Elektrownie j±drowe i ¶rodowisko

ELEKTROWNIE J¡DROWE I ¦RODOWISKO

    W 1942 roku w Stanach Zjednoczonych powsta³ pierwszy reaktor j±drowy.
    W roku 1996 elektrownie j±drowe wytworzy³y ponad 17% globalnej energii elektrycznej. Elektrownie takie istnia³y w 31 krajach ¶wiata. W sumie pracowa³o 432 rektorów energetycznych. £±czna ich moc wynios³a 340343 MW(e). W tym czasie w budowie by³o 48 reaktorów o ca³kowitej mocy kolejnych 38900 MW(e). W sumie ca³kowita d³ugo¶æ u¿ywalno¶ci reaktorów energetycznych wynios³a 7330 reaktorolat. Na pierwszym miejscu w wykorzystaniu energii j±drowej by³y Stany Zjednoczone, mia³y 109 reaktorów energetycznych o ³±cznej mocy 98784 MW(e). Kolejne miejsce zajmowa³a Francja - 56 reaktory o mocy 58573 MW(e). Najwiêcej nowych elektrowni j±drowych powstaje w Japonia i Korei Po³udniowej.
    Poni¿ej w tabeli podane jest zestawienie wykorzystania energii pochodz±cej z elektrowni j±drowych w ró¿nych krajach:

Pañstwo	Procentowy udzia³ energii j±drowej w ca³kowitej energii elektrycznej	Liczba bloków reaktorów	£±czna moc elektrowni wyra¿ona w MW(e)
USA	22,0	109	98784
Francja	76,1	56	58573
Japonia	30,7	49	38750
Niemcy	29,0	20	22731
Rosja	11,4	29	19843
Kanada	19,1	22	15775
Ukraina	34,2	15	12679
Wlk. Brytania	24,6	34	11720
Szwecja	51,5	12	10002
Korea P³d.	35,5	10	8170
Hiszpania	35,0	9	7105

Z dzia³aniem elektrowni j±drowych wi±¿e siê wiele zagadnieñ zwi±zanych z ochron± ¶rodowiska. Wykorzystanie materia³ów rozszczepialnych do pozyskiwania energii napotyka liczne sprzeciwy grup zwi±zanych z ochron± przyrody. Zastanówmy siê wiêc czy wszystkie te obawy s± uzasadnione. Podstawowymi obawami s±:

mo¿liwo¶æ wybuchu atomowego w reaktorze
mo¿liwo¶æ wydostania siê substancji promieniotwórczej na zewn±trz reaktora
wytwarzanie szkodliwych py³ów promieniotwórczych przez urz±dzenia reaktora
sk³adowanie i unieszkodliwianie odpadów radioaktywnych
zagro¿enie dla górników wydobywaj±cych uran i innych ludzi maj±cych z nim kontakt

    Istnieje kilka podstawowych typów reaktorów j±drowych: ci¶nieniowe reaktory wodne (PWR - Pressurized Water Reactor), gdzie woda pod ci¶nieniem jest moderatorem (spowalniaczem) neutronów i ch³odziwem odprowadzaj±cym ciep³o wytworzone przez reaktor do wytwornicy pary; reaktory z wrz±c± wod± (BWR - Boiling Water Reactor), gdzie bezpo¶rednio energia reaktora zostaje zamieniona w energiê pary; reaktory ch³odzone gazem (GCR - Gas Cooled Reactor); ch³odzone dwutlenkiem wêgla z moderatorem grafitowym (AGR - Advanced Gas Cooled Reactor); reaktory wysokotemperaturowe - ch³odzone helem z moderatorem grafitowym (HTGR - High Temperature Gas Cooled Reactor). Odmian± reaktora grafitowego jest rosyjski reaktor RBMK (Reaktor Bolszoj Moszcznosti Kanalnyj) u¿ywany powszechnie w pañstwach by³ego ZSRR. W³a¶nie reaktor tego typu uleg³ awarii w 1986 roku w elektrowni j±drowej w Czarnobylu.
    Czy reaktor w elektrowni j±drowej mo¿e spowodowaæ wybuch tak jak bomba atomowa? ABSOLUTNIE NIE!!! Paliwo j±drowe u¿ywane reaktorze energetycznym jest wzbogacone w uran 235U, którego znajduje siê w nim oko³o 4%. Natomiast w uranie stosowanym w uranowej bombie atomowej jest ponad 90% uranu 235U. Dziêki takiej ró¿nicy w reaktorze energetycznym w ¿adnym wypadku nie mo¿e rozwin±æ siê tak szybka ³añcuchowa reakcja, która doprowadzi³aby do wybuchu j±drowego.
    Mo¿liwym za to jest wypadek, w którym nastêpuje stopienie rdzenia reaktora i wydostanie siê substancji promieniotwórczej na zewn±trz. W marcu 1979 roku taki wypadek mia³ miejsce w elektrowni Three Mile Island w Pensylwani, a w kwietniu 1986 roku w Czarnobylu. W pierwszym przypadku nie nast±pi³ wybuch, nie zosta³a rozerwana obudowa reaktora. Awaria nie zagrozi³a ludno¶ci mieszkaj±cej w pobli¿u elektrowni. Nikt nie zgin±³. W drugim przypadku nast±pi³o bardzo du¿e ska¿enie atmosfery, wielu ludzi zginê³o, a wiele ciê¿ko zachorowa³o. W Pensylwani by³ reaktor typu PWR znacznie bezpieczniejszy ni¿ ten z Czarnobyla. Reaktor PWR zosta³ tak zabezpieczony, aby mimo powa¿nej awarii reaktora, obudowa jego nie zosta³a naruszona. Jest to jeden z najbezpieczniejszych typów reaktorów energetycznych. Elektrownia w Czarnobylu, wykorzystuj±ca reaktor grafitowy, mog±cy produkowaæ równie¿ pluton dla wojska, nie zosta³a tak dobrze zabezpieczona.
    W dalszym ci±gu powstaj± nowe projekty coraz bezpieczniejszych reaktorów j±drowych, jeszcze bezpieczniejszych ni¿ PWR. Opracowywane s± zabezpieczenia, które maj± na celu niezawodne wy³±czanie rdzenia i nastêpnie jego bezpieczne sch³adzanie w sytuacjach krytycznych. Tworzy siê równie¿ projekty takiego zabezpieczenia samego reaktora, aby nawet w wyniku najgro¼niejszej awarii nie dopu¶ciæ do ska¿enia atmosfery. Tak wiêc powstaj± coraz bezpieczniejsze reaktory, które w³a¶ciwie w 100% zabezpieczaj± przed ska¿eniem.
    To prawda, ¿e elektrownie j±drowe emituj± do atmosfery pewne dawki substancji radioaktywnych. Obliczono na przyk³ad, ¿e elektrownia j±drowa o mocy 1000 MW(e) rocznie emituje do atmosfery maksymalnie 5,9*10¹⁴ Bq gazów szlachetnych (85Kr i 133Xe) i 5,6*10⁹ Bq jodu. Aby rozcieñczyæ te promieniotwórcze zwi±zki do warto¶ci dopuszczalnych nale¿y zu¿yæ 5,5*10¹⁰ m³ powietrza. Aby rozcieñczyæ do poziomu dopuszczalnego ilo¶æ dwutlenku siarki emitowanej przez rok przez elektrowniê wêglow± o takiej samej mocy potrzeba a¿ 4,3*10¹⁵ m³, czyli oko³o 100000 wiêcej. Tak wiêc obawy odno¶nie wielkiego ska¿enia powodowanego przez nowoczesn± elektrowniê j±drow± s± nieuzasadnione.
    Warto zwróciæ jeszcze uwagê na zagro¿enie górników wydobywaj±cych uran. Wêgiel tak¿e zawiera pewne domieszki uranu. Okazuje siê, ¿e górnicy pracuj±cy w kopalniach otrzymuj± tylko 10 razy mniejsz± dawkê promieniowania ni¿ górnicy w kopalniach rudy uranu. Z rudy uranu otrzymuje siê 50 razy wiêcej energii ni¿ z tej samej objêto¶ci wêgla kamiennego. Dlatego przy pozyskiwaniu tej samej ilo¶ci energetycznej uranu i wêgla, górnik wydobywaj±cy wêgiel jest piêæ razy bardziej nara¿ony na promieniowanie ni¿ górnik wydobywaj±cy uran!
    Pozostaje jeszcze jeden, najpowa¿niejszy problem, mianowicie sk³adowanie odpadów radioaktywnych. Tutaj równie¿ przytoczê porównanie z wêglem. Na przyk³ad w Polsce w spalanym rocznie wêglu (kamiennym i brunatnym) znajduje siê 500 ton uranu i promieniotwórczego toru. Substancje te emitowane s± do atmosfery lub trafiaj± w popio³ach na wysypiska. Nikt siê nie przejmuje tym faktem.
    Niew±tpliwie potrzebny jest pewny i bezpieczny sposób przechowywania zu¿ytego paliwa. W tej chwili czêsto stosuje siê nastêpuj±c± procedurê. Przez oko³o 10 lat przechowuje siê zu¿yte paliwo w specjalnych basenach wodnych. Traci ono znacznie swoj± aktywno¶æ. Nastêpnie paliwo umieszcza siê w specjalnych suchych pojemnikach i przechowujê w sk³adowiskach naziemnych, b±d¼ umieszczonych p³ytko w ziemi. Zu¿yte paliwo mo¿e byæ równie¿ poddane przeróbce - odzyskuje siê wtedy resztê pozosta³ego uranu i wyprodukowany pluton. Dzisiaj nie robi siê tego czêsto - ceny uranu na rynkach nie s± zbyt wysokie, dlatego odzysk nie jest op³acalny.
    Najbezpieczniejszym ostatecznym sposobem sk³adowania zu¿ytego paliwa jest zeszklenie i umieszczenie go w pojemnikach z nieaktywnych materia³ów. Pojemniki takie powinny byæ otaczane nieprzepuszczaln± warstw± gliny i umieszczane g³êboko pod ziemi±.
    Jednak trudno jest opracowaæ ostateczn± metodê pozbycia siê materia³ów promieniotwórczych. W tej chwili w Stanach Zjednoczonych na sk³adowiskach elektrowni j±drowych znajduje siê 30 000 ton wypalonego paliwa j±drowego, a ka¿dego roku przybywa ich 2000 ton. Nie ma jeszcze ostatecznej decyzji o sta³ym miejscu przechowywania tych odpadów.
    W 1987 roku w³adze federalne USA skupi³y siê na rozpatrywaniu projektu sk³adowania odpadów promieniotwórczych w specjalnych komorach wykuty w ska³ach Yucca Mountain (po³udniowa Newada). Od tamtej chwili prowadzi siê badania tego projektu. Nie wiadomo jeszcze czy powstanie tam sk³adowisko odpadów nuklearnych (w³adze Newady s± zdecydowanie przeciwne). Gdyby jednak powsta³o mo¿liwe bêdzie jego uruchomienie dopiero po 2015 roku. Sk³adowisko to bêdzie znajdowaæ siê 300 metrów pod ziemi± i oko³o 240-370 metrów powy¿ej poziomu wód gruntowych. Przez 50 lat po z³o¿eniu odpadów sk³adowisko bêdzie kontrolowane, a nastêpnie bardzo szczelnie zamkniête. W sumie w sk³adowisku pod Yucca Mountain mia³oby byæ zgromadzonych 70 ty¶ ton odpadów (w tym 63 ty¶ ton wypalonego paliwa) umieszczonych w specjalnych pojemnikach, których wytrzyma³o¶æ oszacowana zosta³a na 10 tysiêcy lat.
    Istniej± równie¿ inne projekty sk³adowania niebezpiecznych materia³ów promieniotwórczych. Jednym z nich jest zagrzebanie ich w mulistych obszarach dna morskiego. Specjalny statek wyposa¿ony w sprzêt wiertniczy wierci³by otwór w dnie morskim. Nastêpnie spuszczane by by³y do niego pojemniki z odpadami i otwór by³by zasypywany.
    Innym proponowanym sposobem pozbycia siê odpadów promieniotwórczych jest wys³anie ich w kosmos (i byæ mo¿e wrzucenie do S³oñca). Jednak sposób ten jest bardzo drogi i niebezpieczny w porównaniu z innymi rozpatrywanymi.
    W przysz³o¶ci byæ mo¿e uda siê opracowaæ skuteczne i op³acalne metody odzyskiwania substancji rozszczepialnych ze zu¿ytego paliwa elektrowni j±drowych.
    Prowadzi siê liczne badania nad sk³adowaniem odpadów nuklearnych. Opracowuje siê coraz wytrzymalsze pojemniki (specjalne pojemniki Szwedzkie mog³yby wytrzymaæ nawet do miliona lat). Pod Yucca Mountain prowadzone s± badania nad sejsmicznymi cechami terenu i ciekami wodnymi. Tworzy siê symulacje komputerowe rozprzestrzeniania siê odpadów w ci±gu setek tysiêcy lat od czasu z³o¿enia. Bada siê naturalne z³o¿a uranu i odnosi te dane do planowanych sk³adowisk.
    W 1972 roku odkryto w kopalni uranu w Oklo w Gabonie szcz±tki naturalnych reaktorów j±drowych sprzed oko³o 2 mld lat. Reaktory te (bo by³o ich przynajmniej sze¶æ) rozszczepia³y uran 235U. 2 mld lat temu w wydobywanych dzi¶ rudach uranu, izotopu 235U by³o znacznie wiêcej (poniewa¿ szybko¶æ rozpadu 235U jest kilka razy szybsza ni¿ 238U). Zawarto¶æ 235U by³a tak du¿a, ¿e mog³o doj¶æ do zainicjowania ³añcuchowej reakcji rozszczepiania - uruchomienia naturalnego reaktora. Tak by³o w³a¶nie w Oklo. Reaktory w Gabonie zu¿y³y 6 ton paliwa j±drowego. Po ponad 2 mld lat odkryto zu¿yte paliwo reaktorów Ohlo dok³adnie tam gdzie zosta³o ono z³o¿one. Dowodzi to mo¿liwo¶ci bezpiecznego sk³adowania odpadów nuklearnych.
    Czy potrzebne s± ludziom elektrownie j±drowe? Wydaje siê, ¿e tak. Mog± one znacznie ograniczyæ emisjê do atmosfery szkodliwych substancji powstaj±cych przy spalaniu wêgla, czy ropy w wielu elektrowniach konwencjonalnych. Opracowywane s± coraz bezpieczniejsze rodzaje reaktorów energetycznych, co da w przysz³o¶ci pewno¶æ, i¿ nie nast±pi katastrofa podobna do Czarnobyla. Problem ze sk³adowaniem odpadów, chyba najpowa¿niejszy problem zwi±zany z energetyk± j±drow±, byæ mo¿e wkrótce znajdzie rozwi±zanie - pracuje nad nim wiele krajów posiadaj±cych reaktory, tak energetyczne jak i badawcze. Wyczerpywanie siê zasobów paliw organicznych i ogromna presja na ¶rodowisko naturalne zwi±zana ze u¿yciem tych paliw, spowoduje prawdopodobnie, ¿e energetyka j±drowa, przynajmniej dopóki nie opracuje siê tanich i masowych sposobów wykorzystania ¼róde³ energii ca³kowicie proekologicznej (energii wiatru, s³onecznej, czy geotermicznej), w nadchodz±cym XIX wieku bêdzie siê szybko rozwijaæ.