Czy elektrownie jądrowe są niebezpieczne? - Technologie

Elektrownia jądrowa – od razu wśród nas budzi lęk – czy jest to bezpieczne? Przecież dokładnie pamiętamy Czarnobyl i awarię mającą kolosalne międzynarodowe skutki. Nic dziwnego, że ten temat zawsze wywołuje kontrowersję. Pamiętamy w 1986 roku, dokładnie 26 kwietnia, awarię 4 bloku elektrowni jądrowej w Czarnobylu.

 

Eksplozja pochłonęła oficjalnie kilkanaście ofiar – nieoficjalnie promieniowanie dotknęło miliony ludzi, nie tylko tych co pracowali na medal by zapobiec globalnej drugiej eksplozji – która objęłaby swoim zasięgiem Europę i wyłączyła ją poprzez promieniowanie z użytkowania. Na szczęście górnicy pracujący pod komorą reaktora wydrążyli na czas tunel i odprowadzili wodę znajdującą się pod nim. Nie wiedzieli czym to groziło, ale pracowali z cichym zabójcą. Przy otwartym bloku po wybuchu mogło dojść do połączenia rozgrzanych prętów paliwowych z wodą znajdującą się pod reaktorem. Radioaktywna para wytworzona w taki sposób mogła dostać się do atmosfery i z opadami deszczu skazić tereny całej Europy lub przedostać się na inne kontynenty. Ten scenariusz jednak zażegnano – lecz w tym wypadku wiele ludzi poniosło śmierć podczas prac nad zwalczeniem skutków eksplozji i pożaru 4 bloku elektrowni w Czarnobylu. Nazywano ich później likwidatorami i pod tą nazwą wręczono ponad 800 000 odznaczeń państwowych ZSRR.

 

Strasząc - możemy mówić o katastrofie w Czarnobylu lub ostatnio w Fukushimie lecz do wypadku w elektrowniach jądrowych dochodzi bardzo rzadko. Boimy się tego, czego nie znamy – a energia jądrowa jest nam zupełnie obca. Nie uczymy się w szkołach za wiele o promieniowaniu. Nie wiemy również jak działają elektrownie jądrowe, zatem czemu mamy się nie bać. Mamy przecież wielki dowód tego co wydarzyło się w Czarnobylu – a przecież w Polsce w tamtych czasach planowano wybudować podobną wersję elektrowni. Na naukę nigdy za późno, co w tym artykule będę chciał, w dość prosty sposób, opisać i przekonać wszystkich, że energia jądrowa jest bezpieczna, a jej zastosowanie ekonomicznie jest korzystne dla Polski.

 

Pierwsze pytanie jakie mogę zadać to czy jesteś za budową elektrowni jądrowej w Polsce? Znaczna większość osób odpowie, że nie. Przecież ostatnio w 2012 roku protesty mieszkańców Żarnowa i okolic stanowiły wielki sprzeciw budowie elektrowni. Ich to dotyczyło, bo kto by chciał mieć za sąsiada taką bombę atomową? W 2020 roku ma powstać tam nowa elektrownia jądrowa o mocy ok. 1600MW. Oczywiście większość naukowców gorąco poleca energię jądrową, a prąd jakoś produkować trzeba. Zatem jak rozwiać mity?

 

 

Na początku skupimy się na samym paliwie i nazwie. Elektrownia jądrowa to nie to samo co atomowa choć przyjęło się potocznie nazywać je tak samo. Elektrownie atomowe do wytwarzania energii zużywają paliwa na poziomie atomowym np. spalając węgiel, gaz lub ropę. W elektrowni jądrowej reakcja zachodzi na poziomie jądrowym, a zatem zjawiska skupiają się wewnątrz jądra atomowego, a nie w strukturach atomowych.

 

W Polsce (90%) tak jak i na Świecie (około 40%) pozyskujemy energię elektryczną z elektrowni węglowych, zatem znacznie przyczyniamy się do zatruwania środowiska dwutlenkiem węgla. Aby wyjaśnić jak działają elektrownie jądrowe, może warto by było zapytać o pracę istniejących elektrowni węglowych. Większość odpowie, przecież to proste spalając węgiel otrzymujemy prąd i już. To prawda – lecz to mocno okrojona teoria.

 

Do wyprodukowania energii elektrycznej potrzebujemy ruchu obrotowego napędzającego generatory elektryczne. Jak zatem zamienić bryłę węgla w siłę obracającą wał generatora? Podczas spalania węgla podgrzewany jest kocioł z wodą. Uzyskana w ten sposób temperatura wody daje temperaturę wrzenia i tak jak w czajniku otrzymujemy parę wodną. Dalej jak w lokomotywie – para wodna gromadzi się pod wysokim ciśnieniem i w odpowiednim momencie zostaje wypuszczona na turbinę. W przypadku lokomotywy para napędza tłoki bo tak w tym rozwiązaniu jest łatwiej. Stała praca elektrowni węglowej wymusza inne zastosowanie pary. Lepiej i wydajniej pokierować ją na łopatki turbiny, która odwrotnie do silnika turboodrzutowego zamieni przepływ pary na ruch obrotowy. Mamy potrzebny ruch więc prąd jest już produkowany. Ostatnia faza zamiany pary w energię kinetyczną nie zmieniła się od lat. W elektrowni jądrowej również ona występuje jednak różnicą jest proces produkcji pary!

 

Energia spalania paliwa (gaz, węgiel, ropa) jak i energia jądrowa wskutek wytworzonej energii cieplnej podgrzewa wodę tworząc parę wodną. W konwencjonalnych elektrowniach wiemy co generuje ciepło. Spalanie jest zjawiskiem znanym i powszechnym. Spalamy drzewo w kominku, węgiel w piecu, olej napędowy, gaz i benzynę w samochodzie, naftę w samolocie. Mając paliwo możemy wytworzyć potrzebną nam energię. Mając energię możemy ją zamienić w inną np. cieplną w kinetyczną, a następnie kinetyczną w elektryczną itd. Zazwyczaj spalając paliwo wydzielamy spore ilości zanieczyszczeń lotnych wydostających się do środowiska.

 

 

Energia jądrowa – mówi się, że jest to najwydajniejsza i najczystsza jak dotąd energia, którą można uzyskać wykonując tzw. rozszczepienie jądra atomowego. Ilość wydobytej energii można obliczyć z Einsteinowskiego równania energii E=mc2, gdyż reakcje jądrowe w zbliżonym stopniu spełniają równanie. Rozszczepienie jądra atomowego jest możliwe tylko na izotopach kilku pierwiastków. Naturalnie izotopy nadające się do reakcji jądrowych występują w pierwiastkach URAN i TOR. Uranu w przyrodzie jest znacznie więcej, natomiast rozpad izotopu TOR-u jest czystszy i wydajniejszy od URANU.

 

Zasada jest prosta, najpierw należy wydobyć rudę uranu. W tym celu w kopalni uranu odkrywkowo pobiera się glebę. Na 1 tonę przerzuconej ziemi można wydobyć 750 gramów uranu-238. Po wydobyciu rudy uranu statystycznie w jednym kilogramie uranu 238 znajduje się 0,7% masy wzbogaconego uranu 235, który jest izotopem potrzebnym do wywołania reakcji jądrowej. W paliwie jądrowym stosuje się do 10% wzbogaconego uranu 235, zatem trzeba wydobyty uran odpowiednio oczyścić i wzbogacić. Wydobyty uran jest formowany wielkimi temperaturami i ciśnieniami do postaci pastylki tlenku uranu o średnicy i wysokości nie przekraczającej 1cm. Pastylki układane są w pręcie np. z cyrkonu uszczelnionym helem o długości od 1 do kilku metrów. Takich prętów w kasecie może być nawet 300. W rdzeniu reaktora takich kaset może znajdować się od 100 do 250 sztuk. Pomiędzy prętami paliwowymi znajdują się pręty kontrolne. Hamują one zjawisko rozszczepienia się jąder uranu i wyłączają reakcję. Aby reakcja rozszczepiania zachodziła musi wystąpić zależność tzw. masa krytyczna w przypadku izotopu uranu wynosi około 60kg wzbogaconego uranu 235.

 

Wystarczy zbliżyć do siebie masę 60kg wzbogaconego uranu dostatecznie blisko, aby rozpocząć zjawisko reakcji rozszczepiania jądrowego. W tym momencie paliwo ulega rozkładowi. Atom uranu rozpada się (bo działają na niego neutrony) na dwa inne atomy np. Ce- cez wydzielając znaczne ilości ciepła. Ciepło jest wykorzystane do ogrzania wody znajdującej się w reaktorze, a dalej już tradycyjnie do wytworzenia pary i napędzenia generatorów elektrycznych.

 

Ilość ciepła jaką wytwarza kilka ton znajdujących się w reaktorze prętów wystarcza na lata pracy. Obliczono, że 1 gram (czyli mały okruch) uranu oddającego ciepło podczas procesu rozpadu można porównać do 1,5 tony spalonego węgla.

 

Zatem, gdzie znajdziemy niebezpieczeństwo?

Skoro to takie proste to gdzie leży niebezpieczeństwo tej metody. Pręty paliwowe znajdują się w reaktorze. Między nimi wsunięto pręty kontrolne zatrzymujące reakcję jądrową. Wszystko zalane wodą i zabezpieczone wielkim pancerzem (pudełkiem betonowym o grubych i szczelnych ścianach). Wystarczy podnieść pręty kontrolne, aby pojawiło się ciepło – wsunąć ponownie aby reakcję zatrzymać, woda się nie nagrzewa i ochładza reaktor.

 

W elektrowni w Czarnobylu doszło do awarii wskutek testów jakie tam wykonywano. Sprawdzano, czy reaktor będzie stabilny kiedy pręty kontrolne zostaną usunięte, a woda nie będzie filtrowana. Pręty paliwowe nagrzały się do czerwoności, a z powodu błędu obsługi gwałtownie je zalano zimną wodą. W efekcie spadła moc, bo nie wytworzono dostatecznej ilości pary, a po chwili doszło do wybuchu, gdyż po zalaniu wodą szybko wytworzono wielkie ilości pary, której ciśnienia zawory nie wytrzymały.

 

Podstawą bezpieczeństwa w tym systemie jest kontrola przepływu wody i stanu położenia prętów kontrolnych by reaktor nie wytwarzał zbyt wiele energii cieplnej. Obecne układy oraz komputerowe systemy pomiaru i zabezpieczeń zwiększają bezpieczeństwo. Rozwiązania konstrukcyjne jakie dziś są stosowane w elektrowniach jądrowych jeszcze bardziej zwiększają bezpieczeństwo. Budowa elektrowni jądrowej na terenach Polski jest korzystna, gdyż są to tereny stabilne tektonicznie.

 

Zaletą elektrowni jądrowych jest tania produkcja energii elektrycznej, przy znikomym zanieczyszczeniu środowiska. Nie wytwarzamy tak jak w elektrowniach węglowych dużej ilości dwutlenku węgla. Jedynym skutkiem ubocznym jest zużyty po latach uran, lecz obecnie wysyłamy go utylizacji w Rosji. Ludzie mieszkający przy elektrowni jądrowej oglądają codziennie jej wielkie kominy. Oczywiście kolejnym mitem jest to że elektrownia jądrowa coś spala i wydobywają się kłęby dymu. Z kominów elektrowni jądrowej wydobywa się tylko gorąca para wodna, która po zasileniu turbin zostaje wychłodzona w kominach i wypuszczona do środowiska. Nie wydostają się składniki promieniotwórcze lub toksyczne, a zatem przy elektrowni jądrowej możemy spać spokojnie.