

W 1979 roku doszło do najpoważniejszego, jak dotychczas, wypadku w elektrowni jądrowej w Stanach Zjednoczonych, sklasyfikowanego jako 5 w skali INES. Na skutek awarii systemu chłodzenia rdzeń reaktora elektrowni Three Mile Island osiągnął wówczas temperaturę 2760 stopni Celsjusza, co doprowadziło do jego częściowego stopienia. Pod wpływem temperatury doszło również do termolizy wody, czyli jej rozpadu na wodór i tlen, co doprowadziło do wybuchu i rozerwania osłony, jednak stopione paliwo jądrowe i radioaktywne zanieczyszczenia nie wydostało się na zewnątrz reaktora.

Przyczyną awarii był błąd człowieka, a raczej seria błędów – część zaworów, które miały być otwarte, z nieznanych przyczyn została kilkadziesiąt godzin wcześniej zamknięta, a obsługa zignorowała alarm oraz wskazania, pokazujące rosnącą temperaturę i ciśnienie wewnątrz osłony reaktora.

W rezultacie awarii ludność mieszkająca w promieniu do 16 km od elektrowni otrzymała dawkę promieniowania równą około 8mR (milirentgenom) – porównywalną, jak podczas pojedynczego prześwietlenia. W jednostkowych przypadkach otrzymana dawka wynosiła 100 mR - mniej więcej tyle, ile w ciągu kilku miesięcy otrzymujemy na skutek naturalnego promieniowania podłoża. Dla porównania: dawka śmiertelna to otrzymanie około 500 Rentgenów w czasie 5 godzin.

Mimo niewielkiego zagrożenia, awaria spowodowała psychozę strachu w Stanach Zjednoczonych i niechęć części społeczeństwa do energetyki jądrowej. Efektem było zaniechanie budowy kilkudziesięciu elektrowni jądrowych i zamknięcie 53 spośród 129 działających w roku 1979. Od tego incydentu nie wybudowano żadnej nowej elektrowni.

Najbardziej znaną i najtragiczniejszą w skutkach awarią elektrowni jądrowej była awaria w Czarnobylu, do której doszło 26 kwietnia 1986 roku. Przyczyną awarii był eksperyment, mający przetestować skuteczność awaryjnego systemu zasilania. Przygotowania do testu polegały na celowym wyłączeniu części systemów, kontrolujących pracę reaktora, w tym również mechanizm automatycznie wyłączający go w razie awarii.

Podczas symulacji awarii doprowadzono reaktor do stanu, w którym niemożliwa była kontrola produkowanej przez niego energii, a odłączone przez obsługę zabezpieczenia nie mogły zadziałać w przewidziany przez konstruktorów elektrowni sposób i opanować sytuacji.

Warto przy tym wspomnieć, że używany w Czarnobylu reaktor miał cechy urządzenia służącego do produkcji plutonu dla celów militarnych. W związku z tym, inaczej niż w konstrukcjach cywilnych, moc reaktora mogła w przypadku niektórych awarii wzrastać, zamiast samoczynnie maleć. Co więcej, reaktor nie miał elementu, który powinien się nad nim znajdować – kopuły bezpieczeństwa, którą zbudowano kosztem życia wielu ludzi dopiero w czasie akcji ratowniczej.

Wzrost temperatury, topienie się paliwa elektrowni i rosnące ciśnienie powstającego w reaktorze wodoru spowodowały w sumie dwa wybuchy oraz pożar grafitowego izolatora, w wyniku czego do atmosfery dostał się skażony, radioaktywny pył. W rezultacie napromieniowania na miejscu katastrofy zmarło co najmniej 28 osób, a 134 osoby po wystawieniu na bardzo wysokie dawki promieniowania zapadło na ostrą chorobę popromienną.

Za następstwo katastrofy uważa się również co najmniej 4 tys. zdiagnozowanych przypadków nowotworów (niektóre źródła podają znacznie większą liczbę, sięgającą 10 tysięcy). Szacunkowa liczba osób, które otrzymały podwyższoną dawkę promieniowania, sięga 600 tysięcy.

Warto pamiętać, że elektrownia mimo awarii funkcjonowała nadal - ostatni z jej reaktorów wyłączono dopiero w 2000 roku.

Na ostatnią część artykułu, przedstawiającą przyczyny, przebieg i skutki awarii w Fukushimie, zapraszam już jutro.

Źródło: Narodowe Centrum Badań Jądrowych • Zakład Geografii Fizycznej, Uniwersytet Wrocławski • Dział Edukacji i Szkoleń NCBJ • Energetyka Jądrowa • Post Carbon • Nuclear • Archiwum Instytutu Energii Atomowej