Udes na elektranama Fukušima u perspektivi

Detalji

Srijeda, 23 Ožujak 2011 14:36

Autor: Vladimir Knapp

Pripremio: Prof. dr. sc.Vladimir Knapp, Hrvatsko nuklearno društvo

Dva su teška nuklearna udesa na nuklearnim elektranama prethodila udesu na elektranama Fukušima koje je pogodio potres i tsunami 11. ožujka ove godine. Bili su to udesi na elektrani „Otok tri milje“ (TMI) u SAD 1979. godine i udes na elektrani Černobilj 1986. godine u bivšem SSSR-u. Elektrana „Otok tri milje“ bila je elektrana s tlakovodnim reaktorom (tipa PWR; slična je, ali ne i ista, NE Krško). Karakteristika PWR elektrana je relativno kompaktan reaktor, što omogućuje da se reaktor i generatori pare obuhvate čelično-betonskom zaštitnom zgradom (kontejnmentom) koja ima zadatak da spriječi širenje radioaktivnosti u okoliš, čak i ako se dogodi vrlo težak i malo vjerojatan kvar – taljenje reaktorske jezgre.

Stjecajem nesretnih okolnosti to se je djelomično dogodilo na elektrani TMI. Međutim, zaštitna zgrada elektrane je svoj zadatak obavila vrlo uspješno (iako je dio radioaktivnosti ispušten i mimo zaštitne zgrade). U takovim uvjetima u prvim danima po udesu jedna od najopasnijih radioaktivnih jezgara po okoliš je jod 131 s vremenom poluraspada od oko 8 dana. Premda je iz rastaljene jezgre izašlo oko 30% joda 131, u zaštitnu zgradu dospjelo ga je samo 0,6%, a zatim u okoliš samo stotisućinka jednog postotka, [1]. Nakon udesa na elektrani TMI i analiza koje su slijedile provedena su mnogobrojna poboljšanja naročito na PWR reaktorima. Ona su bitno smanjila vjerojatnost taljenja reaktorske jezgre, a paralelno je i znatno povećana sigurnost zaštitne zgrade. Najznačajniji učinak udesa na elektrani TMI bio je ekonomski, jer je taljenjem jezgre elektrana permanentno onesposobljena. (više u nastavku)

Nasuprot tome reaktori černobiljskog tipa građeni su sa grafitnim moderatorom (tip RBMK) i zato sa mnogo većom reaktorskom jezgrom (uvjeti kritičnosti), nemaju zaštitne zgrade, a posjedovali su i određena nepovoljna fizikalna svojstva, po kojima ne bi dobili uporabnu dozvolu u zemljama zapadne nuklearne tehnologije (gdje se koriste uglavnom vodom hlađeni reaktori). Pri udesu na černobiljskom reaktoru došlo je do zapaljenja grafita, a u nastalom požaru, u odsustvu zaštitne zgrade velik dio radioaktivnosti reaktora (dio goriva je prethodno fragmentiran) izišao je u okoliš.

Dok je iskustvo s udesom na elektrani TMI bitno unaprijedilo nuklearnu tehnologiju zapadnih reaktora, kako u pogonu tako i novih projekata, udes na elektrani Černobilj bio je u tom pogledu irelevantan. Jedna spoznaja, šire prirode bila je da nuklearna sigurnost nije unutarnja stvar jedne zemlje. Oslobođena radijacija širi se bez obzira na granice i može imati efekte na bliže i dalje zemlje. Zračenje iz Černobilja dospjelo je u velik broj europskih zemalja, pa i dalje. U okolišu elektrane i šire to zračenje može povećati broj slučajeva raka u stanovništvu. Kvantitativne procjene ovise o pretpostavljenoj vezi doze i učinka zračenja. Stvarne dodatne slučajeve teško je kvantificirati uslijed velike normalne učestalosti. Neposrednih žrtava bilo je tridesetak. Treba napomenuti da pri udesu na elektrani TMI nije bilo ljudskih žrtava.

Oba su udesa na elektranama TMI i Černobilj bili rezultat ljudskih grešaka koje su kasnijim tehničkim mjerama isključene. Udes na elektranama Fukušima rezultat je prirodne katastrofe, potresa enormne snage, najjačeg u povijesti Japana te razornog tsunamija. Ta je kombinacija isključila sigurnosne uređaje elektrane zadatak kojih je bio da odvode toplinu koju razvija radioaktivno gorivo i nakon obustave rada elektrane. Zbog toga je došlo do djelomičnog taljenja goriva u reaktorima i u spremištima (bazenima) istrošenog goriva, te do širenja manje količine radioaktivnosti u okoliš. Koliko točno još ne znamo, svakako više nego kod elektrane TMI, ali neusporedivo manje nego iz Černobilja. Biti će i neposrednih žrtava među tehničkim osobljem koje se svjesno izložilo zračenju u herojskoj borbi da se elektrane stave pod kontrolu i uspostavi potrebno hlađenje.

Naravno da je svaki izgubljeni život za žaljenje, ali treba shvatiti da nema ni jedne grane gospodarstva, odnosno industrije, bez žrtava. To vrijedi i za energetiku, bez obzira na to o kojim se izvorima radi. Da bi se proizvela energija vjetra potrebne su velike količine betona i čelika, a za njihovu proizvodnju postoje statistički poznate stope žrtava po jedinici količine. Iako se može misliti da je hidroenergija vrlo siguran izvor energije, popuštanja brana izazivala su u prošlosti nesreće sa tisućama žrtava. Kada se uzme u obzir sve faze proizvodnje energije različitih izvora, počevši od proizvodnje konstrukcijskih materijala te goriva i pogona vidi se, na primjer, iz opsežne švicarske analize ExternE-Pol (Paul Scherrer Institute 2006 , sumarni prikaz rezultata vidi niže) da su po utjecaju na okoliš nuklearne elektrane jedan od najpovoljnijih izvora energije.

Svejedno, teški udesi nisu građanstvu prihvatljivi, ma kako bili malo vjerojatni, ukoliko bi njihove posljedice bile široko rasprostranjene. Taj je stav dijelom određen specifičnim djelovanjem zračenja za koje nemamo osjetilo, i potican od antinuklearnih aktivista. Dramatiziraju se i minorni učinci rasprostranjene radioaktivnosti, ali se, primjerice, prelazi preko rizika koji podnose rudari u rudnicima ugljena, jer taj rizik snose samo oni. Neetičan stav o kojem ne vole čuti nuklearni aktivisti dok uživaju prednosti nepravedne podjele rizika. Samo jedna velika nuklearna elektrana (1.000 MW) koja zamjenjuje elektranu na ugljen iste snage godišnje uštedi iskop oko 3 milijuna tona ugljena, što prema stopama nesreća u rudnicima traži nekoliko desetaka rudarskih života. Antinuklearne aktiviste brine mali rizik iz miroljubivog korištenja nuklearne energije, ali ne i postojanje goleme rušilačke snage nuklearnog oružja. Moramo se upitati o motivima. Je li možda objašnjenje da je udobnije protestirati protiv nuklearnih elektrana privatnih kompanija, uz blagonaklonost konkurentnih naftaša i ugljenara, nego protiv države kojoj nuklearno oružje predstavlja bitan ili glavni politički adut?

Sasvim sigurno da će se udes na elektranama Fukušima analizirati idućih mjeseci i da će se određene spoznaje ugraditi u postojeće i buduće nuklearne elektrane, kao što je to bilo nakon udesa na elektrani TMI. Koje će to nove mjere biti prerano je sada nagađati.

Možda će postati jasno da je nužna obvezna međunarodna regulativa popraćena inspekcijama koju bi morao zadovoljiti svaki nuklearni objekt iz kojeg mogu proizaći prekogranični učinci u slučaju teškog udesa? Nacionalne ili internacionalne interventne jedinice za pomoć mogle bi biti korisne pri ozbiljnim kvarovima?

Ne treba sumnjati da će dobivene spoznaje unaprijediti sigurnost budućih nuklearnih elektrana.

Što reći na preuranjene, neinformirane pa i zlurade komentare šarolike grupe antinuklearnih aktivista koji i prije ovog udesa nisu prihvatili pro-nuklearne argumente svojih uvaženih kolega, istaknutih „zelenih“ znanstvenika Jamesa Lovelocka i Patricka Moorea. Lovelock i Moore shvatili su da je danas energetska situacija drugačija no što je bila prije 20 do 30 godina. Suočeni smo s klimatskim promjenama koje traže hitno prestrukturiranje energetske proizvodnje i potrošnje radi smanjenja emisije stakleničkih plinova. Sami obnovljivi izvori ne mogu je proizvesti na vrijeme. Ni nuklearna fuzija ni izdvajanje ugljičnog dioksida (CCS) na fosilnim elektranama nisu na vidiku. Doprinos nuklearne energije u zamjeni fosilnih goriva značajan je već sada doprinosom od više od 15% u svjetskoj proizvodnji električne energije. Nuklearna fisijska energija je nesumnjivo jedini razvijeni izvor energije koji može u sljedećim desetljećima proizvoditi velike količine energije bez emisije ugljičnog dioksida. Posljedično, nuklearna energija, zajedno s obnovljivim izvorima čini bitnu komponentu energetskih strategija razvijenih zemalja na Zapadu i na Istoku. U Europskoj Uniji jedna trećina električne energije proizvodi se u nuklearnim elektranama.

Udes na elektranama Fukušima treba staviti u dugoročnu perspektivu; nuklearna energija je vjerojatno po svojim praktičnim posljedicama najveće otkriće prošlog stoljeća, iako se ono dogodilo u nesretnim okolnostima upravo pred izbijanje II Svjetskog rata. Prva primjena bila je vojna, dovevši do kapitulacije Japana. Prva nuklearna elektrana uključena je u energetsku mrežu 1956. godine (Calder Hall u Velikoj Britaniji). Energetske nuklearne elektrane grade se tek nešto više od 50 godina, pa se još uvijek radi o izvoru koji se razvija. Razvijaju se i poboljšavaju u tehnologiji, ekonomici i utjecajima na okoliš i elektrane na fosilna goriva premda su u pogonu nekoliko puta duže.

No dok elektrane na fosilna goriva izlaze iz upotrebe, fisijske nuklearne elektrane nude se čovječanstvu kao ekološki prihvatljiv izvor energije za tisuću godina i dalje. Nije zamislivo da bi čovječanstvo tu šansu odbacilo. U toj perspektivi u ovih prvih 50-ak godina načinjen je ogroman tehnički napredak u nuklearnoj sigurnosti. Sasvim sigurno da taj razvoj neće stati, o čemu svjedoče intenzivni međunarodni napori na tzv. Generaciji IV nuklearnih elektrana koje bi trebale ulaziti u pogon za kojih dvadesetak godina.

Interesantno je pogledati tempo kojim se poboljšavala nuklearna sigurnost u toku proteklih pedesetak godina. Što se samog reaktora tiče ona se može izraziti učestalošću (vjerojatnošću) taljenja (oštećenja) reaktorske jezgre, CDF. Analizom učestalosti inicirajućih kvarova (začetnih događaja) za razdoblje 1969-1974. došlo se do godišnje vjerojatnosti topljenja jezgre od 10^-4 do 10^-3, bliže višoj vrijednosti, [2]. Američka državna analiza WASH-1400, 1975. godine, te studija Američkog fizikalnog društva iste su godine dale detaljne rezultate rane analize nuklearne sigurnosti. Jedno topljenje na reaktoru elektrane „Otok Tri Milje“ (bez Černobilja kao reaktora irelevantnog za zapadnu reaktorsku tehnologiju) u 10.000 reaktor-godina pogona do 2005. potvrđuje procjenu. Brojna poboljšanja sigurnosti na lakovodnim reaktorima PWR i BWR tipa već u pogonu, primijenjena nakon udesa na elektrani „Otok Tri Milje“ smanjila su učestalost taljenja jezgre za 6 odnosno 8 puta [3]. Analiza inicirajućih događaja u godinama 1980-1982. dala je učestalost taljenja jezgre oko 1,5x10^-4/god i zatim 10^-4/god za sredinu 80-ih godina prošlog stoljeća.

No, projekti novih reaktora izvedeni u 80-im godinama mogli su ugraditi rezultate sigurnosnih studija i analiza i postići veliko smanjenje vjerojatnosti taljenja jezgre. Tako je izračunata godišnja učestalost taljenja jezgre reaktora Sizewell B u Velikoj Britaniji, u pogonu od 1995., smanjena na 1,1x10^-6. Slične, gotovo sto puta manje vrijednosti nego u 80-ima imaju i drugi novi projekti kao američki AP 1000 ili francusko-njemački EPR-projekt PWR reaktora (trenutno u izgradnji Olkiluoto 3 u Finskoj i Flamanville 3 u Francuskoj). Okvirna vrijednst CDF-a za ova postrojenja je oko 5,3x10^-7. Poboljšane zaštitne zgrade smanjuju godišnju vjerojatnost da pri tom najtežem kvaru radioaktivnost izađe u okoliš još za dva do tri reda veličine. Uz ovaj tempo poboljšanja nesumnjivo je da će elektrane koje će ulaziti u pogon iza 20-ih godina ovog stoljeća biti još sigurnije. Nedvojbeno će tome doprinijeti i spoznaje koje će se dobiti analizom udesa na elektranama Fukušima.

Konačno naše suosjećanje s narodom Japana kojem se divimo u njegovom dostojanstvu u golemoj nesreći potresa i tsunamija koja ga je pogodila. Heroizam inženjera i tehničara koji su se pod zračenjem borili da uspostave kontrolu u elektranama Fukušima ostati će slavna epizoda za budućnost, poput one davne žrtve Leonide i njegovih Spartanaca. Sigurno je da će njihova žrtva dati i bitan doprinos budućnosti nuklearne energije na korist Japanu i cijelom čovječanstvu.

Reference:

1. Morewitz, H.A., Fission product and aerosol behaviour following degraded core accident, Nuclear Technology, May 1981 (120).
2. Minarik ,J.W., Kukielka, C.A.: Precursors to Potential Severe Core Damage Accidents 1969-1979: A Status Report, ORNL/NSIC-182 and NUREG/CR-2497, Oak Ridge National Laboratory 1982.
3. D.L. Phung: Light Water Reactor Safety Before and After TMI Accident, Nuclear Science and Engineering 90, 1985.
4. Rezultati švicarske studije ukupnih učinaka energetskih izvora na okoliš izražen u eurocentima po kWh proizvedene energije

Slika 1.  Dodatni trošak da se kompenziraju štetni utjecaji na okoliš i zdravlje ljudi raznih tehnologija normalizirani na 1 kWh proizvedene električne energije

Slika 2.  Sigurnosne statistike različitih načina proizvodnje električne energije

Komentari:

• < «
• » >