ELEKTROWNIE JĄDROWE I ŚRODOWISKO

    W 1942 roku w Stanach Zjednoczonych powstał pierwszy reaktor jądrowy.
    W roku 1996 elektrownie jądrowe wytworzyły ponad 17% globalnej energii elektrycznej. Elektrownie takie istniały w 31 krajach świata. W sumie pracowało 432 rektorów energetycznych. Łączna ich moc wyniosła 340343 MW(e). W tym czasie w budowie było 48 reaktorów o całkowitej mocy kolejnych 38900 MW(e). W sumie całkowita długość używalności reaktorów energetycznych wyniosła 7330 reaktorolat. Na pierwszym miejscu w wykorzystaniu energii jądrowej były Stany Zjednoczone, miały 109 reaktorów energetycznych o łącznej mocy 98784 MW(e). Kolejne miejsce zajmowała Francja - 56 reaktory o mocy 58573 MW(e). Najwięcej nowych elektrowni jądrowych powstaje w Japonia i Korei Południowej.
    Poniżej w tabeli podane jest zestawienie wykorzystania energii pochodzącej z elektrowni jądrowych w różnych krajach:

Państwo	Procentowy udział energii jądrowej w całkowitej energii elektrycznej	Liczba bloków reaktorów	Łączna moc elektrowni wyrażona 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 Płd.	35,5	10	8170
Hiszpania	35,0	9	7105

    Z działaniem elektrowni jądrowych wiąże się wiele zagadnień związanych z ochroną środowiska. Wykorzystanie materiałów rozszczepialnych do pozyskiwania energii napotyka liczne sprzeciwy grup związanych z ochroną przyrody. Zastanówmy się więc czy wszystkie te obawy są uzasadnione. Podstawowymi obawami są:

• możliwość wybuchu atomowego w reaktorze

• możliwość wydostania się substancji promieniotwórczej na zewnątrz reaktora

• wytwarzanie szkodliwych pyłów promieniotwórczych przez urządzenia reaktora

• składowanie i unieszkodliwianie odpadów radioaktywnych

• zagrożenie dla górników wydobywających uran i innych ludzi mających z nim kontakt

    Istnieje kilka podstawowych typów reaktorów jądrowych: ciśnieniowe reaktory wodne (PWR - Pressurized Water Reactor), gdzie woda pod ciśnieniem jest moderatorem (spowalniaczem) neutronów i chłodziwem odprowadzającym ciepło wytworzone przez reaktor do wytwornicy pary; reaktory z wrzącą wodą (BWR - Boiling Water Reactor), gdzie bezpośrednio energia reaktora zostaje zamieniona w energię pary; reaktory chłodzone gazem (GCR - Gas Cooled Reactor); chłodzone dwutlenkiem węgla z moderatorem grafitowym (AGR - Advanced Gas Cooled Reactor); reaktory wysokotemperaturowe - chłodzone helem z moderatorem grafitowym (HTGR - High Temperature Gas Cooled Reactor). Odmianą reaktora grafitowego jest rosyjski reaktor RBMK (Reaktor Bolszoj Moszcznosti Kanalnyj) używany powszechnie w państwach byłego ZSRR. Właśnie reaktor tego typu uległ awarii w 1986 roku w elektrowni jądrowej w Czarnobylu.
    Czy reaktor w elektrowni jądrowej może spowodować wybuch tak jak bomba atomowa? ABSOLUTNIE NIE!!! Paliwo jądrowe używane reaktorze energetycznym jest wzbogacone w uran 235U, którego znajduje się w nim około 4%. Natomiast w uranie stosowanym w uranowej bombie atomowej jest ponad 90% uranu 235U. Dzięki takiej różnicy w reaktorze energetycznym w żadnym wypadku nie może rozwinąć się tak szybka łańcuchowa reakcja, która doprowadziłaby do wybuchu jądrowego.
    Możliwym za to jest wypadek, w którym następuje stopienie rdzenia reaktora i wydostanie się substancji promieniotwórczej na zewnątrz. W marcu 1979 roku taki wypadek miał miejsce w elektrowni Three Mile Island w Pensylwani, a w kwietniu 1986 roku w Czarnobylu. W pierwszym przypadku nie nastąpił wybuch, nie została rozerwana obudowa reaktora. Awaria nie zagroziła ludności mieszkającej w pobliżu elektrowni. Nikt nie zginął. W drugim przypadku nastąpiło bardzo duże skażenie atmosfery, wielu ludzi zginęło, a wiele ciężko zachorowało. W Pensylwani był reaktor typu PWR znacznie bezpieczniejszy niż ten z Czarnobyla. Reaktor PWR został tak zabezpieczony, aby mimo poważnej awarii reaktora, obudowa jego nie została naruszona. Jest to jeden z najbezpieczniejszych typów reaktorów energetycznych. Elektrownia w Czarnobylu, wykorzystująca reaktor grafitowy, mogący produkować również pluton dla wojska, nie została tak dobrze zabezpieczona.
    W dalszym ciągu powstają nowe projekty coraz bezpieczniejszych reaktorów jądrowych, jeszcze bezpieczniejszych niż PWR. Opracowywane są zabezpieczenia, które mają na celu niezawodne wyłączanie rdzenia i następnie jego bezpieczne schładzanie w sytuacjach krytycznych. Tworzy się również projekty takiego zabezpieczenia samego reaktora, aby nawet w wyniku najgroźniejszej awarii nie dopuścić do skażenia atmosfery. Tak więc powstają coraz bezpieczniejsze reaktory, które właściwie w 100% zabezpieczają przed skażeniem.
    To prawda, że elektrownie jądrowe emitują do atmosfery pewne dawki substancji radioaktywnych. Obliczono na przykład, że elektrownia jądrowa 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 rozcieńczyć te promieniotwórcze związki do wartości dopuszczalnych należy zużyć 5,5*10¹⁰ m³ powietrza. Aby rozcieńczyć do poziomu dopuszczalnego ilość dwutlenku siarki emitowanej przez rok przez elektrownię węglową o takiej samej mocy potrzeba aż 4,3*10¹⁵ m³, czyli około 100000 więcej. Tak więc obawy odnośnie wielkiego skażenia powodowanego przez nowoczesną elektrownię jądrową są nieuzasadnione.
    Warto zwrócić jeszcze uwagę na zagrożenie górników wydobywających uran. Węgiel także zawiera pewne domieszki uranu. Okazuje się, że górnicy pracujący w kopalniach otrzymują tylko 10 razy mniejszą dawkę promieniowania niż górnicy w kopalniach rudy uranu. Z rudy uranu otrzymuje się 50 razy więcej energii niż z tej samej objętości węgla kamiennego. Dlatego przy pozyskiwaniu tej samej ilości energetycznej uranu i węgla, górnik wydobywający węgiel jest pięć razy bardziej narażony na promieniowanie niż górnik wydobywający uran!
    Pozostaje jeszcze jeden, najpoważniejszy problem, mianowicie składowanie odpadów radioaktywnych. Tutaj również przytoczę porównanie z węglem. Na przykład w Polsce w spalanym rocznie węglu (kamiennym i brunatnym) znajduje się 500 ton uranu i promieniotwórczego toru. Substancje te emitowane są do atmosfery lub trafiają w popiołach na wysypiska. Nikt się nie przejmuje tym faktem.
    Niewątpliwie potrzebny jest pewny i bezpieczny sposób przechowywania zużytego paliwa. W tej chwili często stosuje się następującą procedurę. Przez około 10 lat przechowuje się zużyte paliwo w specjalnych basenach wodnych. Traci ono znacznie swoją aktywność. Następnie paliwo umieszcza się w specjalnych suchych pojemnikach i przechowuję w składowiskach naziemnych, bądź umieszczonych płytko w ziemi. Zużyte paliwo może być również poddane przeróbce - odzyskuje się wtedy resztę pozostałego uranu i wyprodukowany pluton. Dzisiaj nie robi się tego często - ceny uranu na rynkach nie są zbyt wysokie, dlatego odzysk nie jest opłacalny.
    Najbezpieczniejszym ostatecznym sposobem składowania zużytego paliwa jest zeszklenie i umieszczenie go w pojemnikach z nieaktywnych materiałów. Pojemniki takie powinny być otaczane nieprzepuszczalną warstwą gliny i umieszczane głęboko pod ziemią.
    Jednak trudno jest opracować ostateczną metodę pozbycia się materiałów promieniotwórczych. W tej chwili w Stanach Zjednoczonych na składowiskach elektrowni jądrowych znajduje się 30 000 ton wypalonego paliwa jądrowego, a każdego roku przybywa ich 2000 ton. Nie ma jeszcze ostatecznej decyzji o stałym miejscu przechowywania tych odpadów.
    W 1987 roku władze federalne USA skupiły się na rozpatrywaniu projektu składowania odpadów promieniotwórczych w specjalnych komorach wykuty w skałach Yucca Mountain (południowa Newada). Od tamtej chwili prowadzi się badania tego projektu. Nie wiadomo jeszcze czy powstanie tam składowisko odpadów nuklearnych (władze Newady są zdecydowanie przeciwne). Gdyby jednak powstało możliwe będzie jego uruchomienie dopiero po 2015 roku. Składowisko to będzie znajdować się 300 metrów pod ziemią i około 240-370 metrów powyżej poziomu wód gruntowych. Przez 50 lat po złożeniu odpadów składowisko będzie kontrolowane, a następnie bardzo szczelnie zamknięte. W sumie w składowisku pod Yucca Mountain miałoby być zgromadzonych 70 tyś ton odpadów (w tym 63 tyś ton wypalonego paliwa) umieszczonych w specjalnych pojemnikach, których wytrzymałość oszacowana została na 10 tysięcy lat.
    Istnieją również inne projekty składowania niebezpiecznych materiałów promieniotwórczych. Jednym z nich jest zagrzebanie ich w mulistych obszarach dna morskiego. Specjalny statek wyposażony w sprzęt wiertniczy wierciłby otwór w dnie morskim. Następnie spuszczane by były do niego pojemniki z odpadami i otwór byłby zasypywany.
    Innym proponowanym sposobem pozbycia się odpadów promieniotwórczych jest wysłanie ich w kosmos (i być może wrzucenie do Słońca). Jednak sposób ten jest bardzo drogi i niebezpieczny w porównaniu z innymi rozpatrywanymi.
    W przyszłości być może uda się opracować skuteczne i opłacalne metody odzyskiwania substancji rozszczepialnych ze zużytego paliwa elektrowni jądrowych.
    Prowadzi się liczne badania nad składowaniem odpadów nuklearnych. Opracowuje się coraz wytrzymalsze pojemniki (specjalne pojemniki Szwedzkie mogłyby wytrzymać nawet do miliona lat). Pod Yucca Mountain prowadzone są badania nad sejsmicznymi cechami terenu i ciekami wodnymi. Tworzy się symulacje komputerowe rozprzestrzeniania się odpadów w ciągu setek tysięcy lat od czasu złożenia. Bada się naturalne złoża uranu i odnosi te dane do planowanych składowisk.
    W 1972 roku odkryto w kopalni uranu w Oklo w Gabonie szczątki naturalnych reaktorów jądrowych sprzed około 2 mld lat. Reaktory te (bo było ich przynajmniej sześć) rozszczepiały uran 235U. 2 mld lat temu w wydobywanych dziś rudach uranu, izotopu 235U było znacznie więcej (ponieważ szybkość rozpadu 235U jest kilka razy szybsza niż 238U). Zawartość 235U była tak duża, że mogło dojść do zainicjowania łańcuchowej reakcji rozszczepiania - uruchomienia naturalnego reaktora. Tak było właśnie w Oklo. Reaktory w Gabonie zużyły 6 ton paliwa jądrowego. Po ponad 2 mld lat odkryto zużyte paliwo reaktorów Ohlo dokładnie tam gdzie zostało ono złożone. Dowodzi to możliwości bezpiecznego składowania odpadów nuklearnych.
    Czy potrzebne są ludziom elektrownie jądrowe? Wydaje się, że tak. Mogą one znacznie ograniczyć emisję do atmosfery szkodliwych substancji powstających przy spalaniu węgla, czy ropy w wielu elektrowniach konwencjonalnych. Opracowywane są coraz bezpieczniejsze rodzaje reaktorów energetycznych, co da w przyszłości pewność, iż nie nastąpi katastrofa podobna do Czarnobyla. Problem ze składowaniem odpadów, chyba najpoważniejszy problem związany z energetyką jądrową, być może wkrótce znajdzie rozwiązanie - pracuje nad nim wiele krajów posiadających reaktory, tak energetyczne jak i badawcze. Wyczerpywanie się zasobów paliw organicznych i ogromna presja na środowisko naturalne związana ze użyciem tych paliw, spowoduje prawdopodobnie, że energetyka jądrowa, przynajmniej dopóki nie opracuje się tanich i masowych sposobów wykorzystania źródeł energii całkowicie proekologicznej (energii wiatru, słonecznej, czy geotermicznej), w nadchodzącym XIX wieku będzie się szybko rozwijać.

---